《物联网“十二五”发展规划》明确了物联网技术的十二大重点应用领域,包括智慧城市、智能电网、交通运输、物流产业、医疗健康、
智能家居、环境与安全监测、精细农牧业、工业与自动控制、金融与服务业、公共安全以及国防军事。
物联网是城市发展通向智慧化的桥梁,智慧城市是物联网应用最基础的体现之一,而智能建筑的智慧化节能是智慧城市的基本保障。
1 国内建筑能耗管理现状
随着我国经济的发展和城市化建设速度的加快,目前建筑运行期的能耗约占社会总能耗的30%,并且还在继续增大,随之带来的能源不合理使用和环境污染等问题越来越突出,在我国现有的约430亿平方米建筑中,只有4%采取了能源效率提高措施。
目前,虽然许多国内外智能化设备生产商宣传产品具有的节能策略,但也是推理性地给出产品的节能指标,究竟其产品和技术在实际应用中是否能真正发挥节能作用,节能效果如何,没有检验的标准和方法。因而也有人提出疑问:“智能建筑内增加了不少的智能化设备,这些设备在工作的过程中也耗能,智能建筑究竟能否节能?”
另外,一些智能化建筑物也安装了BAS系统,但基本上都作为设备状态监视和自动控制使用,没有达到节能的目的。
在建筑物的整个节能周期中,建设期的节能大约只占25%,运营期的节能维护和运营管理则可达到总节能能耗的75%。因此,如果能实现建筑的智能化,则能使建筑物节能率提高20%~25%。智能化的重要性是体现在后期的管理上。要实现智能化管理需要一套有效的智能化系统,它不仅是一个管理工具,更是一个好的管理平台。继而科学合理的利用这些硬件产品,收集实时能耗数据,来指导节能,避免浪费,充分发挥建筑智能化技术在建筑节能中的作用。
基于上述原因,作为国内智能建筑集成管理系统领跑者的西安协同软件开发了面向智慧城市的智慧建筑综合能源管理平台SynchroEMS,目的是建立智能建筑节能量化评估体系,改变目前仅仅是依据是否采用节能硬件产品和节能策略定性评估的模式,通过建筑能耗的分类、分项计量,对比采用智能化技术前后的能耗数据来评估节能效果,其中也包括利用新能源对传统能源节能效果的评估。从而适应当前和今后一段时期内国内智能建筑节能管理的迫切要求,为公共建筑节能降耗提供一种重要手段,为公司创效的同时也能为节能降耗工程贡献一份力量。
2 协同智慧建筑综合能源管理平台特点
协同建筑能源管理系统(SynchroEMS)是一套建筑物运行期的能源综合管理平台。系统基于数据仓库技术,整合了海量的历史能耗数据,采用协同公共建筑能耗模型及方法,为全面的能耗统计分析、能源诊断提供科学的数据依据。
平台适合政府部门、行业协会、集团级企业和物业管理部门,实现全国、某一地区(区域)、园区、单栋建筑的各类能耗数据的采集、存储、统计分析、节能诊断、优化控制和综合管理等,能为用户精准节约能源,有效降低运行成本。
平台还提供了统一的开发配置工具、数据存取服务、系统管理工具和信息展现平台等,可满足系统不同使用者的应用需求。同时还提供向上级能源中心上报数据的功能,是一套能源消耗可视、能源成本可知、能源使用可控的智能化能源管理系统。
2.1 产品设计理念
SynchroEMS是基于“模型驱动,智慧节能”这一思路来指导设计和开发的,就是要让系统在不同的应用场景,设定不同的用能模型,同时也给建筑添加智慧的大脑,能实现按需供能,智慧调节,避免浪费。
SynchroEMS的总体目标是:以通信网络、计算机网络为基础、硬件为保障、软件为核心,通过计算机通信技术、商业智能(BI)技术、数据库技术、软件技术,对建筑物内的能耗数据进行实时监测,对建筑物内的能源设备进行系统化的协调和优化运营策略,提升建筑物的自动化、智能化和智慧化水平,实现能耗的科学利用和节能的持续增效。
2.2 系统功能定位
协同智慧建筑综合能源管理平台(SynchroEMS)从运行监测、统计分析、诊断评估、优化控制四个层面来满足业主不同层次的节能需求(如图1所示)。
(1)运行监测层面
