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建筑智能化能耗计量管理系统方案
建筑智能化
能耗计量管理系统方案
目录
概述
项目背景
建筑业的发展在推动国民经济巨大发展的同时,也带来了极大的能源消耗——建筑能耗。目前,建筑耗能己与交通耗能、工业耗能并列,成为中国能源消耗的三大“耗能大户”。随着各类建筑的大量兴建和人们对建筑的居住舒适度的要求越来越高,建筑耗能急剧增加。我国拥有当今世界上最大的建筑市场,每年的建筑量约占世界建筑总量的40%。根据测算,如果不及时采取相关节能措施,到2020年中国建筑能耗将是现在的3倍以上。面对日益严峻的环境形势,建筑不能再继续依赖高能量的输入来换取内部环境的舒适,而应该积极探索减少建筑能耗的有效途径。
为加强国家机关和大型公共建筑节能改造与运行,住房和城乡建设部、财政部于2007年10月出台了《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》(建科[2007]245号)、《国家机关办公建筑和大型公共建筑节能资金管理办法》(财建[2007]558号)。规定了具体实施方法和步骤,明确提出建立国家机关办公建筑和大型公共建筑节能监管体系,为在“十一五”期末,实现国家机关办公建筑和大型公共建筑总能耗下降20%,节约1100-1500万吨标煤建立支撑平台。
建筑节能是在建筑中合理使用和有效利用能源,不断提高能源利用效率。影响建筑能耗的因素众多,比如建筑物所处的地理位置、区域气候特征、建筑物自身构造、建筑设备的使用、建筑物的运行管理和维护等等。建筑节能是一个系统工程,它涉及到建筑的规划、设计、施工、运行管理诸多环节,包括:
节能建筑规划设计(建筑朝向和平面形状、合理规划空间布局及控制体型系数);
增强建筑维护结构的保温隔热性能(外墙使用环保、节能型建筑材料;隔离太阳辐射热;尽量减少门窗的面积;设置遮阳设施;提高门窗的气密性;尽量使用新型保温节能门窗;合理控制窗墙比);
屋顶的节能技术措施(隔离太阳辐射热、“冷屋顶”节能);
空调系统节能技术措施(降低系统的设计负荷、冷热源节能、减少输送系统的动力能耗、空调机组及末端设备的节能措施、提高送风温差及合理调节新风比、利用冷却塔供冷技术、蓄冷技术、采用热回收与热交换装置、充分利用自然冷源);
运行管理节能技术措施(提高运行管理人员的技术素质、合理的用能计费制度、管路系统的检漏、检垢、调节新风量、在过渡季节利用室外空气的自然冷量、合理设定设备的启动和停止的时间);
由上可以看出,对建筑内各设备进行实时的监控与管理,是一种重要且有效的节能技术措施,这正是建筑能耗计量管理系统可实现的功能。
通过建筑智能化能耗监管体系建设,建立能耗监测平台、开展能耗统计、能效公示、能源审计,掌握建筑用能数据,摸透建筑内各组织机构的用能规律,从而指导开展低成本节能改造,加强节能运行管理,规划真实有效的用能设计依据。
通过建筑能耗计量管理系统实现设备自动调度管理,根据历史经验或预设的参数,对机电设备进行定时、分区等开关控制;根据系统预先设定的设备的调度策略、节能策略、设备的最佳启/停时间控制策略,对系统中机电设备预先启动、调节或关闭;根据实际检测的温度、湿度、照度等自动调节空调照明设备,对设备的负载进行均衡,使大楼内的温湿度控制达到最舒适的程度,同时以最低的能源和电力消耗来维持系统和设备的正常工作,以求取得最低的大楼运作成本和最高的经济效益,从而提高智能建筑的用能效率,促进建筑节能监管体系的建设。
项目概况
建立能耗管理系统的意义
