顧　宏

[西門子(中國)有限公司上海分公司, 上?！?00082]

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Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)及應用分析

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

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準的能耗管理平臺,不能獲取建筑內各用電設備的能耗數(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行有效控制,很難進行綜合節(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、供暖、照明和生活熱水等設備進行監(jiān)測和控制,調節(jié)使用時間、使用頻率、開啟數(shù)量、送風溫度、送風量、出水量或用水頻率等,在減少能耗的情況下提高各種設備的能效比。

1　Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)

建筑能耗管理系統(tǒng)就是對建筑的通風系統(tǒng)、空調系統(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)采用面向服務的體系結構(Service Oriented Architecture,SOA),采用一體化設計和功能模塊化設計,提供全面的節(jié)能技術平臺,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、空調新風監(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,包括電能質量檢測、環(huán)境質量監(jiān)測、三維仿真展示等。

1.1系統(tǒng)構成

Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)結構如圖1所示。

(1)設備層,處于系統(tǒng)最底層,為智能通信設備。照明、空調、動力與特殊用電通過RS-485總線方式連接,燃氣消耗、集中供冷/熱及光伏等可再生能源因現(xiàn)場設備與中央控制室距離較遠,故采用GPRS方式連接,形成星形網(wǎng)絡結構;RS-485總線、GPRS通過數(shù)據(jù)轉換設備與以太網(wǎng)連接,實現(xiàn)了低速通信網(wǎng)絡與高速通信網(wǎng)絡的連接與協(xié)議轉換,完成數(shù)據(jù)交互。設備層通過多條RS-485總線與GPRS混合方式構造系統(tǒng),同時結合數(shù)據(jù)通信轉換設備實現(xiàn)傳輸協(xié)議轉換與數(shù)據(jù)傳輸,因此設備層具有極強的通信協(xié)議兼容適應能力,可以實現(xiàn)絕大多數(shù)通信設備的系統(tǒng)集成。

圖1　Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)結構

(2) 網(wǎng)絡傳輸層,實現(xiàn)網(wǎng)絡協(xié)議轉換與數(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、光纖收發(fā)器等通信設備。網(wǎng)絡傳輸層可以實現(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)式結構。

(3) 中央控制層,由能耗管理軟件組成,執(zhí)行設備的數(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

陳云指出：“我們國家，在目前第一位的領導人是小平同志?！盵2]P360這里，我們主要論述鄧小平是怎樣領導全黨成功開創(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)軟件的架構如圖2所示。

圖2　Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)軟件架構

(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,使用符合各地標準的XML格式對數(shù)據(jù)進行打包,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,并以坐標曲線、柱狀圖、餅圖、報表等形式顯示、查詢和打印。

(5) 信息維護,建筑物基本信息、設備信息、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)標準架構體系,是開放的、模塊化的、分布式的系統(tǒng),模塊化的架構和開放性的特點使系統(tǒng)軟件和硬件擴展十分容易,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,速度提升,管理更方便;兼容性強,減輕了客戶的投入成本;最大限度地減少客戶對特定供應商的產(chǎn)品依賴建模按照IEC61970標準 數(shù)據(jù)庫模型標準化,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入;保證圖形與數(shù)據(jù)庫的一致性,維護簡易 未來擴展方便,兼容性強,維護方便特有的模塊化結構 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)絡中的各種條件,并且觀察由此引發(fā)的后果;進行預設定值的比較,如是否過負荷,是否越線等;操作人員可以在此系統(tǒng)上進行培訓操作與演練 提高操作人員的預判能力、分析和決策能力及對事故預處理能力;極大地提高了系統(tǒng)的可靠性;提高操作人員素質,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,及時進行改進,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出故障裝置與設備畫面 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出出現(xiàn)故障的設備及其畫面 在出現(xiàn)故障或跳閘狀況下,操作人員可以快速響應,及時排除故障;提高操作人員效率負荷(水電氣)預測和控制 隨時提供負荷(水、電、氣)的各種狀態(tài)量和數(shù)字 及時了解負荷用量,更好地進行調整

Spectrum Power 5系統(tǒng)應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,進行能耗趨勢分析,對能源流向和平衡進行分析及展示,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)進行模擬,實時準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、通風等設備實時監(jiān)測。并對監(jiān)測結果進行統(tǒng)計分析,制定相應措施實現(xiàn)經(jīng)濟運行。

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

2　案例應用

湖南師范大學為了實現(xiàn)用能設備實時監(jiān)測,降低建筑能耗,節(jié)省費用,達到建設數(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)應用示意如圖3所示。

圖3　Spectrum Power 5能耗管理系統(tǒng)應用示意

Spectrum Power 5能耗管理應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、預付費管理、給水管網(wǎng)監(jiān)測、教室照明、空調控制等功能。

Spectrum Power 5能耗管理系統(tǒng)應用的特點:

(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,并進行分析。

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

(3) 進行能耗公示及定額、標桿管理,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外、行業(yè)、企業(yè)內部標桿進行對比。

(4) 網(wǎng)絡預付費管理系統(tǒng)模塊,支持準實時算費,并通過短信通知催費,對惡意欠費用戶可進行遠程通斷電操作。

(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)控電力損耗也達到了同比節(jié)能10%的目標。

3　結　語

介紹了Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng),分析了其在建筑領域的應用方案。指出Spectrum Power 5建筑能耗管理系統(tǒng)前期投入成本低,后期可方便地擴展,從而滿足客戶遠期規(guī)劃要求;充分考慮到將來新技術的接入和使用,系統(tǒng)軟件和硬件擴展;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備進行監(jiān)控管理的系統(tǒng)。

[1]住房和城鄉(xiāng)建設部標準定額研究所.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) 促進節(jié)能與需求響應[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