对设备运行、能耗实时消耗状态进行监测,及时发现设备故障和用能异常。
(2)统计分析层面
按照不同时段、不同维度对能耗、能效数据进行统计分析,对能源消耗结构一目了然,为合理分配用能结构、能耗的诊断提供数据依据。
(3)诊断评估层面
对能效因素的在线诊断功能,发现节能潜力,为优化设备运行提供依据。
(4)优化控制层面
根据诊断结果,采取更换设备、优化运行策略、改进控制等控制手段改进效果。
2.3 系统架构
系统架构见图2。
2.4 系统特点
(1)采用先进的协同公共建筑能源管理模型。
(2)提供统一客户端访问(整合B/S和C/S)。
(3)统一的设备模型,快速构建能耗设备。
(4)不同能耗模型,提供多种子系统的能效分析。
(5)能源管理组,提供多种能耗查询,多种能耗图表展示。
(6)支持多种设备接口,为统计分析提供数据基础。
(7)提供动态、实时的能耗设备使用情况。
(8)专业的能耗模型分析,挖掘节能潜力。
(9)为节能方案提供依据,提高管理水平。
2.5 系统功能
SynchroEMS遵循国务院机关事务管理局、国家住房和城乡建设部的能源消耗监测、统计相关技术规定和技术导则,方案设计合理,系统功能齐全,可广泛应用于不同大型公共建筑物内的水、电、燃气、集中供冷(热)制冷(热)量、燃油、流量、压力等的能耗数据的监测、统计分析、能源诊断和能源设备的优化运行,实现能耗的科学利用和节能的持续增效。平台具有如下主要业务应用功能:
(1)快速全面采集能力
10多年的建筑行业集成经验,具有丰富的接口库,能够快速、全面、精确收集各种能耗数据。系统提供支持OPC标准的数据项浏览和配置功能,可方便接入能源子系统OPC服务程序。对项目需要定制接口,提供OPC快速开发工具OPC RAD,帮助用户快速开发OPC Server。同时包含RS232/422/485串口协议、TCP/IP网络协议、OPC、ODBC、BACnet、ModBus、API、OCX或专用开发包等多种通讯协议和通讯连接方式。
(2)运行监测
系统将分散的、相互独立的智能仪表、设备和各类能耗数据用统一的软件界面进行实时监视和管理。用户可以通过浏览器进行监测,以2D、3D电子地图方式和动画、文字、图表等形式的
人机界面展示设备运行状态信息和能耗各种信息,并提供交互手段。
(3)预警功能
对于能耗使用超限、能源设备运行、网络状态、系统故障出现异常现象,系统提供文字、声音、短信、声光多种提前预警功能。
(4)能耗定额
提供年度节能计划和节能计划执行情况管理功能。企业每年节能计划的制定、审核、查询等。节能计划执行情况查询,实际能耗情况和年节能计划对比分析,对于超过计划的值给与红色标注性显示。
(5)能耗分析
系统具备完善的统计分析功能,可对分类分项能耗数据、能耗指标进行统计分析。可实现各重点公共机构、重点行业、各区县的能耗数据的日、周、月、年内的能耗报告、能耗统计、能耗比较和能耗排名。也可以实现企业内分类分项能耗数据的日、周、月、年时间段内的能耗报告、能耗统计、能耗比较和能耗排名。
(6)能效分析
对某一地区、区域能源利用效率进行分析,及时发现企业或者公共建筑能耗的异常情况,方便节能监察部门及时调查并督促整改。
对各能单位能源设备的能效指标进行分析,可以帮助用户为了解系统在当前工况下的运行状态、利用效率,为能耗诊断和设备的优化运行提供依据。
最后对能效状况实现公示,让企业清晰了解用能改进方向。
(7)能源审计
主要针对能源使用的消耗过程和财务过程进行检测、核查、分析、评价,并提出改进建议。公共机构通过审计能够发现能源管理中存在的问题,从而采取针对性的措施达到降低能耗的目的。
能源审计的本质就在于实现能源消耗的降低和能源使用效率的提高,开展能源审计可以为用能单位带来经济、社会和资源环境效益,从而实现“节能、降耗、增效”的目的。有利于加强能源管理,使节能管理向规范化和科学化转变,有利于促进能源管理的信息化,减少能源管理的工作量。
