顧　宏

[西門子(中國)有限公司上海分公司, 上海　200082]

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Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)及應(yīng)用分析

顧宏

[西門子(中國)有限公司上海分公司, 上海200082]

介紹了Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)的構(gòu)成、特點,分析了其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用方案。 提出Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)采用一體化設(shè)計和功能模塊化設(shè)計,提供了全面的節(jié)能技術(shù)平臺,通過各類圖形和表格對能耗進(jìn)行分析,實時監(jiān)控供配電系統(tǒng)及電梯、通風(fēng)等設(shè)備的運行狀態(tài),實現(xiàn)對設(shè)備全生命周期的管理,達(dá)到在減少能耗的情況下使設(shè)備得以充分應(yīng)用。

建筑能耗管理系統(tǒng); 能耗分析; 實時監(jiān)測; 節(jié)能

0　引　言

目前,大部分大型公共建筑缺乏標(biāo)準(zhǔn)的能耗管理平臺,不能獲取建筑內(nèi)各用電設(shè)備的能耗數(shù)據(jù),對能耗數(shù)據(jù)的采集大多仍停留在傳統(tǒng)的人工抄表及統(tǒng)計方式下,缺乏對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,所以無法對電能的使用進(jìn)行有效控制,很難進(jìn)行綜合節(jié)能[1]。

本文介紹了Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng),通過對空調(diào)、供暖、照明和生活熱水等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制,調(diào)節(jié)使用時間、使用頻率、開啟數(shù)量、送風(fēng)溫度、送風(fēng)量、出水量或用水頻率等,在減少能耗的情況下提高各種設(shè)備的能效比。

1　Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)

建筑能耗管理系統(tǒng)就是對建筑的通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)等能源使用情況,實行集中監(jiān)視、管理和分散控制的管理與控制系統(tǒng),是實現(xiàn)建筑能耗在線監(jiān)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[2-3]。

Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)采用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(Service Oriented Architecture,SOA),采用一體化設(shè)計和功能模塊化設(shè)計,提供全面的節(jié)能技術(shù)平臺,涵蓋監(jiān)測、評估和實現(xiàn)節(jié)能所需的全部功能,包括三大單元板塊:

(2) 能耗優(yōu)化單元,包括配電系統(tǒng)管理監(jiān)控、照明亮化監(jiān)控、空調(diào)新風(fēng)監(jiān)控、供水管網(wǎng)監(jiān)控、供熱管網(wǎng)監(jiān)控、新能源管控等。

(3) 其他附加增值單元,包括電能質(zhì)量檢測、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測、三維仿真展示等。

1.1系統(tǒng)構(gòu)成

Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(1)設(shè)備層,處于系統(tǒng)最底層,為智能通信設(shè)備。照明、空調(diào)、動力與特殊用電通過RS-485總線方式連接,燃?xì)庀?、集中供?熱及光伏等可再生能源因現(xiàn)場設(shè)備與中央控制室距離較遠(yuǎn),故采用GPRS方式連接,形成星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);RS-485總線、GPRS通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備與以太網(wǎng)連接,實現(xiàn)了低速通信網(wǎng)絡(luò)與高速通信網(wǎng)絡(luò)的連接與協(xié)議轉(zhuǎn)換,完成數(shù)據(jù)交互。設(shè)備層通過多條RS-485總線與GPRS混合方式構(gòu)造系統(tǒng),同時結(jié)合數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換設(shè)備實現(xiàn)傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)傳輸,因此設(shè)備層具有極強(qiáng)的通信協(xié)議兼容適應(yīng)能力,可以實現(xiàn)絕大多數(shù)通信設(shè)備的系統(tǒng)集成。

圖1　Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(2) 網(wǎng)絡(luò)傳輸層,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)交互,系統(tǒng)通信層支持RS-485通信、GPRS通信和TCP/IP通信,通常包含數(shù)據(jù)采集器、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、光纖收發(fā)器等通信設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)傳輸層可以實現(xiàn)單網(wǎng)總線式配置,也可以實現(xiàn)雙網(wǎng)總線式、雙環(huán)網(wǎng)式結(jié)構(gòu)。

(3) 中央控制層,由能耗管理軟件組成,執(zhí)行設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)視和控制管理等,并將現(xiàn)場運行的重要數(shù)據(jù)通過表格和圖示化等方法直觀地反映給管理者。

1.2系統(tǒng)軟件架構(gòu)

陳云指出：“我們國家，在目前第一位的領(lǐng)導(dǎo)人是小平同志?！盵2]P360這里，我們主要論述鄧小平是怎樣領(lǐng)導(dǎo)全黨成功開創(chuàng)中國特色社會主義業(yè)績的。

Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)軟件的架構(gòu)如圖2所示。

圖2　Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)

