1 前言
1.1 概述
能源是经济社会可持续发展的重要物质基础。能源问题是关系我国长远发展的战略问题，我国作为世界上人口最多的发展中国家，既是一个能源消耗大国，又是一个能源紧缺的大国，面临着能源安全和环境保护的双重压力，节约能源和资源的战略地位极其突出。加强能源管理，提高能源利用效率，是提高经济运行质量、改善环境和增强企业市场竞争力的重要措施，也是缓解当前经济社会发展面临的能源约束矛盾、建设节约型社会、实现经济社会可持续发展的根本保障。
楼宇能源管理系统是依靠无成本的科学管理进行节能管理，对楼宇照明、空调、动力等用电数据、用水量、用气量、冷量、热量进行监控，在充分满足、完善建筑物功能要求的前提下，减少能源消耗，提高能源利用率，而不是简化建筑物的功能要求，降低其功能标准。通过建立能源管理系统，生成实时、动态、科学、准确的能源监测数据库和统计分析结果，依据政策法规标准，为节能改造提供科学的决策依据。加快技术进步、强化监督管理，利用可再生能源，加强建筑用能的管理，在提高建筑物使用功能和舒适度的同时降低能源消耗，开创建筑节能工作新局面。
1.2 整体需求分析
楼宇能耗管理系统在能源数据监测基础之上，相应增加能耗管理分析功能实现能源宏观管理。能源监测管理系统需实现：实时能耗数据监测，如监测照明、空调机组、电梯系统等的运行能耗情况，产生相关报表，反馈到相关管理部门，为相关部门提供监管、决策的依据，提出整改的措施与方案。预测能耗宏观趋势，建立能源宏观管理；加强被监控对象的能源管理，动态调整其运行管理模式以及控制策略，通过精确计量实现精细化管理节能，实现系统的整体节能。
2 设计内容与原则
2.1 设计内容
（1）能源数据采集
能源管控中心网络系统及设备系统；
能源管控中心软硬件平台系统；
能源系统各站点的数据采集系统；
调度及操作人员所需的
人机界面系统；
设备冗余，安全监测系统；
历史数据海量存储及分析系统等。
（2）辅助系统
能源系统视频安全监控；
能源系统配套报警系统；
能源系统大屏幕显示系统等。
2.2 设计原则
（1）完善能源信息的采集、存储、管理和利用；
（2）规范能源系统的自动化系统设计；
（3）实现对能源系统采用分散控制和集中管理；
（4）减少能源管理环节，优化能源管理流程，建立客观能源消耗评价体系；
（5）减少能源系统运行成本，提高劳动生产率；
（6）加快能源系统的故障和异常处理，提高对全厂性能源事故的反应能力；
（7）通过优化能源调度和平衡指挥系统，节约能源和改善环境；
（8）为进一步对能源数据进行挖掘、分析、加工和处理提供条件。
3 力控楼宇能源管理平台系统架构
典型能源系统架构包括能源数据信息采集系统、能源数据存储管理系统、能源调度管理中心等三级物理结构（如图1示）。
4 力控楼宇能源管理系统综合解决方案
力控科技针对大型公共建筑、连锁型商超、高等学校、银行、园区建筑群等大型建筑能源管理提供了综合解决方案，典型能源系统架构包括能源数据信息采集系统、能源数据存储管理系统、能源调度管理中心等三级物理结构，其中信息采集与防护特点如下：
能源数据信息采集系统：力控数据采集服务器可现场安装，并且遵循低功耗设计原则，具备远程管理功能，方便部署与升级。
能源信息存储管理系统：力控能源信息存储管理系统将底层设备采集到的能源数据汇总，存储，以便能源分析系统调用。
能源调度管理中心：能源调度管理中心根据采集到的能源数据生产管理报表，将收到的参数信息，与后台数据库数据（气候、地理、设计、机电特性数据）对比并进行分析，自动提供适合具体建筑的运营和控制管理的针对性控制模型，指挥现场控制系统完成现场控制，可以充分、有效的管理能源信息，建立合理的能源策略。
通过力控能源综合管理平台软件对耗能设备的特性进行分析，加装合适的改造设备,可以提高设备的性能，提高用电设备的效率，降低原料损耗。根据设备运行历史记录合理安排检修，能够有效的提高设备安全运行时间，降低维护成本。设置报警参数，设备运行不稳定及时报警，保障安全运行。对系统能源进行集中监视、测量、控制和管理，实现能源实时及历史数据存储、查询、分析、统计、分析功能，实现了能源管理的自动化。充分利用真实数据，作为节能运转分析的依据，避免了人为判断的疏失，帮助系统强化能源消耗、能源核算管理，使系统管理更加科学化。
