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广东省建筑设计研究院
摘要：据统计，在我国，建筑能源消耗占能源总消耗量的30%左右，其中，总面积不足城镇建筑总面积4%的大型公共建筑，其总能耗占全国城镇总耗电量的 22%，大型公共建筑年耗电量为普通居民住宅的10～20倍，具有巨大的节能潜力。在建立了初步的电能计量与管理制度的情况下，建立更为完善、“精细型”的综合能源管理系统，通过建筑能源消耗量化管理、节能分析等技术手段，降低建筑设施各耗能设备在运行过程中所消耗的能量，包括空调、照明、采暖、电梯、水泵、通风机以及其它耗能设备，从而降低运行成本，成为大型公共建筑节能增效的有效途径。
关键词：能源管理；电力监控；能耗计量；能耗分析；节能
建筑综合能源管理系统利用数据处理与通信技术，对大楼内部水、电、气等能耗采集、分析和管理模块进行集成与整合，采用通用数据模型（CDM）建立全景数据库，并以此为据建立客观能源消耗评价体系，及时了解真实的能耗情况并提出节能降耗的技术和管理措施，协助管理者制订能源使用模式，实现大楼节能降耗的目的。同时，系统在不断的数据积累过程中，为客户发现更多的节能机会，为后期的调整与改扩建提供更优化的能源供应管理方案。系统平台架构如图1所示。
图1能源管理系统平台架构
系统平台采用面向服务的架构（SOA），包括设备层、数据适配层、数据层、服务层、应用层、数据展示层等多个层次。
（1）设备层：本层集成监控对象，包括 PLC/DDC、ERP 系统、OA 系统、物业管理系统、财务系统等，这些系统都独立运行，它们对外提供不同类型的接口（BACnet、OPC、ODBC、TCP/UDP 等）。
（2）数据适配层：本层是集成平台的数据转换器，为服务层提供所需的全部数据，包括OPC适配器、DB适配器等。
（3）数据层：在本层对采集到的子系统数据进行格式转换，以统一数据格式存储到实时数据库中，同时支持下发指令的转换。实时数据库通过通用数据模型（CDM）与历史数据库完成数据整合。
（4）服务层：本层向各类应用提供公共服務，它们可以独立存在或者作为合成服务，包括采集服务、定时服务、联动服务、报表服务、GIS服务、数据共享等服务。
（5）应用层：提供应用功能，主要包括能耗分析、能源统计、能源安全监控等。
（6）数据展示层：提供丰富的客户端功能，支持微软IE及以IE为内核的浏览器；支持持各类PC及平板、手机端浏览器访问（含手机端）。在建筑设备管理中心内设1台24小时不间断运行的监控服务器并运行监控软件。电气工程师可实时查看电气设施运转情况并进行相关配置。
1、电力监控功能
在中低压配电柜及主要配电箱安装电力测控单元及数据总线组成电力监控子系统，变压器、发电机组、直流屏、UPS自带监控系统，系统平台过网关对上述电力设施实施自动监测。电力运行监测界面如图2所示。系统具体监测功能包括：
（1）对各回路电压、电流、有功/无功功率、功率因数、谐波等电力参数进行实时监测，以便值班人员及时发现故障隐患。
（2）对电力系统的运行参数进行自动采集和分析，并进行集中管理。
（3）根据绿色建筑评价标准，低压配电系统在各配电回路，设置具有标准通讯接口的多功能全电量仪表，实时监测、计算各用电回路用电量等多项参数。能源管理系统应按空调系统、照明系统、电梯系统、信息中心系统、厨房及相关系统用电分项计量、统计，作为建筑能耗分析依据。
（4）提供电力系统设备维护、运行的各类报表。
图2电力运行监测界面
2、能耗计量功能
在租户水电气计量单元及主要能耗点（设备机房、卫生间、绿化灌溉等）设置抄表子系统对能耗量（包括电、水等）进行自动统计，形成物业管理收费基础数据供财务中心调用，同时生成监控数据供能耗监测分析用。
（1）系统结构
抄表系统采用三级集散式网络结构，网络上层为平台管理软件，中层为数据集中器，前端设置智能电表、智能水表及智能气表。管理工作站设于建筑设备管理中心。
