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摘要：针对低能耗的绿色建筑，提出了一种智慧能源管理系统。该系统关键的核心产品采用非常先进的绿色建筑的能源管理技术，实时监测各弱电子系统的运行状态，并将数据汇集到中心数据库，系统自动分析各设备的能耗、能效情况并给出合理建议，从而进一步对设备进行优化，以实现整个弱电系统信息资源的合理共享与分配，确保建筑内所有设备处于高效、节能的最佳运行状态。该系统侧重于整体的节能运行，其运行管理模式及系统控制策略易于理解和应用。
关键词：能源管理；能耗采集；能耗分析；用能监测
一、引言
绿色建筑是指最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共处的建筑。建筑能源管理系统以绿色建筑为核心，在保障高舒适的同时，坚持以“低碳、高效”为原则，打造低能耗、高舒适的绿色建筑。关键的核心产品采用非常先进的绿色建筑的能源管理技术，实时监测各弱电子系统的运行状态，并将数据汇集到中心数据库，系统自动分析各设备的能耗、能效情况并给出合理建议，从而进一步对设备进行优化，以实现整个弱电系统信息资源的合理共享与分配，确保建筑内所有设备处于高效、节能的最佳运行状态。[1]侧重于系统整体的节能运行，其运行管理模式及系统控制策略易于理解和应用。
二、系统结构
建筑能源管理系统是一整套的能源管理的解决方案，提供从硬件到软件的设备和技术措施。硬件方面，支持国内外大多数通讯采集仪表（支持OPC、Modbus、TCP/IP等协议）；[2]软件方面，包括数据采集、实时数据、历史数据、能源管理分析数据、系统管理、数据展示、分析、控制等多个层面功能。
1.硬件层
硬件层一般采用多功能智能仪表，实时动态采集数据并上传到数据层，二者之间通过采集软件连接；
2.数据传输层
将底层数据通过各种协议和规约上传汇总到能源管理系统，交由系统进行处理和分析；
3.数据层
包括实时数据库、历史数据库、能源管理数据库，是整个系统的核心基础；
4.数据处理层
对海量数据进行存储和预处理，为分析和决策做好准备；
5.系统应用层
包含3D展示、实时监测、集中控制、动态分析等，是整个系统的核心和关键；
6.系统管理层
包含基础信息的配置和管理，以及整个软件的配置。
三、系统各功能设计
1.建筑基础信息配置
可自由的在系统中配置所管辖的建筑信息，包括向系统中添加建筑、配置建筑的楼层及支路信息；配置楼层及房间用户信息，能源收费及价格信息等等。[3]当管辖建筑增加或减少时，可以快速方便的自行配置。
2.能耗数据实时监测
主要是对各仪表进行实时监测，当发生故障时，通过监测画面，可及时找出出现故障的仪表，方便用户及时跟踪处理现场情况，主要内容包括如下：
（1）网络通讯状态监测
对整个楼宇的网络通讯进行实时监测，当发现网络通讯异常时，可及时有针对性地对通讯异常的网络进行维护。
（2）各仪表通讯状态
对每个仪表通讯状态进行监测，发现没通讯上及通讯中断情况进行及时的报警及高亮显示，方便用户有针对性地维护，而不用人为的每个都去检查一遍。
（3）参数实时监测
对各仪表采集量进行实时监测，用户可随时判断各个采集点的失压、失流和采不上数据的点，方便及时发现及时处理。
（4）供水管网监测
对各供水采集仪表进行监测，可查看各仪表的实时流量、累积流量等，当仪表有故障时，可及时发现和处理。
3.建筑分类能耗分析
系统在完成数据处理与上传的同时，将建筑能耗进行分类分析，该部分功能符合114号文的定义，即将建筑能耗分类为如下六类：（1）耗电量；（2）耗水量；（3）耗气量（天然气量或者煤气量）；（4）集中供热耗热量；（5）集中供冷耗冷量；（6）其它能源应用量（如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等）。可选择楼层，查看该楼层多有灯具的开启状况、照度、功率等。可手动控制灯具的开关、照度强弱，并可根据预设方案或人体感应技术自动控制灯具开关和照度，从而达到节能的目的。
4.建筑分项能耗分析
（1）照明插座用电
为建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电。主要包括照明和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电。
（2）空调用电
主要包括冷热站用电、空调末端用电。
（3）动力用电
主要包括电梯用电、水泵用电、通风机用电。
（4）特殊用电
主要包括信息中心、洗衣房、厨房餐厅、游泳池、健身房或者其它特殊用电。建筑总能耗为建筑各分类能耗（除水耗量外）所折算的标准煤量之和。总用电量＝∑各变压器总表直接计量值；分类能耗量＝∑各分类能耗计量表的直接计量值；分项用电量＝∑各分项用电计量表的直接计量值；单位建筑面积用电量＝总用电量/总建筑面积；单位空调面积用电量＝总用电量/总空调面积。