4.1 能源数据信息采集系统（见图2）
力控能源数据信息采集系统采用力控工业数据采集通讯网关，将建筑管理过程中所涉及的各种控制，监测，计量，检测无线的感知设备数据采集到上层云平台中。
系统可集成单栋建筑楼宇自控、冷战群控子系统、公共照明、夜景照明、变配电、电梯监控、客流统计、停车场管理、信息发布、背景音乐、消防报警系统、视频监控系统、防盗报警系统、门禁、电子巡更等各子系统。关注核心系统运行状况、主要能耗管网状态，环境介质质量监测等数据。将全楼宇的智能控制系统的实时状态采集进入系统，供数据监视、存储、报警、分析、计算、统计平衡等使用。
力控的工业数据采集通讯网关pFieldComm是一款解决目前过程自动化、电力自动化、楼宇IBMS、企业信息化中由于各软件系统、设备通信协议不一致这类问题的产品，使用pFieldComm可以简化系统中异种协议的转换和系统联网过程，使得异种协议容易接入并可转换为标准协议（如OPC方式）并与其它系统联网。
pFieldComm系列嵌入式工业通讯网关采用高性能的嵌入式计算平台，可以实现采集多个不同子系统的数据，进行数据集中汇总、分类和预处理，并对多个上级调度等平台系统进行数据转发。可作为分布式数据采集装置、工业协议转换网关、电力通讯服务器或通讯前置机等使用，广泛适用于SCADA、工业自动化、电力自动化和智能交通等行业。
4.2 能源数据存储管理系统
针对大型建筑群海量数据高速采集及存储，实现建筑群级别建筑整体能源数据管控，并将节能减排数据和指标随时、随地在所有智能端可见，系统采用力控企业级实时历史数据库pSpace 6.0，该产品将控制过程的数据进行接收、压缩、计算、分析后存入数据库，向管理层的其他用户提供历史数据及实时数据的查询功能。系统不但要能满足现阶段的业务要求，而且要能满足将来业务的增长和新技术发展的要求，要在原有设备继续发挥作用的基础上，保证用户能方便地增加或调整设备，改善系统功能和性能，支持将来系统不断更新和便于升级，从而保护原有投资。控制系统具有良好的可扩展能力，满足不同规模计算环境的要求，并且能提供多种升级途径，给业务的不断发展创造条件。
力控pSpace Server软件平台采取冗余架构，两台服务器互为热备，通过实时心跳检测监控服务器的运行状态，一旦主机发生问题从机可在最短时间内切换。保证数据完整性为数据统计分析提供数据支撑。
4.3 能源调度管理中心（见图3）
力控能源调度管理中心采用力控Fportal产品，为用户提供能耗计量与显示、能耗设备管理、能耗分析和诊断和节能控制、费率及成本分析等管理模块。
力控Fportal可以为所有在线的生产过程系统、数据分析系统及基于web的可视化组件提供全面系统的集成，从而为企业提供在线数据的统计分析、实时决策的支持和持续不断的改善生产过程，以达到改善企业运行的目的，构建一个强大的企业生产调度指挥与在线运营管理系统。
力控实时信息门户Fportal是力控科技“数字化”工厂整体解决方案的组成部分之一,是构成工厂智能化的重要管理和监控平台。可以为企业的生产数据深入挖掘和展示提供理想的web方式的开发平台，避免了采用高级语言在项目中客制化导致升级与维护的带来的不便。力控Fportal完全基于网页进行配置，展现流程画面、曲线、报表、告警等，轻松搞定企业生产实时信息门户。
力控Fportal融合流行的多媒体技术提供的不同方式进行动态图形显示与配置，可帮助企业方便的进行生产关键质量及管理分析。
力控Fportal提供多种生产质量分析工具来对生产参数(比如产出率、性能、质量等)进行详细的组合比较，可对每一个班次的运行设备性能进行管理，开停机分析等，详细评测生产线的运行性能，保证生产过程具备可追溯性。
5 力控楼宇能源管理系统主要功能
5.1 能源实绩分析
显示建筑内的主要用能设备的运行状态、工艺过程和关键的设备参数，并针对关键能耗指标超标时进行报警。掌握系统运行期间各种能源介质（如空调、照明、电梯等）的运行和分配情况。能源供需实绩的输出结果为能源供需实绩报表（见图4）。
（1）按照转化为相应的能源介质进行节能降耗分析，可分为空调、照明、电梯等，各项耗电量可细分到楼层，甚至办公室。
（2）按照统计周期可分为日报表、月报表、年报表。
