物聯(lián)網(wǎng)控制的智能建筑能源管理系統(tǒng)

引 言

當前，全國現(xiàn)有的房屋建筑面積達 400 億平方米，在建筑的建造和使用過程中能源消耗高、利用率低的問題十分突出。有關(guān)部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，建筑能耗已經(jīng)占到目前全社會能耗的30% 左右。在國家大力推行節(jié)約型社會的今天，人們開始意識到大型辦公樓、酒店、商場等能耗較大的公共建筑在設(shè)備運行過程中能耗過高的問題。因此，將照明、空調(diào)等電氣設(shè)備進行智能化改造是一種簡單高效的節(jié)能手段。伴隨著國家節(jié)能減排政策的不斷深入，建筑的智能化改造需求也將逐步擴大，為廣大從事智能化的企業(yè)留下廣闊的發(fā)展空間。

1 建筑能源管理系統(tǒng)的概念

建筑能源管理系統(tǒng)是將建筑物或者建筑物群內(nèi)的變電站、照明、電梯、空調(diào)、供熱、給排水等使用情況進行集中監(jiān)視、管理和分散控制的系統(tǒng)，是實現(xiàn)建筑物能耗在線檢測和動態(tài)分析功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的統(tǒng)稱。建筑能源管理系統(tǒng)由各種計量裝置、數(shù)據(jù)采集器和能耗數(shù)據(jù)管理軟件系統(tǒng)組成。

2 建筑能源管理系統(tǒng)的功能

隨著建筑物控制和管理的需求、計算機技術(shù)的進步和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，所有的自控設(shè)備都可以相互傳遞信息，形成統(tǒng)一的系統(tǒng)，進行建筑能源的綜合控制和管理，即分散監(jiān)控和集中管理。因此，新一代建筑能源管理系統(tǒng)應(yīng)具備網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)開放性和互操作性、優(yōu)化控制等功能。

2.1 網(wǎng)絡(luò)化

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑能源管理系統(tǒng)中的應(yīng)用如下：

(1) 通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程監(jiān)控和操作以及對綜合信息數(shù)據(jù)庫的訪問；

(2) 增強系統(tǒng)之間的信息和數(shù)據(jù)交換能力，并與網(wǎng)絡(luò)通過防火墻實現(xiàn)無縫連接 ；

(3) 直接使用建筑物中的綜合布線系統(tǒng) ；

(4) 通過遠程電腦，甚至電話、手機查詢能源系統(tǒng)的運行狀態(tài)，進行遠程故障診斷和識別。

2.2 系統(tǒng)開放性和互操作性

標準網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議一般是開放的，可以把不同廠家生產(chǎn)的各種機器連接在一起實現(xiàn)預(yù)期結(jié)果。

2.3 優(yōu)化控制

能源管理系統(tǒng)必須從系統(tǒng)層面上對能耗進行診斷、識別、預(yù)測和優(yōu)化，其關(guān)鍵技術(shù)是相關(guān)預(yù)測和優(yōu)化算法。

3 能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

建筑能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概念如圖 1 所示。從圖 1 可以看出，能源管理系統(tǒng)由能源管理單元和控制接口兩部分組成。各種信息被一一分配在能源處理單元，經(jīng)過對話單元傳送到控制接口。各單元之間相互作用，從而實現(xiàn)為用戶服務(wù)、收發(fā)信息以及完成用戶指令等功能。通過控制接口，用戶指令可以在能源管理的各單元起作用，最終控制建筑物設(shè)備。能源數(shù)據(jù)處理單元進行信息處理、節(jié)能運行診斷；控制接口單元分析能源管理單元傳遞的數(shù)據(jù)信息，并以圖例樣式傳輸給管理人員， 方便查詢系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，了解設(shè)備系統(tǒng)的工作狀態(tài)，做出科學的管理決策。

能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖 2 所示。從圖 2 可以看出，能源管理系統(tǒng)由用戶接口、中央處理器、本地用戶控制三部分構(gòu)成，可通過 SIEMENS 公司的Apogee 三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和Insight 軟件對建筑能源管理系統(tǒng)做全面了解。用戶接口部分通過用戶接口站把中央服務(wù)器和本地用戶控制兩部分連接起來，用以收發(fā)信息和傳輸指令。在工作站的建造過程中，設(shè)置若干不同權(quán)限的密碼十分必要，按照個人需求和權(quán)限對建筑物的控制網(wǎng)絡(luò)加以設(shè)置。通過 Insight 的System Profile 功能，用戶對能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)一目了然，同時也可對本地控制層和用戶接口部分增添裝置（網(wǎng)端、工作站等），并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)（名稱、地址、通信速率等），完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，用戶可通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清楚地看到設(shè)備的狀態(tài)。

Insight 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。從圖 3 可以看出，控制部分在 Apogee 系統(tǒng)中由模塊（樓層控制 MBC 和建筑物控制器 MEC）以及網(wǎng)關(guān)直接連接而成。在工作站上對MBC，MEC 完成設(shè)置管理。建筑物的能源單元由網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)連接而成，MBC 連接樓層能源設(shè)備，由網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理。MBC和 MEC 擁有較多監(jiān)控模塊，能夠解決各種能源管理問題，如尖峰負載控制、周期性節(jié)能等，可用來進行復(fù)雜的程序控制，以便找到最佳的節(jié)能方法。

4 結(jié) 語

綜上所述，通過成熟的能源數(shù)據(jù)采集、獲取、傳輸以及海量數(shù)據(jù)管理平臺，建筑能效管理系統(tǒng)可實時對建筑能源消耗做出分析、設(shè)備維護管理以及提出維護優(yōu)化方案，實現(xiàn)對建筑能源的有效管理和節(jié)能增效。