绿色建筑运营管理能耗监测与控制方法研究与分析

核心提示：绿色建筑是建筑业可持续发展的必然选择，其建筑设备能耗监测和控制是绿色建筑运营阶段与能源管理中的重要环节，文章主要通过分析绿色建筑及建筑群能耗监测平台的构建、建筑能耗的分项计量、电力、热力、燃气等负荷预测模型的构建、绿色建筑设备综合系统运行与优化等，提出如何与系统设计相结合,如何实现系统设计智能化的监测、控制等策略。　　 1 前言

　　绿色建筑能耗监测与控制的主要目标是提高能效管理，通过系统监测，可以根据建筑能耗的实际情况，深入分析资源利用效率和节能潜力，及时发现问题并优化控制，以最大限度地提高能源利用率，从而达到全面节能降耗的目的。

　　绿色建筑是建筑业可持续发展的必然选择，近几年对绿色建筑设计标准与评价标准制定与研究比较多，但绿色建筑运营阶段设备耗监测到能效管理、控制方法也非常重要，通过对绿色建筑及建筑群运营阶段的设备能耗实时监测与数据采集，利用信息化、智能化技术实现对绿色建筑能耗的监测与控制，应建立绿色建筑运营能耗指标体系，提升绿色建筑的运营水平；从绿色建筑全寿命周期的角度出发，依据城市发展目标和绿色建筑的设计指标，优化系统运行参数和控制方法，通过绿色建筑设备综合系统调试技术，提升绿色建筑的运营效率和水平；分析建筑运行控制方式如何与系统设计相配套,实现系统设计智能化的检测、控制与诊断功能。为更加有效地实施能耗监测及建筑用能管理,通过能耗监测和合理控制,较快地发现建筑运行过程中出现的问题,并采取负荷预测和专家系统,从而改善耗能系统运行状况,提高能源利用率。探索符合绿色建筑发展途径,可为绿色建筑更好发展提供参考。

　　 2 绿色建筑能耗监测平台构建与分析

　　绿色建筑能耗监测与控制方法研究主要从能耗监测平台的构建、建筑能耗的分项计量、建筑能耗、水耗实时分析与决策支持专家系统的构建、电力、热力、燃气等负荷预测模型的构建、绿色建筑设备综合系统运行优化来分析。

　　2.1 能耗监测平台的构建

　　能耗监测系统是指通过对建筑安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现建筑能耗的在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统，能耗监测系统由数据采集子系统、数据中转站和数据中心组成，数据采集子系统由监测建筑中的各计量装置、数据采集器和数据采集软件系统组成；计量装置是用来度量电、水、燃气、热（冷）量等建筑能耗；数据采集器是在一个区域内进行电能或其它能耗信息采集的设备；数据中转站接收并缓存其管理区域内监测建筑的能耗数据，并上传到数据中心；数据中心接收并存储其管理区域内监测建筑和数据中转站上传的数据，并对其管理区域内的能耗数据进行处理、分析、展示和发布。因此，利用开放性和全分布式的先进技术，实现功数据采集、数据中转和数据中心的集成。通过各种通信网络工具，将个人电子设备、组织和政府信息系统中收集和储存的分散的信息及数据连接起来，进行交互和多方共享。从而更好地对环境和业务状况进行实时监控，从全局的角度分析形势并实时解决问题，使得工作和任务可以通过多方协作来得以远程完成，从而彻底地改变了整个能源管理的运作方式。

　　2.2 建筑能耗的分项计量

　　大型公共绿色建筑的能耗都是由不同种类的设备能耗所组成，按照不同要求需要对能耗进行不同的能耗分项，但是实际建筑中往往面临能耗难以进行拆分的问题。因此需要对建筑能耗和用能系统特点的详细调查分析，结合电气设计特点，建立一个工程应用型的能耗分项模型，是建筑能耗监测得以有效实施的关键。能耗监测对绿色建筑安装分类和分项能耗计量装置，可采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现绿色建筑能耗在线监测和动态分析。其中分类能耗是根据绿色建筑消耗的主要能源种类划分进行采集和整理的能耗数据，如电、燃气、水等；分项能耗是根据绿色建筑各类能耗源的主要用途划分进行采集和整理能耗数据，如空调用电、动力用电、照明用电等。

　　2.3 建筑能耗实时分析与决策及专家系统的构建

　　专家系统的基本组成是知识库、推理机和数据库。知识库用于存储领域专家的专门知识，它的建立是建造专家系统的中心任务，专家系统拥有知识的数量和质量就成为一个专家系统中系统性能和问题求解能力的关键因素，因此构建建筑能耗、水耗实时分析与决策的知识库，也是关键之一。

