智慧能源管理系统.docx
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智慧能源管理系统
智慧能源管理系统
一、建筑能源管理系统
系统概述
绿色建筑是指最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共处的。
建筑能源管理系统以绿色建筑为核心，在保障高舒适的同时，坚持以“低碳、高效”为原则，打造低能耗、高舒适的绿色建筑。
关键的核心产品采用非常先进的绿色建筑的能源管理技术，实时监测各弱电子系统的运行状态，并将数据汇集到中心数据库，系统自动分析各设备的能耗、能效情况并给出合理建议，从而进一步对设备进行优化，以实现整个弱电系统信息资源的合理共享与分配，确保建筑内所有设备处于高效、节能的最佳运行状态。
侧重于系统整体的节能运行，其运行管理模式及系统控制策略易于理解和应用。
法规要求
为能耗统计、能源审计、能效公示、用能定额和超定额加价等制度的建立准备条件，促使办公建筑和大型公共建筑提高节能运行管理水平，住房和城乡建设部在2008年6月正式颁布了一套国家机关办公建筑及大型公共建筑能耗监测系统技术导则，共包括5个导则
◆《分项能耗数据采集技术导则》
◆《分项能耗数据传输技术导则》
◆《楼宇分项计量设计安装技术导则》
◆《数据中心建设与维护技术导则》
◆《系统建设、验收与运行管理规范》
设计依据
《绿色建筑评价标准》
《公共建筑节能改造技术规范》JGJ176-2009
《智能建筑设计标准》GBT50314-2006
《中央空调水系统节能控制装置技术规范》GBT26759-2011
《民用建筑电气设计规范》JGJT16-2008
《综合布线工程设计规范》GB50311-2007_
《电子计算机机房设计规范》GB50174-93
《电子设备雷击保护守则》GB7450-87
《商业建筑物电信基础结构管理标准》TIA/EIA607
《建筑设计防火规范》GBJ116-88
《商业建筑物电信布线标准》TIA/EIA568A
《商业建筑物电信接地和接线要求》ANSI/TIA/EIA607
《商业建筑物电信布线标准》TIA/EIA568A
《电力系统中传输电能脉冲计数量配套标准》IEC60870-5-102
《电能计量装置技术管理规程》DL/T448-2000
《电测量仪表装置设计技术规程》SDJ9-87
《数字处理计算机硬件测试》
《仪表和控制系统功能表示法》SAMA
《计算机软件单元测试》GB/T15532-1995
《电力系统中传输电能脉冲计量配套标准》IEC-870-5-102
《继电保护信息接口标准》IEC-870-5-103
《电子设备雷击导则》GB7450-1997
《微型数字电子计算机通用技术条件》GB9813
《计算机场地技术要求》GB2887-1992
《不间断电源设备》GB7260
《电工电子产品基本环境试验规程》GB2423
《电测量及电能计量装置设计技术规程》SDJ9-1999
《电子测量仪器质量检测规则》GB/T6593-1996
《交流采样远动终端技术条件》DL/T630-1997
核心理念
◆在保障用户舒适度的同时，侧重于建筑整体节能合理的运行。
在保证整栋建筑环境适宜的情况下，合理使用能源，降低建筑能源消耗，提高能源利用效率，让整栋建筑节能合理的运行。
◆通过对弱电子系统的监测，让所有设备节能高效的运行。
实时监测各弱电子系统的能耗、能效和运行参数，通过相同设备能效指标对比，及时发现低能效设备，进而对设备进行优化，提高设备性能；通过对设备运行参数监测，及时发现设备故障，减少对设备的影响，延长设备寿命，让所有设备节能高效的运行。
◆对所有设备集中管控，实现资源调度、资源整合、资源共享。
对所有设备集中管控，在“时间”维度上避免浪费，实现在不该用能时段不用能，在该用能时段合理用能，让所有设备协调工作，实现资源利用最大化。
优势特点
◆人机交互技术
基于人机交互的界面设计，采用WEB的展现方式，同时系统支持个性化需求，用户可根据自己的喜好配置不同的展现形式，满足不同人群的需求。