5.能耗同比、环比分析
统计建筑或片区能耗的时用量、日用量和年用量，以曲线图、柱状图等不同方式显示，支持报表输出。
6.能耗数据分析
通过对建筑的能耗数据统计、分析，结合模型建筑物能耗对比，确定建筑物能耗对比，确定建筑物的能耗状况和设备能耗效率，从而提供建筑物能源管理优化措施。[4]能耗数据分析模块是能耗管理软件的精髓所在，目前市场上各家软件的算法不尽相同，其效果还需市场验证。然而，以模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制技术的发展将极大推动能源管理水平。
7.能耗指标统计
以图表形式展现以下能耗指标：建筑总能耗、总用电量、单位建筑面积用电量、单位空调面积用电量、单位建筑面积分类能耗量、单位空调面积分类能耗量、单位建筑面积分项能耗量、单位空调面积分项能耗量；并显示同类建筑的各项指标平均值，使用户对建筑的用能情况一目了然。
8.能源消耗分析
包含能耗构成分析和能耗趋势分析，能耗构成分析采用饼状图的形式展现指定时间段内各类能耗所占总能耗的百分比情况；能耗趋势分析采用折线图的形式展现指定时间段内指定能源的消耗趋势情况。
（1）能耗报表管理
自动生成所需要的数据（日/月/季度/年）报表、定期阶段报表和事件报表，并能以用户所需要的格式和方式保存、导出或打印。[5]报表的类型、内容和格式可由用户动态调整。
（2）能耗报表分析
系统可提取各类能耗数据进行自动分析，确立标杆值并对各监控点的能耗情况进行能耗水平判定，对能耗改善提出一套完整的诊断流程，并提供能耗分析报告，帮助用户进行节能措施及设备改造。
（3）人工数据上传
针对尚未安装自动采集仪的支路或无法使用数据采集仪进行自动采集的能源消耗（例如汽油、煤等），提供人工数据上传及审核的功能，避免数据缺失导致的各类问题。
（4）数据备份管理
用户手动或系统自动备份保存各项数据；当发生特殊情况导致数据丢失时，可自动导入最近的备份数据进行数据恢复，避免特殊情况出现数据丢失导致的各项损失。
（5）报警设置
用户可根据不同楼层、不同支路、不同设备的用能需求，分时间段设置不同的报警策略，当发生不合理的能源消耗时，系统按照所设置的报警方式对用户进行提醒，避免设备故障或人为原因造成的能源浪费；在一段时间后，用户也可通过历史报警记录，分析当前的节能策略是否需要进行修改，最大限度确保能源和资金的合理使用。
（6）系统管理
用户通过此模块对系统的底层设置进行管理。例如：可通过此模块对能耗指标进行配置管理；对生产报表的要求和样式进行配置管理；对系统用户进行权限的配置管理；查看系统运行的日志等等。
四、系统特点
1.人机交互技术
基于人机交互的界面设计，采用WEB的展现方式，同时系统支持个性化需求，用户可根据自己的喜好配置不同的展现形式，满足不同人群的需求。
2.多终端访问
满足多种不同终端，即个人电脑、手机、Ipad等不同的终端访问，支持多种主流浏览器。
3.多样化的数据分析
数据呈现丰富，功能配置灵活。采用数据层层挖掘技术，最大限度地发现数据价值。
4.设备运行管理
关注设备的运行管理，通过监测找出设备运行异常状况，进而优化设备，提高设备性能，延长设备使用寿命。
5.分布式海量存储技术
分布式海量存储技术，能够快速处理大数据量，并具有强大的系统兼容性、开放性和扩展性。系统能够与光伏发电系统、暖通空调系统、智能照明系统、地热采暖系统、楼宇自控系统等第三方系统完美对接，最终只需登录我们的系统就可以满足所有的需求。并且系统提供二次开发手册、驱动开发、Web接口，保证系统的开放性和扩展性。
五、结语
该系统在实时监测各弱电子系统的能耗、能效和运行参数，通过相同设备能效指标对比，及时发现低能效设备，进而对设备进行优化，提高设备性能；通过对设备运行参数监测，及时发现设备故障，减少对设备的影响，延长设备寿命，让所有设备节能高效地运行。对所有设备集中管控，在“时间”维度上避免浪费，实现在不该用能时段不用能，在该用能时段合理用能，让所有设备协调工作，实现资源利用最大化。
参考文献
[1]胥晓云.莱钢能源智能管控一体化系统的研究与应用[J].机电信息.2017（12），56-57.
[2]姜萍.能源计量在节能减排中的应用[J].低碳世界.2017（10），35-36.
[3]李广俊.煤炭企业能源管理系统的设计与应用[J].煤矿机电.2016（02），21-23.
[4]唐昱佳.基于物联网的能源管理系统设计[J].计算机应用与软件.2011（12），59-61.
[5]罗先喜，苑明哲，徐化岩，王宏.面向钢铁企业的先进能源管理系统研究新进展[J].信息与控制.2011（06），48-49.
[6]蒋育翔，黄全福，洪小和.基于钢铁企业能源特点及相互关系的能源管理信息系统的研究[J].冶金自动化,2011（02），12-13.
作者:黄培 单位:江苏建筑职业技术学院
