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淺談某辦公建筑的建筑能耗管理系統(tǒng)設計及分析

更新時間：2024-05-28 點擊次數(shù)：459次

摘要：本文針對某大型辦公建筑項目，將建筑群內(nèi)部的所有能耗數(shù)據(jù)和參數(shù)，傳輸至建筑能耗管理平臺，由能耗管理平臺進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析和處理后，反饋至建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)和智能照明控制系統(tǒng)，實現(xiàn)項目的能源精細化管理和智能化控制功能，在保證建筑舒適性的條件下，提高建筑能源利用效率，降低項目用能費用，助力項目達標綠色建筑三星標準。

關鍵詞：綠色節(jié)能；數(shù)據(jù)采集；能耗監(jiān)測；節(jié)能運行

目前我國擁有數(shù)百億平方米的建筑，總體量穩(wěn)居世界前列，但目前我國的綠色建筑比例只有約0.05 , 建筑的運行能耗總體偏高，目前我國建筑的運行能耗約占全社會總能耗的1/3。我國能源消費總量己躍居世界前列，是能源資源相對短缺的國家又是能源利用率低下的國家，需求和供應的矛盾突出。因此，非常有必要廣泛應用建筑能耗管理系統(tǒng)，監(jiān)測建筑運行的能源消耗，促進建筑的持續(xù)節(jié)能運行，這有助于我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，實現(xiàn)經(jīng)濟增長模式由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，由高碳排放向低碳排放轉(zhuǎn)變。

1 現(xiàn)代建筑能耗管理系統(tǒng)設計存在的問題

1.1 重復建設問題

在現(xiàn)代大型建筑的設計工作中，智能化專項設計己經(jīng)普及。智能化專項設計單位會提供一套建筑能耗管理系統(tǒng)施工圖用于指導施工；與此同時，電氣專業(yè)出于通過施工圖審查的目的，也會提供一套建筑能耗管理系統(tǒng)的施工圖。兩套建筑能耗管理系統(tǒng)的施工圖，一起付諸實施后，產(chǎn)生了重復建設的問題，有形地增加建設單位的資金投入。

1.2 計量粗放的問題

水、暖、電專業(yè)的能耗計量儀表的設置，一般以集中設置為主。智能化設計人員如果機械地按照水、暖、電專業(yè)提供的儀表的位置和數(shù)量進行能耗數(shù)據(jù)采集，就無法進行精細化能源管理，也很難為建筑節(jié)能運行提供合理的管理策略。

2 本項目建筑能耗管理系統(tǒng)設計

2.1 項目概況

本項目位于湖南省長沙市，總建筑面枳約 9.6萬平米。項目包括三棟單體，其中A棟公寓樓地上16層、地下2層；B棟辦公樓地上20層、地下2層；C棟辦公樓地上21層、地下2層。

本項目為建筑面積超過1萬平方米以上的新建公共建筑，根據(jù)《長沙市民用建筑節(jié)能和綠色建筑管理辦法》長政辦發(fā)53號文要求，本項目應安裝能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，且應與建筑主體工程同步設計、同步施工、同步驗收，所采集的建筑能耗數(shù)據(jù)應能穩(wěn)定上傳至長沙市建筑能耗監(jiān)測平臺。

2.2 設計思路

傳統(tǒng)的能耗管理系統(tǒng)，一般只要求滿足能耗監(jiān)測和能耗數(shù)據(jù)上傳的功能，系統(tǒng)流程如圖1 所示。

這種能耗管理模式是一種用于滿足國家和地方政策規(guī)范的開環(huán)管理模式，只知道建筑消耗了多少能源，不能為建筑運行管理提供有針對性的節(jié)能管理策略。

考慮到本項目存在公寓、外租辦公和自用辦公等多種業(yè)態(tài)的實際情況，采用傳統(tǒng)的開環(huán)式能耗管理系統(tǒng)己經(jīng)不能滿足物業(yè)管理要求。因此，設計方考慮將能耗計量、能耗監(jiān)測、能耗收費、節(jié)能運行、節(jié)能展示等功能融合為一個整體，分別面向本項目的A棟公寓租戶、B棟辦公樓租戶、裙樓商業(yè)租戶和物業(yè)運營管理單位等多類用戶提供服務，形成一套閉環(huán)的管理系統(tǒng)。系統(tǒng)流程如圖2所示。

2.3 系統(tǒng)架構

本項目建筑能耗管理系統(tǒng)采用B/S架構，B/S架構允許授權用戶通過各類網(wǎng)絡終端（計算機、手機或PAD）通過互聯(lián)網(wǎng)訪問和管理項目的能耗管理系統(tǒng)。