◆多终端访问
满足多种不同终端，即个人电脑、手机、Ipad等不同的终端访问，支持多种主流浏览器。
◆多样化的数据分析
数据呈现丰富，功能配置灵活。
采用数据层层挖掘技术，最大限度地发现数据价值。
◆设备运行管理
关注设备的运行管理，通过监测找出设备运行异常状况，进而优化设备，提高设备性能，延长设备使用寿命。
◆分布式海量存储技术
分布式海量存储技术，能够快速处理大数据量。
◆强大的系统兼容性、开放性和扩展性。
系统能够与光伏发电系统、暖通空调系统、智能照明系统、地热采暖系统、楼宇自控系统等第三方系统完美对接，最终只需登录我们的系统就可以满足所有的需求。
并且系统提供二次开发手册、驱动开发、WEB接口，保证系统的开放性和扩展性。
建设目标
建筑能源管理系统的总体建设目标——实现“六化”，达到管理节能的目的。
∙能耗数据化
对能源资源消耗数据进行采集、使其以数据的形式展示出来。
∙数据可视化
在采集数据基础上，通过综合计算、对比分析等方式，从管理角度使数据更具有可视化。
∙节能指标化：
通过制定合理的节能指标化体系，实现定额管理。
∙管理动态化
在数据可视化的基础上更进一步进行加强管理，实现“可预测”的管理效果。
∙决策科学化
提供节能监管决策数据的支持，便于领导科学决策。
∙服务人性化
平台不仅提供管理的功能，更作为服务平台提供人性化的能源管理服务。
系统结构
建筑能源管理系统是一整套的能源管理的解决方案，提供从硬件到软件的设备和技术措施。
硬件方面，支持国内外大多数通讯采集仪表（支持OPC、Modbus、TCP/IP等协议）；软件方面，包括数据采集、实时数据、历史数据、能源管理分析数据、系统管理、数据展示、分析、控制等多个层面功能。
1.硬件层：
硬件层一般采用多功能智能仪表，实时动态采集数据并上传到数据层，二者之间通过采集软件连接；
2.数据传输层：
将底层数据通过各种协议和规约上传汇总到能源管理系统，交由系统进行处理和分析；
3.数据层：
包括实时数据库、历史数据库、能源管理数据库，是整个系统的核心基础；
4.数据处理层：
对海量数据进行存储和预处理，为分析和决策做好准备；
5.系统应用层：
包含3D展示、实时监测、集中控制、动态分析等，是整个系统的核心和关键；
6.系统管理层：
包含基础信息的配置和管理，以及整个软件的配置。
系统管理层
系统应用层
数据处理层
数据层
数据传输层
设备测控层
能源网络组建
能源管理网络用以完成能耗监测数据的实时传输，计量仪表的状态监测等。
包括两个部分，一是计量仪表与网关之间的网络传输，二是网关与服务器之间的网络传输。
∙计量仪表与网关之间的网络传输：
提供RS485接口的电力监测仪表、液体流量积算仪、气体流量积算仪与以太网网关之间采用RS485总线，一条总线支持最大32台从设备。
∙网关与服务器之间的网络传输：
可以利用已有的通讯网络，以太网接口就地接入到公司（大厦）内部网络中去。
同时，为了系统的安全可靠性，需要公司（大厦）IT部门配合，为EMS能源管理系统开辟一个独立的VLAN区域。
同时EMS服务器提供双网卡配置，接入公司（大厦）内部办公网络，方便运行管理人员远程访问EMS系统信息。
以下为能源监测系统网络结构示意图：
二、建立绿色建筑评价体系
能源数据采集范围
1）用电能耗数据自动采集
⏹一级总计量配电室进出线（变配电监测）
∙采集对象：
10kV/变配电室所有进出线回路。
∙采集类型：
模拟量：
I--电流、U--电压、P--有功功率、Q--无功功率、PF--功率因数、E--电度量、THD—谐波；
状态量：
断路器状态、故障信号等。
⏹二级区域用电计量
∙采集对象：
办公区域1、楼层/房间2、部门/科室
公共区域1、大厅2、物业3、食堂4、车库5、室外
∙采集类型：
I--电流、U--电压P--有功功率PF--功率因数E--电度量。
⏹三级区域用电计量
∙采集对象：
房间、小型办公场所
∙采集类型：
E--电度量。
2）水量数据的自动采集
⏹采集对象
主要针对建筑一次供水管网进水总管、二次供水管网各功能区域建筑进水总管进行实时用水监测和计量。