　　建筑设备系统的负荷是随着工作条件等来进行的，使每一个设备以最小负荷最高能效进行运行。设计都是按照这个建筑物的最高负荷、最恶劣的不利天气的参数来设计一个建筑物的功能以及它的用能设施的负荷的。但许多要经过三年以及五年的时间才能够得到满负荷的运行。一个功能强大的设施只有20%甚至是更低负荷的，有很多参数是需要动态调整，不完全是设计完就可以了，运营管理阶段必须要对设备进行监控管理。能耗数据的监测必须是一个非常基础的东西，要建立一个能源资本最低的控制，建筑的节能主要体现在建筑内部的机电设备、照明等进行控制，在其运行过程中就要对各种能耗进行监测和计量，实时掌握绿色弱建筑中的用能情况，能采用负荷预测处理和模糊控制等智能控制技术，建立自适应的模糊化的算法模型，使系统具备自适应的优化控制功能，可根据运行的环境和负荷的变化，通过专家系统的分析与决策，选择最佳的运行参量和控制方式。

　　2.4 电力、热力、燃气等负荷预测模型的构建

　　负荷预测是根据绿色建筑各系统的运行特性、增容决策、自然条件等诸多因数，确定未来某特定时刻的负荷数据，构建绿色建筑电力、热力、燃气等能耗负荷预测模型，为绿色建筑设备综合系统调试制定提供技术依据，负荷预测的关键在于建立科学有效的预测模型，采用有效的预测算法，以历史数据为基础，进行大量试验性研究，总结经验，不断修正模型和算法，以真正反映负荷变化规律。针对生态城市绿色建筑，需要实现建筑各系统设备能耗的预测。但因建筑用能设备数量庞大，针对每个用能设备实现具体能耗预测是不可能的，只能按建筑用能设备类别实现各项的总体预测。然而每一项又可分为几个子项，而且各子项设备的用能特点存在较大差异。能对不同设备类别进行能耗相对准确荷预，又满足实施建筑运行管理措施要求，是构建能耗负荷预测模型的基础。

　　2.5 绿色建筑设备综合系统运行与优化

　　大型公共建筑建筑设备的是由不同种类的设备子系统所组成，按照不同功能需要对能耗进行不同管理，但实际建筑中往往是集中监控，相互关联，如电能、风能、太阳能互补等，因此需要对建筑各设备子系统和用能系统特点进行详细具体分析，对水、电、气、热管网尤其是太阳能,风能等新能源的控制策略与调节手段研究，结合电气控制特点，如启动设备采用累计运行时间最少优先启动策略还是当前停运时间最长优先启动策略或轮流排队启动策略等。建立一个工程应用性强的建筑设备综合系统调试方法是进行科学调度和管理的关键。

　　 3 绿色建筑设备能耗监测与控制方法研究与分析

　　绿色建筑能耗监测主要通过信息化手段，采用数据采集设备对绿色建筑进行信息采集及能耗监测，通过有线网络和无线网络进行数据传输，为运营管理与控制提供信息化决策支持，从而降低用能，提升节能效果，控制方法可从以下几方面来分析完成。

　　（1）研究基于系统优化理论与控制原理，以绿色建筑群建筑电气系统、给排水系统、空调与通风系统、消防应急系统、电梯设备和新能源系统等设备子系统为对象，充分考虑生态城市绿色建筑气候特征、资源特征及建筑功能，进行优化系统分析，建立相应的分析负荷预测模型。

　　（2）通过测试分析各建筑中空调系统、给排水系统、新能源系统等分项设备子系统使用情况，开发建筑绿色建筑电力、热力、燃气等能耗负荷预测模型以及分项系统算法，对相应的系统建立在线优化控制目标函数进行研究，提出设备运行控制策略。建立基于设备运行的优化控制技术框架和系统优化目标体系。

　　（3）研究城市绿色建筑的电、气、热管网尤其是太阳能,风能等新能源的基本功能特征，提出控制策略与调节手段，针对所研究的设备系统运行控制方法，设计实验方案进行实验，验证其优化控制策略的效果。采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现绿色建筑能耗的在线监测和动态分析。在上述理论研究和实验验证的基础上，结合实际集成控制过程，进行实际工程应用。绿色建筑设备能耗监测与控制方法研究分析与应用流程见上图所示。

　　 4 结束语

　　绿色建筑能耗监测与节能控制是一个复杂的系统工程，构建绿色建筑能耗监测与控制合理的平台与方式，并使其有效运行，对于绿色建筑运营阶段建筑节能来说是一项有深远战略意义的基础性工作。动态、完整、准确地能耗统计，能更好地确定建筑节能的重点、发展变化的趋势，通过对绿色建筑的分析，根据能耗负荷预测数据分类模型，通过建筑配电系统的特点及末端集能耗特性，从而改善耗能系统运行状况,提高能源利用率。探索符合绿色建筑发展途径,可为绿色建筑更好发展提供参考。