（2）系统主要功能
a. 智能电表对各出租单元及主要设备的用电数据进行采集。智能水表、智能气表对水、气量进行采集。
b. 数据集中器自动对各表计进行分组控制，收集、存储各表计的数据和状态并传送给管理工作站。
c. 系统软件平台对采集到的终端原始数据进行存贮、处理、输出等操作，数据可供电气工程师审核。
d. 工程师工作站通过系统平台读取并核实数据明细，确认无误后将数据共享给客户服务中心财务系统，实现计费的自动化管理。
e. 系统可读取、打印用户每日数据和月报表清单。
f.系统可对欠费用户在控制室远程执行控制功能。
g. 可分时段设定不同的单价，进行分时段计费。
h. 可对不同类型的用户组合可方便的设置其收费关系。
i. 可对有关数据进行导出，便于财务系统的集成或调用。
3、能源管理功能
能源管理的对象包括水、电等各种能源，通过专家系统对智能建筑电力系统、动力系统、照明系统、供水系统和环境数据实行集中监控和分析，可以主动发掘节能潜力，察觉电路故障和给水管道“跑冒滴漏”等现象，实现能源的集中调度控制和经济结算。
能源管理采用专家分析系统对能源信息实行集中监测和控制，一方面，实现从能源数据采集-过程监控-能源消耗分析-能源优化管理全过程的自动化、科学化管理，将能源管理与能源使用的全过程有机结合，提升能源管理的整体水平；另一方面，通过对能源信息进行准确汇总，同时对能源消耗设备的运行状态进行实时监控，运用数据处理与分析技术，实现能耗系统的全面分析和管理，包括能耗的统计分析，预测分析等，从而提高能源使用效率和降低能源使用成本，发现节能机会，实现绿色环保目标。 4、能源管理组成模块
（1）能耗数据采集：实时统计各类能耗及用能设备维护数据，建立全景数据库如圖3所示，为能源审计、节能诊断提供数据基础。
图3能耗数据实时采集
（2）区域能效评估：以楼层为单位统计能耗，引入 KPI 指标计算方法，建立大楼的 KPI 指标分析，对包括单位面积综合能耗、单位面积空调能耗、单位面积照明能耗等关键指标进行考核分析，给各能耗区域定义能耗级别，并与国家公共建筑节能评估标准进行比对，划分出能效等级，使管理者更加直观、深入的了解大楼的能耗情况，发现高耗能区，采取相应的节能措施（如调整人员用能习惯）。
（3）设备能效评估：以设备为单位统计能耗，整合空调、给排水、电力、照明等各类建筑设备监控子系统，对设备进行能效管理，构建节能数据模型，建立能源消耗评价体系，对能耗统计中发现的高能耗设备是否是由运行管理造成的进行判断，根据诊断结果制定节能方案（低成本或无成本改造）。如图4所示。
图4设备能效评估
（4）节能控制实现：落实节能方案，调整用能设备运行方式及人员用能习惯，如重新设定设备开关机日程计划，通过控制系统实现节能目标。如图5所示。
图5设备运行计划控制
（5）经验总结：系统经过一段时间运行后，所采集的历史数据产生积累与沉淀，通过数据分析，对负荷做出预测，可发现节能机会，实现建筑持续节能。如图6所示。
图6负荷预测
5、结束语
综上所述，基于成熟的能源数据采集、获取、传输以及海量数据管理平台，通过建筑综合能源管理系统实现对建筑能源消耗实时监控，能源消耗超标预警、节能潜力分析、设备维护管理以及维护优化方案分析等功能，达到对建筑能源进行主动管理和节能增效的目的。
参考文献：
[1]JGJ 16—2008 民用建筑电气设计规范[S].
[2]许锦标，张振昭.楼宇智能化技术[M].北京：机械工业出版社.2011.
[3]张新房.图说建筑智能化系统[M].北京：中国电力出版社.2011.
[4]张九根，丁玉林.智能建筑工程设计[M].北京：中国电力出版社.2007.
[5]张东.智能化低压配电系统组成原理及典型应用[J].电器工业，2010
[6]范同顺，苏玮.建筑智能化集成系统工程设计与实现[J].微计算机信息，2007（13）：266～268.
[7]张子慧. 建筑设备管理系统[M].人民交通出版社，2009.