⏹采集类型
需在各监测点合适位置加装智能远传水表；
通过智能通讯接口采集以下数据：
累计流量
3）空调冷热量计量管理
⏹采集对象
针对空调系统冷热源输出总管和各功能区域测点管道进行冷热量计量
⏹采集类型
瞬时流量、累计流量、进回水管温度、冷热量值
4）市政热力（或锅炉）供暖计量管理
⏹采集对象
针对供暖系统一、二次管网进行供暖计量
⏹采集类型
一次蒸汽管网：
瞬时流量、累计流量、管道内蒸汽温度、蒸汽质量；
二次供暖管网：
瞬时流量、累计流量、进回水管温度、热量值
5）天然气计量管理
⏹采集对象
针对燃气进行总计量
⏹采集类型
瞬时流量、累计流量
6）太阳能光伏发电系统
太阳能光伏发电子系统开放通讯协议、通过OPC标准协议方式将相关电流、电压、功率、电量、设备运行情况等数据上传给能源管理平台服务器。
当光伏发电量不能满足供电需求的情况下，可以自动切换至市电，保证供电系统的连续可靠运行。
7）楼宇自控系统能源数据接入
建筑物的节能措施主要通过建筑设备管理系统（BAS系统）来执行。
能源管理平台和BAS系统的完美结合，是能源控制和管理措施实现的保障，通过OPC方式将BAS系统重要参数转发给能源管理平台，从而实现能源管理平台对楼宇自控系统数据的整合。
目前，能源管理和BAS还分属不同智能化系统，两系统的相互融合应该是智能化系统。
8）其他系统数据接入
平台预留标准的网络接口，可以接入其他系统数据，综合进行能耗分析、考核和合理化管理。
建立用能计量体系
结合建筑的实际情况，建立如下用能计量体系：
建立绿色建筑评价体系
根据国家颁布绿色建筑能耗指标，建立绿色建筑评价体系，对指标进行分析和考核：
指标名称
单位
采集频率
暖通空调系统耗电量指标
KWh/m2
每月
照明系统耗电量指标
KWh/m2
每月
室内设备耗电量指标
KWh/m2
每月
电梯系统耗电量指标
KWh/m2
每月
给排水系统耗电量指标
KWh/m2
每月
总耗电量指标
KWh/m2
每月
供暖耗热量指标
GJ/m2
每月
考核分析：
Ø建筑实际情况与绿色建筑指标评价进行对比，找到节能切入点。
Ø对建筑实际指标进行分析，包括指标值、指标趋势分析等等。
三、系统功能详述
建筑基础信息配置
用户可自由的在系统中配置所管辖的建筑信息，包括向系统中添加建筑、配置建筑的楼层及支路信息；配置楼层及房间用户信息，能源收费及价格信息等等。
当用户管辖建筑增加或减少时，可以快速方便的自行配置。
能耗数据实时监测
主要是对各仪表进行实时监测，当发生故障时，通过监测画面，可及时找出出现故障的仪表，方便用户及时跟踪处理现场情况，主要内容包括如下：
Ø网络通讯状态监测：
对整个楼宇的网络通讯进行实时监测，当发现网络通讯异常时，可及时有针对性的对通讯异常的网络进行维护。
Ø各仪表通讯状态：
对每个仪表通讯状态进行监测，发现没通讯上及通讯中断情况进行及时的报警及高亮显示，方便用户有针对性的维护，而不用人为的每个都去检查一遍。
Ø参数实时监测：
对各仪表采集量进行实时监测，用户可随时判断各个采集点的失压、失流和采不上数据的点，方便及时发现及时处理。
Ø供水管网监测：
对各供水采集仪表进行监测，可查看各仪表的实时流量、累积流量等，当仪表有故障时，可及时发现和处理。
建筑分类能耗分析
Ø系统在完成数据处理与上传的同时，将建筑能耗进行分类分析，该部分功能符合114号文的定义，即将建筑能耗分类为如下六类：
Ø1、耗电量
Ø2、耗水量
Ø3、耗气量（天然气量或者煤气量）
Ø4、集中供热耗热量
Ø5、集中供冷耗冷量
Ø6、其他能源应用量（如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等）
Ø可选择楼层，查看该楼层多有灯具的开启状况、照度、功率等。
Ø可手动控制灯具的开关、照度强弱，并可根据预设方案或人体感应技术自动控制灯具开关和照度，从而达到节能的目的。
建筑分项能耗分析
Ø照明插座用电：
为建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电。