2.4 系統(tǒng)結(jié)構

圖2：閉環(huán)能耗管理系統(tǒng)流程圖

本系統(tǒng)分為五個層次，自下而上分別是數(shù)據(jù)感知層、數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、系統(tǒng)服務層和系統(tǒng)展示層。系統(tǒng)層次結(jié)構如圖3所示。

2.4.1 一層：數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)感知層由各種數(shù)字能耗計量儀表組成，如：空調(diào)能量表、數(shù)字流量表、數(shù)字電表、燃氣表等，計量末端設備的耗能量。

本項目由水暖電專業(yè)根據(jù)規(guī)范要求和物業(yè)管理要求設置能耗計量儀表，智能化專業(yè)對各專業(yè)儀表的設置提供優(yōu)化建議。

2.4.2 二層：數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層由能耗數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)采集鏈路組成，能耗數(shù)據(jù)采集器對數(shù)字電能表、數(shù)字燃氣表、數(shù)字流量表、空調(diào)能量表等設備進行能耗數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)過濾與存儲，并通過信息網(wǎng)絡系統(tǒng)，將能耗數(shù)據(jù)上傳到能耗管理服務器。數(shù)據(jù)采集鏈路指傳輸數(shù)據(jù)的方式，如：RS-485總線、M-BUS總線以及無線等方式。

本項目數(shù)據(jù)采集器安裝在各樓層弱電間，采集各類儀表的能耗數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用RS-485總線制傳輸，采用的能耗數(shù)據(jù)采集器，至多支持4路下行RS-485總線回路，每個回路可接32個數(shù)字儀表。為了保證總線回路的通信速率，提高通信鏈路的穩(wěn)定性，設計按照不超過500米距離的要求設計總線回路。

2.4.3 三層：網(wǎng)絡傳輸層

網(wǎng)絡傳輸層包括數(shù)據(jù)采集器上行的綜合布線鏈路、信息網(wǎng)絡設備以及相關協(xié)議。綜合布線鏈路包括各類光纖、雙絞線等材料；信息網(wǎng)絡設備包括交換機、路由器等設備：主要協(xié)議包括TCP/IP協(xié)議和UDP協(xié)議。

考慮到辦公樓擬建的局域網(wǎng)資源和降低通訊成本的因素，本項目能耗管理系統(tǒng)采用外網(wǎng)綜合布線系統(tǒng)傳輸，外網(wǎng)綜合布線采用單模光纖+ 非屏蔽6 類線解決方案。能耗管理系統(tǒng)接入到外網(wǎng)信息網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換和處理，以便將能耗數(shù)據(jù)上傳至長沙市能耗監(jiān)測管理平臺，借助辦公樓外網(wǎng)網(wǎng)絡，并在此基礎上構建增值服務。

2.4.4 四層：系統(tǒng)服務層

系統(tǒng)服務層由能耗管理服務器和能耗管理軟件組成，負責對項目能耗數(shù)據(jù)進行匯總、統(tǒng)計、分析、計算、處理和存儲。實現(xiàn)能耗計量收費、能耗分析、能耗查詢、能耗預警和管理優(yōu)化等功能。

2.4.5 五層：系統(tǒng)展示層

用戶可通過多種方式訪問建筑能耗管理系統(tǒng)，本項目要求支持用戶可通過手機、PAD、計算機客戶端等方式訪問，實時掌握建筑的能耗動態(tài)。同時通過IBMS平臺和信息發(fā)布系統(tǒng)打通，支持在本項目的LED大屏進行展示。