(1) 數(shù)據(jù)采集,兼容符合行業(yè)規(guī)范的各類通信協(xié)議,采集周期靈活設(shè)置。

(2) 數(shù)據(jù)處理,根據(jù)用能回路信息和能耗模型對采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分、匯總,經(jīng)計算后得到分類分項能耗數(shù)據(jù)。

(3) 數(shù)據(jù)上傳,使用符合各地標(biāo)準(zhǔn)的XML格式對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包,數(shù)據(jù)包經(jīng)過AES加密后上傳至能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心。

(4) 數(shù)據(jù)展示,實時監(jiān)測各能耗計量裝置的運行參數(shù)、通信狀態(tài);各分類分項能耗和單位面積能耗匯總,并以坐標(biāo)曲線、柱狀圖、餅圖、報表等形式顯示、查詢和打印。

(5) 信息維護(hù),建筑物基本信息、設(shè)備信息、編碼配置、用能支路及能耗計量裝置等配置信息。

1.3系統(tǒng)特點

該系統(tǒng)采用開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)體系,是開放的、模塊化的、分布式的系統(tǒng),模塊化的架構(gòu)和開放性的特點使系統(tǒng)軟件和硬件擴(kuò)展十分容易,并且不影響現(xiàn)有的功能,用戶可以利用各種平臺實現(xiàn)想要得到的功能。Spectrum Power 5可以在自動化的所有層級提供支持,涵蓋從監(jiān)視到控制,再到能源計劃和能源采購,因此可以更有效地發(fā)掘節(jié)能機(jī)會,優(yōu)化能源效率。

Spectrum Power 5特點和優(yōu)點如表1所示。

表1Spectrum Power 5特點和優(yōu)點

功能特點優(yōu)點采用Oracle數(shù)據(jù)庫 應(yīng)用最廣泛的商業(yè)數(shù)據(jù)庫,最大可采集25萬個數(shù)據(jù)點位;開放式的系統(tǒng)架構(gòu)可以方便地集成第三方產(chǎn)品;為用戶提供了硬件平臺的獨立性和軟件的可移植性 數(shù)據(jù)大量性,共享性、可靠性、穩(wěn)定性強(qiáng),速度提升,管理更方便;兼容性強(qiáng),減輕了客戶的投入成本;最大限度地減少客戶對特定供應(yīng)商的產(chǎn)品依賴建模按照IEC61970標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)庫模型標(biāo)準(zhǔn)化,后期移植或更新系統(tǒng)停電時間最少、工作量最小;可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫不同廠家間直接導(dǎo)入;保證圖形與數(shù)據(jù)庫的一致性,維護(hù)簡易 未來擴(kuò)展方便,兼容性強(qiáng),維護(hù)方便特有的模塊化結(jié)構(gòu) 可以任意加入各種功能模塊;每個模塊就是一個小系統(tǒng),可以各自或互相實現(xiàn)不同的目標(biāo)和功能 功能最全,實現(xiàn)客戶的各種要求仿真模式(仿真模塊) 允許客戶模擬網(wǎng)絡(luò)中的各種條件,并且觀察由此引發(fā)的后果;進(jìn)行預(yù)設(shè)定值的比較,如是否過負(fù)荷,是否越線等;操作人員可以在此系統(tǒng)上進(jìn)行培訓(xùn)操作與演練 提高操作人員的預(yù)判能力、分析和決策能力及對事故預(yù)處理能力;極大地提高了系統(tǒng)的可靠性;提高操作人員素質(zhì),從而提升了整體效率管網(wǎng)漏損監(jiān)測模塊 可實現(xiàn)分區(qū)漏損監(jiān)測;通過地圖方式展示監(jiān)測情況 可以方便迅速地找到泄漏或故障點,及時進(jìn)行改進(jìn),并采取措施新能源接入模塊 各類新能源可以更好地監(jiān)控管理 未來新能源可以隨時方便地接入,提高新能源使用效率告警列表直接調(diào)出故障裝置與設(shè)備畫面 一旦產(chǎn)生告警信息,首先會觸發(fā)告警燈閃爍,并且告警音響提示;操作員打開告警信息畫面時可以直接調(diào)出出現(xiàn)故障的設(shè)備及其畫面 在出現(xiàn)故障或跳閘狀況下,操作人員可以快速響應(yīng),及時排除故障;提高操作人員效率負(fù)荷(水電氣)預(yù)測和控制 隨時提供負(fù)荷(水、電、氣)的各種狀態(tài)量和數(shù)字 及時了解負(fù)荷用量,更好地進(jìn)行調(diào)整

Spectrum Power 5系統(tǒng)應(yīng)用于建筑能耗管理的特點:

(1) 能耗統(tǒng)計分析。通過各類圖形和表格展示總能耗、分類能耗、分項能耗,進(jìn)行能耗趨勢分析,對能源流向和平衡進(jìn)行分析及展示,通過BIM模型展示能耗使用情況 。