主要包括照明和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电。
Ø空调用电：
主要包括冷热站用电、空调末端用电。
Ø动力用电：
主要包括电梯用电、水泵用电、通风机用电。
Ø特殊用电：
主要包括信息中心、洗衣房、厨房餐厅、游泳池、健身房或者其他特殊用电。
Ø建筑总能耗为建筑各分类能耗（除水耗量外）所折算的标准煤量之和。
Ø总用电量＝∑各变压器总表直接计量值
Ø分类能耗量＝∑各分类能耗计量表的直接计量值
Ø分项用电量＝∑各分项用电计量表的直接计量值
Ø单位建筑面积用电量＝总用电量/总建筑面积
Ø单位空调面积用电量＝总用电量/总空调面积
能耗同比、环比分析
统计建筑或片区能耗的时用量、日用量和年用量，以曲线图、柱状图等不同方式显示，支持报表输出。
能耗数据分析
通过对建筑的能耗数据统计、分析，结合模型建筑物能耗对比，确定建筑物能耗对比，确定建筑物的能耗状况和设备能耗效率，从而提供建筑物能源管理优化措施。
能耗数据分析模块是能耗管理软件的精髓所在，目前市场上各家软件的算法不尽相同，其效果还需市场验证。
然而，以模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制技术的发展将极大推动能源管理水平。
能耗指标统计
以图表形式展现以下能耗指标：
建筑总能耗、总用电量、单位建筑面积用电量、单位空调面积用电量、单位建筑面积分类能耗量、单位空调面积分类能耗量、单位建筑面积分项能耗量、单位空调面积分项能耗量；并显示同类建筑的各项指标平均值，使用户对建筑的用能情况一目了然。
能源消耗分析
包含能耗构成分析和能耗趋势分析，能耗构成分析采用饼状图的形式展现指定时间段内各类能耗所占总能耗的百分比情况；能耗趋势分析采用折线图的形式展现指定时间段内指定能源的消耗趋势情况。
Ø能耗报表管理
自动生成所需要的数据（日/月/季度/年）报表、定期阶段报表和事件报表，并能以用户所需要的格式和方式保存、导出或打印。
报表的类型、内容和格式可由用户动态调整。
Ø能耗报表分析
系统可提取各类能耗数据进行自动分析，确立标杆值并对各监控点的能耗情况进行能耗水平判定，对能耗改善提出一套完整的诊断流程，并提供能耗分析报告，帮助用户进行节能措施及设备改造。
Ø人工数据上传
针对尚未安装自动采集仪的支路或无法使用数据采集仪进行自动采集的能源消耗（例如汽油、煤等），提供人工数据上传及审核的功能，避免数据缺失导致的各类问题。
Ø数据备份管理:
用户手动或系统自动备份保存各项数据；当发生特殊情况导致数据丢失时，可自动导入最近的备份数据进行数据恢复，避免特殊情况出现数据丢失导致的各项损失。
Ø报警设置
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，用户也可通过历史报警记录，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。
Ø系统管理
用户通过此模块对系统的底层设置进行管理。
例如：
可通过此模块对能耗指标进行配置管理；对生产报表的要求和样式进行配置管理；对系统用户进行权限的配置管理；查看系统运行的日志等等。
四、界面展示设计
根据客户需求我方所提供软件均可定向开发，分项计量分析设计的思路，以下为界面展示设计示意图：
界面总览示意图
系统分析图
实时数据监测
设备分项分析饼图
空调能耗分析图
能耗分户计量图
管理诊断示意图
五、用户收益
建筑能源管理系统能够给用户带来以下收益：
◆帮助用户减少浪费，挖掘节能空间；
◆减少能源管理环节，优化能源管理流程，建立客观的能源消耗评价体系；
◆降低建筑运行能耗，提高物业管理效率；
◆提高设备性能，延长设备寿命，消除设备管理的不完好因素；
◆实现管理者及时掌握建筑能耗总体情况；
◆加快建筑的故障监测和异常处理能力，为建筑运行的安全可靠性提供了保障；
◆建筑内智能化子系统资源共享，协调工作，高效节能的运行。
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