杭州市某银行中心支行能源管理系统设计

　　 1 引言
　　随着我国经济的高速发展，建筑能耗特别是国家机关办公建筑和大型公共建筑高耗能的问题日益突出。据统计，国家机关办公建筑和大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%，但其年耗电量却占全国城镇建筑总耗电量的22%，每平方米年耗电量是普通居民住宅耗电量的10～20倍，是世界发达国家同类建筑的1.5～2倍，明显呈现耗能量大、能源利用率低的情况[1]。国家机关办公建筑和大型公共建筑的节能已成为一个亟待解决的重要问题。
　　《关于进一步推进公共建筑节能工作的通知》(财政部、住房城乡建设部[2011]207号)中指出，明确“十二五”期间公共建筑节能工作目标：建立健全针对公共建筑特别是大型公共建筑的节能监管体系建设，通过能耗统计、能源审计及能耗动态监测等手段，实现公共建筑能耗的可计量、可监测。确定各类型公共建筑的能耗基线，识别重点用能建筑和高能耗建筑，并逐步推进高能耗公共建筑的节能改造，争取在“十二五”期间，实现公共建筑单位面积能耗下降10%，其中大型公共建筑能耗降低15%。
　　遵照国家节能减排相关政策法规要求，应浙江省杭州市某银行中心支行的委托，结合建筑物实际情况及用户实际需求，笔者为其设计了建筑能源管理系统。
　　 2 项目概况
　　杭州市某银行中心支行位于杭州市延安路149号，大楼呈回字形结构，其中地上七层为办公用房，地下一层为配电房、水泵房、车库等用房。其环境消耗的能源主要为电、水，还有少量的燃气、柴油等，柴油发电机是作为应急电源之用，监测对象主要为电、水。
　　为了方便采集能源信号，我们将该中心支行大楼用电分为暖通空调用电、照明插座用电、电梯水泵等动力用电和厨房、科技机房等特殊用电四大部分。其中：暖通空调用电主要由办公大楼内中心低压变电所内两台变压器专门供给，专供室外机用电。末端设备主要为空调室内机，所有室内机供电由各楼层空调母线分别供电。照明用电包含室内办公照明、公共照明、应急照明和室外装饰照明等，主要分布在大楼各办公室内，其供电由低压变电所内母线经由楼内的两个强电间分别供电。动力用电主要包含电梯、生活水泵等用电，均由低压变电所配电柜供电。特殊用电主要包括厨房用电和科技机房用电，均由办公楼的低压变电所供电。
　　大楼用水主要分为饮用水、卫生间用水、食堂用水、洗浴用水及屋顶用水。本项目仅对办公楼各楼层进行功能区域划分，并与食堂、浴室等一起作分户计量。
　　 3 需求分析
　　杭州市某银行中心支行希望能对大楼各处实现集中、统一、细致的能源消耗数据分项计量采集、汇总与统计，并能进行能耗实时监测、诊断、分析和公示。在此基础上，信息能够实时上传，监管部门可准确掌握能源消耗过程中存在的具体问题，评估节能改造潜力，测算节能量，指导中心支行的节能改造工作，推进建筑节约化管理。
　　 4 系统设计
　　4.1 设计原则
　　根据相关规定及用户需求，确定以下设计原则：数据采集方式多样、采集内容丰富、平台拓展性强、确保能源管理平台的稳定性。
　　4.2 点位设计
　　4.2.1 电表计量点位表
　　1)本项目空调系统为VRV空调。用电主要由办公大楼内中心低压变配电房的两台变压器专门供给，专供室外机用电。末端设备主要为空调室内机，所有室内机供电由各楼层空调母线分别供电。通过低压配电机房及各楼层强电间对空调室外机、室内机进行计量。
　　2)照明插座用电分布在大楼各办公室内，其供电由低压变配电室内母线经由楼层的两个强电间分别提供。照明用电包含室内办公照明、公共照明、应急照明和室外外景照明等。每层的两个配电间结构相同，每个配电间包含两路母线，一路母线专供空调用电，另一路母线分为楼梯照明、办公照明和办公插座三项。
　　3)一般动力用电主要包含电梯、生活水泵等用电，均由低压变配电柜提供。
　　4)特殊用电主要包括厨房用电和科技机房用电，均由办公楼的低压变配电机房供给。
　　经统计，本项目用电测量点数量为141个，包括低压配电机房所有供电支路和楼层强电间所有设备供电支路总和。
4.2.2 水表计量点位表
　　1)本项目用水主要分为饮用水、卫生间用水、食堂用水、浴室用水和屋顶用水。其供水结构为自来水主进水直接进到地下一层储水箱，再由水泵提供二次水，二次水通过自来水竖井供给到各楼层，根据功能需要可以细化到楼层内不同分项用水。
　　2)本次设计主要根据不同功能区域设计，由于每层不是独立的科室，所以不选择科室分户计量，仅对办公楼各楼层进行划分，另外对食堂、浴室等进行分户计量。经统计，用水测量点数量为18个，系统总计量点数量为159个。
　　4.3 系统分层设计
　　根据数据的流向，将系统分为3层架构，即数据采集层、数据传输层、数据处理层。
　　4.3.1 数据采集层
　　数据采集层的主要功能是根据仪表不同的协议发送对应的指令，收到仪表反馈的数据后，进行解析并以TCP/IP数据包的方式发给上位机。在此过程中如有错误或报警出现，则同时发给上位机软件，以便用户快速排查、定位故障点。
　　数据采集层有两种工作模式，一是定时自动模式，可根据用户事先设定的采集间隔自动进行采集、上发;二是用户模式，可根据上层用户指令随时采集。
　　在该层中采取多种系统安全性措施，如上层网络状态的侦测，下层仪表设备的故障判断与定位，本地微型数据库的使用，在网络状况不好的情况下，数据可就地保存，网络状况恢复时又可“断点续传”。
　　现场能源数据的采集通过楼宇的低压配电柜和配电间内加装带数据接口的电力计量仪表，基本可实现对楼内空调、动力、照明和特殊用电等用电设施的分项计量;在各楼每间房安装电能计量表，计量房间内所有电能消耗;而对于楼宇用水量的数据采集，通过对加装智能远传水量总表来实现。
　　4.3.2 数据传输层
　　数据传输层由两部分组成，第一部分为计量表至采集设备，采用RS485或M-BUS总线形式传输;第二部分为数据采集器(网关设备)与节能管理服务器主机之间的数据传输，将通过GPRS/CDMA无线广域网、Internet等以TCP/IP方式实现各建筑间的数据加密传输。
　　4.3.3 数据处理层
　　中心支行及其他支行不再独立设置数据库，全部数据上传至能源数据库服务器。基于这样一个网络结构，在切实保障性能效率的前提下，设计的数据平台如图1所示。