没有能耗监测,就没有能耗管理,因此要建立建筑能源管理制度,一定要先有良好的能源监测制度,进而进行有效的建筑能源管理。所以,导入建筑能耗计量系统,首先就是要针对建筑物进行全年空调、照明、动力等系统能源消耗的数据监测及分析,以建立建筑物能源使用的相关数据库。因此,对于建立能耗管理系统,其主要意义可归结为:
行为节能、管理节能;
有助于建立健全运行维护管理制度;
积累实时能耗数据,为建筑能耗研究奠定基础;
用能预测及能耗诊断;
减少管理环节,优化管理流程,建立客观能源消耗评价体系;
加快系统的故障处理,提高对能源事故的反应能力;
通过优化能源调度和平衡指挥系统,节约能源和改善环境;
系统整体设计方案
建筑能耗计量管理系统以国家相关标准、节约型建筑建设相关导则和国家机关办公建筑及大型公共建筑相关导则为依据,整体以在大型公共建筑能耗监测项目中得到广泛应用的建筑能耗监测数据平台软件为基础,结合在大量商业应用中被广泛使用的成熟产品与技术构建而成。
图2-1系统层次结构
系统首先采用成熟可靠的软件技术、数据采集技术构成了基础的“建筑能耗采集系统”;
在此基础上,基于采集和存储海量能耗数据,通过能耗分析计算转化为有效的统计分析结果,结合可视化呈现技术,构成一套“能耗分析计算平台”;能耗分析计算平台具有通用性和开放性,可同时支撑来自多幢智能建筑和建筑群的数据,并根据自身需要自由地应用平台中的能耗数据;
在能耗分析计算平台的基础上,通过系统的各种计算和呈现功能,辅以呈现技术和交互技术,形成功能更加贴近节能监管业务的“建筑能耗计量管理系统”;
系统需求分析
目前,没有实现统一的自动能耗采集管理,在能耗数据统计的时效性、准确性方面都存在一定的问题;建筑管理单位在节能的各个方面都开展了相关工作,但缺乏一个宣传、公示及能源辅助管理的平台。本系统的建设将满足以下需求,达到的节能管理工作需要。包括:
数据采集子系统:可接纳符合《智能建筑设计标准》规定的通信协议的数据;提供对能耗采集终端数据的解析能力和存储能力,提供对既有能耗监控相关系统与设备的接入能力;
能耗查询、统计、分析、评价子系统:包含建筑能耗分析计算引擎、能耗分析结果查询模块、能耗分析报告生成模块等;
能耗模型管理子系统:提供涵盖符合节约型智能建筑监管系统建设需要的模型,提供开放、可扩展的能耗计算平台;
建筑用能监控模块:主要包含用能总量监控、同类建筑用能比对、详细用能动态监控、主要用能设备的运行参数监控等功能;
设备故障和用能异常报警子系统:提供能耗监察、能耗异常追踪、能耗报警记录查询、重点用能设备报警台帐管理以及多种方式的报警处理功能。报警信息可通过多种方式通知用户;
建筑能源辅助审计模块:包括建筑基础信息收集、用能评价、用能诊断、辅助审计报告生成导出等功能;
建筑能效公示模块:公示方式采用列表、趋势图、饼图、柱状图等,界面直观,支持用户按需配置;
权限子系统:提供灵活的权限控制,满足系统使用的安全性需求;
运行维护子系统:提供系统运行监视和诊断功能,提供日志功能;
具备向第三方系统提供接口能力:系统可向外部提供标准的XML数据接口;
实现对一般建筑的整体用能监测和重点建筑详细用能监测,实现按单位/组织进行用能分析;
系统建设原则
建筑能耗计量管理平台,在设计时遵循如下的基本原则:
整体规划设计,分步投入建设;
兼顾考虑成熟性与先进性,采用经过考验的成熟的软硬件产品,搭建创新的应用体系;
充分考虑对既有系统的兼容性,尽量减少软硬件重复投资;
充分结合的实际情况,在符合需求的同时,凸显特色与亮点。
在以上整体建设原则的基础上,系统的设计将遵守通用设计准则:
开放性:系统应具备良好的全开放功能;
安全性:系统的软件及技术均满足应用所需的相应安全性;
可靠性:系统的软件及技术具有高可靠性;