2.5 主要功能設計

2.5.1電能耗計量監(jiān)測功能

電能耗計量監(jiān)測采用電表采集電能的數(shù)據(jù)，在需要計量收費和監(jiān)測的區(qū)域設計安裝電表。

總用電量計量：在每臺變壓器低壓干線處安裝數(shù)字電能表，對總的用電量進行計量。

分戶計量：在 A 棟公寓、B 棟辦公樓裙樓商業(yè)和食堂等末端用戶設置數(shù)字電表進行分戶計量。

分層計量：C 棟辦公樓為自用辦公為主，在樓層普通照明配電箱、樓層公共照明配電箱和樓層空調(diào)配電箱設置數(shù)字電表進行分層計量。

分類分項計量監(jiān)測如下：

照明、插座系統(tǒng)電耗（照明和插座用電、走廊和應急照明用電、室外景觀照明用電）。

空調(diào)系統(tǒng)電耗（空調(diào)機房用電、空調(diào)末端用電）。

動力系統(tǒng)電耗（電梯用電、水泵用電、通風機用電）。

特殊電耗（弱電機房、消防控制室、廚房餐廳等其他特殊用電）。

2.5.2水能耗計量監(jiān)測功能

水能耗計量監(jiān)測采用水表采集水能的數(shù)據(jù)，在需要計量收費和監(jiān)測的區(qū)域設計安裝水表。

根據(jù)項目對水表計量收費和監(jiān)測的要求，需要計量監(jiān)測的區(qū)域如下：

總用水量：在園區(qū)給水干管設置數(shù)字流量表計量。

餐廳廚房用水：在餐廳廚房給水管設置數(shù)字流量表計量。

洗手間用水：在樓層洗手間給水管設置數(shù)字流量表計量。

分戶計量：在 A 棟公寓、B 棟辦公樓裙樓商業(yè)和食堂等末端用戶設置數(shù)字流量表進行分戶計量。

空調(diào)系統(tǒng)用水：在空調(diào)系統(tǒng)給水管設置數(shù)字流量表計量。

2.5.3空調(diào)能耗計量監(jiān)測功能

(1) 集中計量：供回水管上安裝能量表，計量使用的冷熱量

(2) 末端計量：每戶的風機盤管安裝智能溫控器，計量風機盤管使用的當量時間

2.5.4能耗KPI功能

能耗KPI：本項目C棟辦公樓為業(yè)主自持，各個部門分樓層、分區(qū)域獨立辦公。能耗管理系統(tǒng)分析能耗情況，將能源消耗分攤到各個部門、個人，實現(xiàn)能耗考核，促進管理方面的主動節(jié)能。

2.5.5節(jié)能管控功能

能耗管理系統(tǒng)可有效的監(jiān)控內(nèi)各個單位的能耗狀況，避免非正常上班時間的能耗浪費，節(jié)約能源，給使用單位提供能源控制、管理方面的決策依據(jù)。

用戶可以制定能耗節(jié)約策略，例如當空調(diào)的熱量消耗達到預設值后，通過樓宇自控接口，監(jiān)測風機盤管和B A設備的運行狀態(tài)，減小送風量和提高或降低送風/回風溫度。當設備終端的能源累積量達到系統(tǒng)設定的值時，系統(tǒng)可以自動對風機盤管發(fā)送關機命令，并且關閉盤管的控制面板遠程控制。

3 專業(yè)間配合

3.1 和電氣專業(yè)配合

智能化專業(yè)在項目設計前和電氣專業(yè)就避免能耗管理系統(tǒng)重復建設的問題進行協(xié)商，明確由電氣專業(yè)根據(jù)物業(yè)管理要求設置帶遠傳接口的數(shù)字化電表，由智能化專業(yè)負責電表的數(shù)據(jù)采集的布線和能耗管理系統(tǒng)的系統(tǒng)設計，確保整個項目只有一套能耗管理系統(tǒng)和平臺。

3.2 和給排水專業(yè)配合

由給排水專業(yè)根據(jù)物業(yè)管理要求設置帶遠傳接口的數(shù)字化流量表，由智能化專業(yè)負責流量表的數(shù)據(jù)采集的布線和能耗管理系統(tǒng)的系統(tǒng)設計。

3.3 和暖通專業(yè)配合

由暖通專業(yè)根據(jù)物業(yè)管理要求設置帶遠傳接口的數(shù)字化空調(diào)能量表，由智能化專業(yè)負責空調(diào)能量表的數(shù)據(jù)采集的布線和能耗管理系統(tǒng)的系統(tǒng)設計。

3.4 和綠建專業(yè)配合

根據(jù)《綠色建筑評價標準》GB/T50378要求，綠建三星標準建筑應滿足該標準的所有控制項要求，并且綠建總得分不低于80分。智能化專業(yè)在項目設計前和綠建專業(yè)就控制項和得分項進行協(xié)商，由智能化專業(yè)設計能耗管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能需要滿足和能耗監(jiān)測、計量和節(jié)能措施等方面的控制項和得分項的要求，助力綠建三星標準達標。

4 系統(tǒng)設計的發(fā)展趨勢

目前能耗管理系統(tǒng)組網(wǎng)以有線傳輸為主，具有穩(wěn)定性高的優(yōu)點，但也存在擴展不便的缺點。由于能耗管理系統(tǒng)在傳輸過程中產(chǎn)生的流量較小，對網(wǎng)絡帶寬要求不高，延時要求也不高，采用無線傳輸不僅可以滿足能耗管理系統(tǒng)的組網(wǎng)需求，還具備擴展靈活的優(yōu)勢。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術和5G 通信的快速普及，利用無線傳輸會越來越廣泛地應用于能耗管理系統(tǒng)。

5 安科瑞Acrel-5000建筑能耗分析系統(tǒng)

Acrel-5000建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約能源，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關規(guī)定實施能源計算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報送能源計算報告。

6 應用場所

適用于公共建筑、集團公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設計、施工和運行維護。

7 系統(tǒng)組網(wǎng)圖