(2) 供配電系統(tǒng)監(jiān)測。對供配電系統(tǒng)進(jìn)行模擬,實時準(zhǔn)確地顯示實時供電各回路的各種運行狀態(tài)與各項電能數(shù)據(jù),對供配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時監(jiān)控、故障檢測、報警。

(3) 電梯、通風(fēng)等設(shè)備實時監(jiān)測。并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析,制定相應(yīng)措施實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運行。

(4) 設(shè)備全生命周期管理。對設(shè)備的保養(yǎng)制定計劃,并提前通知;對設(shè)備維修進(jìn)行記錄并跟蹤;實時設(shè)備告警提示,并實現(xiàn)短信、郵件通知。

2　案例應(yīng)用

湖南師范大學(xué)為了實現(xiàn)用能設(shè)備實時監(jiān)測,降低建筑能耗,節(jié)省費用,達(dá)到建設(shè)數(shù)字化校園等目的,選用Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)。

Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)應(yīng)用示意如圖3所示。

圖3　Spectrum Power 5能耗管理系統(tǒng)應(yīng)用示意

Spectrum Power 5能耗管理應(yīng)用平臺在該項目上可以實現(xiàn)能耗實時監(jiān)測、能耗分析評估、能耗公示上報、三維地圖信息展示、預(yù)付費管理、給水管網(wǎng)監(jiān)測、教室照明、空調(diào)控制等功能。

Spectrum Power 5能耗管理系統(tǒng)應(yīng)用的特點:

(1) 管網(wǎng)漏損監(jiān)測模塊,可實現(xiàn)分區(qū)漏損監(jiān)測,通過地圖方式展示監(jiān)測情況,并進(jìn)行分析。

(2) 教室/辦公室/宿舍的照明、空調(diào)控制,不僅可以實現(xiàn)監(jiān)測,更可以實時展示房間空調(diào)、照明的運行情況,根據(jù)控制策略對設(shè)備進(jìn)行控制。

(3) 進(jìn)行能耗公示及定額、標(biāo)桿管理,將各部門的能耗定額分解到月,并按月考核能耗使用情況;可將實際用能情況與國內(nèi)外、行業(yè)、企業(yè)內(nèi)部標(biāo)桿進(jìn)行對比。

(4) 網(wǎng)絡(luò)預(yù)付費管理系統(tǒng)模塊,支持準(zhǔn)實時算費,并通過短信通知催費,對惡意欠費用戶可進(jìn)行遠(yuǎn)程通斷電操作。

(5) 分類分項統(tǒng)計分析,根據(jù)不同能源類型,從總能耗、人均能耗、單位面積能耗對能耗進(jìn)行分析 。

該項目分兩期完成,共投入200萬元,電表475塊,水表213塊,采用分區(qū)管理模式監(jiān)測管網(wǎng)漏損后發(fā)現(xiàn)有多個漏點,僅節(jié)約用水量一項,2015年比2014年環(huán)比節(jié)約用水量99.8萬t,約268萬元。另外,其他通過監(jiān)控電力損耗也達(dá)到了同比節(jié)能10%的目標(biāo)。

3　結(jié)　語

介紹了Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng),分析了其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用方案。指出Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)前期投入成本低,后期可方便地擴(kuò)展,從而滿足客戶遠(yuǎn)期規(guī)劃要求;充分考慮到將來新技術(shù)的接入和使用,系統(tǒng)軟件和硬件擴(kuò)展;在功能性、可靠性、低成本性等方面表現(xiàn)突出,可為能耗評估提供數(shù)據(jù)支撐,是一種可以融入各種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理的系統(tǒng)。

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所.中國民用建筑能耗總量控制策略—民用建筑節(jié)能頂層設(shè)計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2016.

[2]國網(wǎng)能源研究院.2013中國節(jié)能節(jié)電分析報告[M].北京:中國電力出版社,2013.

[3]LARK W G.智能電網(wǎng) 促進(jìn)節(jié)能與需求響應(yīng)[M].肖先勇,汪穎,胡燦,譯.北京:中國電力出版社,2011.

Spectrum Power 5 Building Energy Consumption Management System and its Application Analysis

GU Hong

[Shanghai Branch of Siemens(China) Co., Ltd., Shanghai 200082, China]

This paper introduced the components and characteristics of Spectrum Power 5 building energy consumption management system,and analyzed its application scheme in building field.It is pointed out that Spectrum Power 5 building energy consumption management system can adopt the integrated design and function modular design,and provide the comprehensive energy-saving technology platform,which analyzes the energy consumptions through all kinds of graphics and tables,and real-timely monitors the operating states of power supply and distribution system,and elevator and ventilation equipments.It can realize the whole life cycle management of equipments,in order to have a good utilization of equipment while reducing energy consumption.

building energy consumption management system; energy consumption analysis; real-time monitoring; energy saving

顧宏(1969—),男,工程師,從事供配電、能源自動化設(shè)備等方面的工作。

TU 855

B

1674-8417(2016)07-0062-04

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.07.016

2016-07-12