(8)优化运行
根据能耗诊端和审计结果实现设备的优化运行策略,如人为控制和联动时间表策略,可根据具体应用情况完成自动控制照明开关,冷却塔台数、新风阀门、冷热流量阀门等操作。能源达到需量控制,在能耗优化运行的基础上实现节能管理。
(9)设备管理
设备的生命周期内,以设备档案为基础,对设备运行情况进行监视、维修、管理等,加强对能源设备的管理,帮助用户更好管理设备,为设备的优化运行提供最基本的保障。
设备管理分设备运行报警、设备报修与维修、设备保养三大块业务。
①设备运行报警:主要是对能源设备的报警信息进行显示。
②设备报修与维修:主要是对故障中的设备维修,生成报修单,处理报修以及维修完毕的结果信息反馈和处理。
③设备保养:主要是对运行中的设备进行保养工作,降低运行成本、延长能源设备的使用寿命。
(10)安全管理
对用户登录、注销和用户身份控制操作,系统提供多级别权限和用户身份管理。对特定用户完成授权登录后,可对制定工作区域和工作对象进行监视、控制、管理操作。对于用户下发的每一条有关系统控制命令,系统提供安全验证机制。只有通过了安全验证机制方能够进行控制。所有操作都被系统以日志方式记录,以便后期查看。
2.5 系统优势
(1)采用协同公共建筑能源管理模型,实现不同层次的节能效果监测和评估。
(2)提供丰富的数据分析图表,为精准节能提供数据依据是智慧城市的基础。
(3)能改变目前粗放式的能源利用模式,实现精细化的用能管理。
(4)提升节能水平,较低运营成本,通过科学的管理方法,不需要投入资金就可以达20%-25%节能。
(5)为节能诊断、改造提供科学的数据分析依据。
3 应用推广情况
协同智慧建筑能源管理平台系统(SynchroEMS)在某市公共机构能效管理平台、上海世博城市未来馆、浙大节能示范楼等项目进行了应用,获得了良好的节能效果。
(1)政府机构建筑能耗监测应用——某市公共机构能效管理平台(如图3所示)
某市公共机构能效管理平台采用SynchroEMS系统,按照建筑类别、建筑面积、能耗分类业务应用方式,对全市公共机构进行分类,实现对重点用能单位、重点用能领域进行能耗动态监测,加强节能运行管理,建立和完善能效测评、用能标准、能耗统计、能源审计、能效公示、用能定额、节能服务等各项制度的重要基础性工作,实现政府对全市主要耗能单位的能源监管与考核。为能源管理部门摸清能耗现状,制定相应的指导政策,提出标准范例,提高整体管理水平和增加执行效率发挥了重要作用。
(2)大型公共场馆能耗监测应用——上海世博城市综合馆(如图4所示)
上海世博城市综合馆(未来探索馆)位于世博城市最佳实践区UBPA的南部,属于南市电厂改造工程,是一座智能化、现代化的世博综合展示馆,拥有大批种类繁多、功能各异的机电设备和新能源系统。
系统由SynchroBMS和SynchroEMS协同工作,实现建筑自动化管理的各项功能和能耗管理,实现绿色节能目标。
(3)改造建筑类型——浙江大学节能示范楼(如图5所示)
浙江大学西溪校区节能示范楼以智能控制和节能减排的宗旨出发,将科研和节能改造结合起来,在多种气候类型、建筑类型、智能设备和控制管理中实践节能理论。
协同能源管理系统主要集中管理楼控、VRV空调、外遮阳电动
窗、智能照明、电能分项等系统,实现改造建筑类型的能源综合管理应用。
4 结束语
总之,西安协同智慧建筑综合能源管理平台是基于物联网技术,面向智慧城市应用的典型应用范例,一方面需要连接各种类型的传感器来获取温度、湿度、压力、流量等参数,另一方面还需要连接各种类型的执行器来控制空调系统、变配电系统等,还需要不同的控制系统间能相互连通,从而实现整体系统的联动,实现按需供能和智慧调节,避免浪费。最终为用户提升节能水平,较低运营成本。
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