5.2 系统安全预警
用户可根据不同楼层、不同支路、不同设备的用能需求，分时间段设置不同的报警策略，当发生不合理的能源消耗时，系统按照所设置的报警方式对用户进行提醒，避免设备故障或人为原因造成的能源浪费；在一段时间后，用户也可通过历报报警记录，分析当前的节能策略是否需要进行修改，最大限度确保能源和资金的合理利用。
* 报警条件
* 支持事故报警
* 系统故障报警
* 越限报警
* 用户自定义报警
* 报警方式
* 声、光报警
* 邮件报警
* 短信报警
* 故障分析
* 报警/故障查询
* 事故追忆
5.3 能耗数据分项统计
能耗分析系统用于分析各种用能设备的效率及水、电、气能量的消耗情况，主要内容包括：
（1）展示建筑物内各个设备能耗的数值、趋势、排名及比例关系；
（2）管理和统计各分区不同时段的能耗信息；
（3）管理和统计各种场景模式下的能耗信息；
（4）实时监控各用电支路的参数信息、环境参数信息及暖通空调参数信息。
数据分析曲线包括各数据的单点多时刻曲线对比，同时刻同类型数据对比，耗能综合分析，累计量历史柱图，历史数据查询曲线，COP数据分析等分析工具组成。
数据报表可以非常快捷的将需要的数据整理成报表表格。系统提供年报月报周报日报等报表格式，通过选择表格日期和表格类型自动生成报表，方便快捷。用户可以按照自己的习惯改变表头的格式和顺序；各列数据也可以方便的进行排序、求和的操作功能。
5.4 能耗统计分析（见图5）
根据能耗管理系统采集到的数据和相关资料，可按不同的能源介质（水、电、燃气等）对能源量数据做日平衡和月平衡分析，分析建筑物使用运行中能源消耗的现状，以达到能源使用整体上的供需平衡。
5.5 负荷预测分析（见图6）
能源数据（包括统计数据和预测数据）被周期性地集中和报告，能耗预测系统通过分析以往的能耗数据及分析设备工作原理建立各种用能模型，通过模型计算及专家系统预测建筑群的用能信息。提高能源数据测量和计算的可靠性，据此提供给企业领导或管理部门进行计划、观测和控制的依据，为节能项目做出规划。
（1）制定用能计划。
（2）周期性诊断设备及用能漏洞，检测及记录系统用能问题，生成各级报告。
（3）记录、核算、分析和展示历次节能工作的进展及成果。
5.6 设备管理（见图7）
建筑内使用的各类能耗设备数量不断上升，包括各种大型空调机组、水泵设备以及智能照明回路、电表等。能源管理系统需要对系统内能耗设备统一分类，以唯一标识体系为纽带，建立建筑能耗设备管理整体框架，实现能耗设备的综合管理（包括台账管理、出入库管理、运行状态查询等）。
5.7 能耗对标（见图8）
通过对年度、季度的整体综合能源数据统计与分析，掌握与同行业先进水平的差距，及时将进行工艺优化及设备改造的能耗对标有效的进行展示。
* 能耗标杆数据的采集管理；
* 能耗对标历史数据维护；
* 站点空调、照明、电梯等系统能耗情况对标分析。
5.8 成本及费率分析
通过能源管理系统的对各子系统数据的监控与分析，实现能源的成本核算，建立客观的以数据为依据的能源消耗评价体系。
* 可按介质（照明、空调等）、办公区域（楼层、办公室等）进行成本核算
* 可按月、天、生产单位、介质分析统计消耗
* 计算产量消耗，折算成单位产量能耗成本
* 发掘能耗指标在成本考核中的影响力
* 提供不同时间段的能源成本数据
5.9 系统权限管理
为保证整个系统安全稳定运行，能耗管理系统通过用户管理，控制系统运维人员管理，控制用户权限。
* 支持统一登录；
* 角色、组、用户的多级设置；
* 功能菜单和导航菜单权限可设置；
* 针对页面，报表级别的浏览权限配置；
* 对信息安全权限的设置。
5.10 大屏幕监视功能（见图11）
在能源管理调度中心设置能源系统信息显示大屏，实现远程监视能源系统重点现场视频信息，并综合监视各个子系统能源管理数据信息和状态信息。
6 结束语
力控能源管理系统平台通过合理的节能策略，配以能耗监控系统，可以有效地降低建筑内公用设施的能耗。对公用设施数据进行分析，建立能耗模型得出能耗改进空间；通过对各项数据的综合监管，消除信息孤岛和节能死角，从而实现可持续发展。
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