摘要：据统计，在我国，建筑能源消耗占能源总消耗量的30%左右，其中，总面积不足城镇建筑总面积4%的大型公共建筑，其总能耗占全国城镇总耗电量的 22%，大型公共建筑年耗电量为普通居民住宅的10～20倍，具有巨大的节能潜力。在建立了初步的电能计量与管理制度的情况下，建立更为完善、“精细型”的综合能源管理系统，通过建筑能源消耗量化管理、节能分析等技术手段，降低建筑设施各耗能设备在运行过程中所消耗的能量，包括空调、照明、采暖、电梯、水泵、通风机以及其它耗能设备，从而降低运行成本，成为大型公共建筑节能增效的有效途径。
关键词：能源管理；电力监控；能耗计量；能耗分析；节能
建筑综合能源管理系统利用数据处理与通信技术，对大楼内部水、电、气等能耗采集、分析和管理模块进行集成与整合，采用通用数据模型（CDM）建立全景数据库，并以此为据建立客观能源消耗评价体系，及时了解真实的能耗情况并提出节能降耗的技术和管理措施，协助管理者制订能源使用模式，实现大楼节能降耗的目的。同时，系统在不断的数据积累过程中，为客户发现更多的节能机会，为后期的调整与改扩建提供更优化的能源供应管理方案。系统平台架构如图1所示。
图1能源管理系统平台架构
系统平台采用面向服务的架构（SOA），包括设备层、数据适配层、数据层、服务层、应用层、数据展示层等多个层次。
（1）设备层：本层集成监控对象，包括 PLC/DDC、ERP 系统、OA 系统、物业管理系统、财务系统等，这些系统都独立运行，它们对外提供不同类型的接口（BACnet、OPC、ODBC、TCP/UDP 等）。
（2）数据适配层：本层是集成平台的数据转换器，为服务层提供所需的全部数据，包括OPC适配器、DB适配器等。
（3）数据层：在本层对采集到的子系统数据进行格式转换，以统一数据格式存储到实时数据库中，同时支持下发指令的转换。实时数据库通过通用数据模型（CDM）与历史数据库完成数据整合。
（4）服务层：本层向各类应用提供公共服務，它们可以独立存在或者作为合成服务，包括采集服务、定时服务、联动服务、报表服务、GIS服务、数据共享等服务。
（5）应用层：提供应用功能，主要包括能耗分析、能源统计、能源安全监控等。
（6）数据展示层：提供丰富的客户端功能，支持微软IE及以IE为内核的浏览器；支持持各类PC及平板、手机端浏览器访问（含手机端）。在建筑设备管理中心内设1台24小时不间断运行的监控服务器并运行监控软件。电气工程师可实时查看电气设施运转情况并进行相关配置。
1、电力监控功能
在中低压配电柜及主要配电箱安装电力测控单元及数据总线组成电力监控子系统，变压器、发电机组、直流屏、UPS自带监控系统，系统平台过网关对上述电力设施实施自动监测。电力运行监测界面如图2所示。系统具体监测功能包括：
（1）对各回路电压、电流、有功/无功功率、功率因数、谐波等电力参数进行实时监测，以便值班人员及时发现故障隐患。
（2）对电力系统的运行参数进行自动采集和分析，并进行集中管理。
（3）根据绿色建筑评价标准，低压配电系统在各配电回路，设置具有标准通讯接口的多功能全电量仪表，实时监测、计算各用电回路用电量等多项参数。能源管理系统应按空调系统、照明系统、电梯系统、信息中心系统、厨房及相关系统用电分项计量、统计，作为建筑能耗分析依据。
（4）提供电力系统设备维护、运行的各类报表。
图2电力运行监测界面
2、能耗计量功能
在租户水电气计量单元及主要能耗点（设备机房、卫生间、绿化灌溉等）设置抄表子系统对能耗量（包括电、水等）进行自动统计，形成物业管理收费基础数据供财务中心调用，同时生成监控数据供能耗监测分析用。
（1）系统结构
抄表系统采用三级集散式网络结构，网络上层为平台管理软件，中层为数据集中器，前端设置智能电表、智能水表及智能气表。管理工作站设于建筑设备管理中心。
（2）系统主要功能