通用性:系统软件及技术应具有通用性;
可扩展性:系统软件及技术均要满足功能扩展和范围扩展的需求;
整体性:整个系统整体规划、统一标准、规范接口,保证系统的完整性;
经济实用性:系统的性能价格比应尽可能高;
可维护性:系统应维护操作简单、维护工作量少。
系统目标
建筑能耗计量管理平台,是开展建筑节能管理增效建设的重点内容。整套系统包括监控中心平台建设、数据中心部署和前端监控点数据采集设备安装建设工程。项目完成时将达到以下目标:
构建覆盖全面、数据及时、精准可靠、稳定安全的建筑物综合能耗(水、电、)数据采集体系;
建立符合节约型建筑监管体系、国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理和监测平台建设要求的建筑节能监管系统,包括能耗监测、能耗统计、能源审计、能效公示及相应的各项管理功能等;
结合用户已有的建筑系统平台,实现数据同步管理;
结合建筑物实际的用户情况,实现按自定义的组织机构,进行能耗计量分析;
提供精确及时、符合业务需求的建筑节能管理平台;
建立具备可扩展的、拥有统计分析能力的建筑节能监管系统。
智能建筑的能耗计量
建筑能耗计量管理系统,是对建筑设备监控系统、公共安全系统和能源供应系统等实施综合管理的系统。系统一般包括热力系统、制冷系统、空调系统、给排水系统、电力系统、照明控制系统和电梯管理系统等。系统主要利用DDC控制器对建筑内机电设备运行状态参数实时采集,DDC采集的运行状态参数包括压力、温度、流量等,其中,有一部分参数同时也是能耗参数,可由此计算出能耗量。能源供应系统包括:供电系统、供水系统、供气系统、供冷系统、供热系统等。
冷站系统概述
冷站系统由冷水机组、冷冻水循环系统、冷却水循环系统等主要系统组成,是空调系统的冷量来源,对其进行监控管理,对保障空调系统的实现良好的室内环境控制和系统节能有着重要的作用。冷站系统是由DDC采取现场有关信息及参数,编制相关程序,实现冷站内各设备的监测、报警、控制与调节,冷站内各设备通过通信系统向中央站传输信息,并接收中心站的指令。
由于冷站中水系统有冷源侧定水量和变水量之分,故冷站系统通常可分为定水量冷站系统和变水量冷站系统。定水量系统是通过调节冷冻水的水温来适应空调负荷的变化,而水量不变;变水量系统是供水温度不变,通过调节冷冻水水量来适应负荷变化。无论是定水量系统还是变水量系统,都牵涉到温度或者流量的变化,而这两个参数的变化就决定着冷量的变化。
冷站系统监控
对于冷站的自动监控,已形成一套完整、全面、可靠的监控策略,其监控策略为:
机组定时启停控制:
根据事先排好的工作及节假日作息时间表,自动启停冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、电动阀门及冷却塔。
机组台数控制:
根据建筑所需冷负荷及压差旁通阀开度,自动调整冷水机组运行台数,达到最佳的节能目的。
机组连锁控制:
启动顺序:冷却塔风机一>冷却水蝶阀一>冷却水泵一>冷冻水蝶阀一>冷冻水泵一>冷水机组。
停止顺序:冷水机组一>冷冻水泵一>冷冻水蝶阀一>冷却水泵一>冷却水蝶阀一>冷却塔风机。
冷冻水压差控制:
根据冷水供回水压差,自动调节旁通调节阀的开度,维持供回水压差恒定。
冷却水温度控制:
根据冷却水温度自动控制冷却塔风机的启停台数,如果冷却水温度过低,打开冷却水旁通阀,使冷却水不经过冷却塔冷却。
冷冻水出口水温控制:
根据大楼实际所需的冷量以及运行机组的额定冷量,自动的调整冷水机组出口水温的设定值,使得系统节能运行。
水泵保护控制:
冷冻、冷却水泵启动后,水流开关检测水流状态,如遇故障则自动停泵,其备用泵自动投入运行。