5 数据库设计
　　数据库系统作为平台的一个重要的组成部分，是上层应用系统的基础，也是业务处理系统的核心，几乎所有业务数据的加工最后都依赖数据库系统的支持来完成。因此，数据库在整个系统中起着非常关键的作用。
　　为了实现有效的能源监测，我们根据数据库的功能将其划分为4个子库：
　　1)建筑基本情况数据库：包括建筑基本项数据表、建筑扩展项数据表、建筑附加文件表、建筑群基本信息表、建筑群对应关系表、建筑节能改造信息表等。
　　2)分类分项能耗数据库：包括分类分项能耗字典表、分类分项能耗拆分结果表、分类分项能耗拆分结果逐时汇总表、分类分项能耗拆分结果逐日汇总表等。
　　3)设计安装数据库：包括支路拓扑及装表关系描述表、监测仪表使用信息表、监测仪表产品信息表、监测仪表产品参数表、数据采集器信息表、分类分项计算公式表等。
　　4)计量表原始数值数据库：计量表原始数值表。


　　对于数据库选型，数据中心考虑到人为的建筑用能监测数据的存储、预处理和分析运算数据量相当大，所以考虑采用在工业海量数据处理领域比较成熟的实时数据库SQL server进行建筑能耗基础数据的存储、处理、运算等，再辅以关系数据库用于架构能耗监测业务，构筑整个支行能耗节能数据中心的数据存储体系。
　　6 结束语
　　该能源管理平台已在浙江省杭州市某银行中心支行投入使用，可以实现系统总揽、在线监测、数据中心、信息发布、综合管理、数据上传六大功能，满足了支行对于能源实时分析监测的需求，为采取恰当措施进行节能改造和节能管理做好了准备。