a. 智能电表对各出租单元及主要设备的用电数据进行采集。智能水表、智能气表对水、气量进行采集。
b. 数据集中器自动对各表计进行分组控制，收集、存储各表计的数据和状态并传送给管理工作站。
c. 系统软件平台对采集到的终端原始数据进行存贮、处理、输出等操作，数据可供电气工程师审核。
d. 工程师工作站通过系统平台读取并核实数据明细，确认无误后将数据共享给客户服务中心财务系统，实现计费的自动化管理。
e. 系统可读取、打印用户每日数据和月报表清单。
f.系统可对欠费用户在控制室远程执行控制功能。
g. 可分时段设定不同的单价，进行分时段计费。
h. 可对不同类型的用户组合可方便的设置其收费关系。
i. 可对有关数据进行导出，便于财务系统的集成或调用。
3、能源管理功能
能源管理的对象包括水、电等各种能源，通过专家系统对智能建筑电力系统、动力系统、照明系统、供水系统和环境数据实行集中监控和分析，可以主动发掘节能潜力，察觉电路故障和给水管道“跑冒滴漏”等现象，实现能源的集中调度控制和经济结算。
能源管理采用专家分析系统对能源信息实行集中监测和控制，一方面，实现从能源数据采集-过程监控-能源消耗分析-能源优化管理全过程的自动化、科学化管理，将能源管理与能源使用的全过程有机结合，提升能源管理的整体水平；另一方面，通过对能源信息进行准确汇总，同时对能源消耗设备的运行状态进行实时监控，运用数据处理与分析技术，实现能耗系统的全面分析和管理，包括能耗的统计分析，预测分析等，从而提高能源使用效率和降低能源使用成本，发现节能机会，实现绿色环保目标。 4、能源管理组成模块
（1）能耗数据采集：实时统计各类能耗及用能设备维护数据，建立全景数据库如圖3所示，为能源审计、节能诊断提供数据基础。
图3能耗数据实时采集
（2）区域能效评估：以楼层为单位统计能耗，引入 KPI 指标计算方法，建立大楼的 KPI 指标分析，对包括单位面积综合能耗、单位面积空调能耗、单位面积照明能耗等关键指标进行考核分析，给各能耗区域定义能耗级别，并与国家公共建筑节能评估标准进行比对，划分出能效等级，使管理者更加直观、深入的了解大楼的能耗情况，发现高耗能区，采取相应的节能措施（如调整人员用能习惯）。
（3）设备能效评估：以设备为单位统计能耗，整合空调、给排水、电力、照明等各类建筑设备监控子系统，对设备进行能效管理，构建节能数据模型，建立能源消耗评价体系，对能耗统计中发现的高能耗设备是否是由运行管理造成的进行判断，根据诊断结果制定节能方案（低成本或无成本改造）。如图4所示。
图4设备能效评估
（4）节能控制实现：落实节能方案，调整用能设备运行方式及人员用能习惯，如重新设定设备开关机日程计划，通过控制系统实现节能目标。如图5所示。
图5设备运行计划控制
（5）经验总结：系统经过一段时间运行后，所采集的历史数据产生积累与沉淀，通过数据分析，对负荷做出预测，可发现节能机会，实现建筑持续节能。如图6所示。
图6负荷预测
5、结束语
综上所述，基于成熟的能源数据采集、获取、传输以及海量数据管理平台，通过建筑综合能源管理系统实现对建筑能源消耗实时监控，能源消耗超标预警、节能潜力分析、设备维护管理以及维护优化方案分析等功能，达到对建筑能源进行主动管理和节能增效的目的。
参考文献：
[1]JGJ 16—2008 民用建筑电气设计规范[S].
[2]许锦标，张振昭.楼宇智能化技术[M].北京：机械工业出版社.2011.
[3]张新房.图说建筑智能化系统[M].北京：中国电力出版社.2011.
[4]张九根，丁玉林.智能建筑工程设计[M].北京：中国电力出版社.2007.
[5]张东.智能化低压配电系统组成原理及典型应用[J].电器工业，2010
[6]范同顺，苏玮.建筑智能化集成系统工程设计与实现[J].微计算机信息，2007（13）：266～268.
[7]张子慧. 建筑设备管理系统[M].人民交通出版社，2009.