摘要：本文探讨了我国智能建筑节能措施和能源管理的现状，提出了智能建筑能源管理平台的建设。从建筑能耗数据的采集与存储、建筑参考模型与能耗计算、能耗数据分析、能耗控制与管理等方面详细阐述了智能建筑能耗管理平台的构建方法。

关键词：智能建筑 能源管理 能耗 节能 Acrel-5000

1 概述

随着我国经济的发展，国家机关办公楼和大型公共建筑的高能耗问题日益突出。目前，我国年竣工建筑面积约20亿平方米，其中公共建筑约4亿平方米。2万平方米以上的大型公共建筑占城市建筑面积不到4%，但能耗占建筑能耗的比重。单位面积用电量是普通住宅的10～15倍。在公共建筑（尤其是大型商场、高档酒店、高档写字楼等）的年能耗中，约有50%~60%消耗在空调制冷制热系统中，20%~ 30% 用于照明。

在我国约430亿平方米的现有建筑中，只有4%采取了节能措施，单位建筑面积的采暖能耗是发达国家新建建筑的3倍以上。据测算，如果不采取有力措施，到2020年，我国建筑能耗将是目前水平的3倍以上。因此，做好大型公共建筑节能管理工作，对实现“十一五”建筑节能规划目标具有重要意义。

2、智能建筑节能措施及现状

目前，智能楼宇的能源管理主要通过楼宇设备管理系统（BAS系统）来实现。BAS系统可以根据预先安排的时间程序，对电源、照明、空调等设备进行优化管理，从而达到节能的目的。在工程中，通常采取以下节能措施：

1）定时方法：根据建筑物的作息时间准时启停控制设备，如风机、照明等。

2）延时延时法：根据楼内保温延时时间，提前关闭主空调或锅炉，以节约能源。

3）调节供水温度：根据室内外实际温度调节空调系统的供水温度，设定合适的供水温度，减少系统主机的过度运行，达到节能目的.

4）经济运行方式：当室外温度达到13℃时，室外新风可直接作为回风；当室外温度达到24℃时，室外新风可直接送入室内。在这种情况下，系统可以在处理回风系统时节省能源。

5）设备寿命运行：楼内冷热源主机、水泵、风机等设备等时交替运行，延长设备使用寿命，节省维护成本。

根据国外工程经验，楼宇设备管理系统（BAS系统）可在新建办公楼中节能20%左右。但据统计，国内只有不到10%的智能建筑真正实现了节能目标，而智能建筑中80%以上的BAS系统仅用于设备状态监测和自动控制，造成极大浪费的投资。

具体原因是多方面的，但根本原因是我国尚未建立有效的建筑节能测试方法，而且BAS系统是工程产品而非成套设备，需要BAS系统工程师做二次现场编程只能实现控制功能。系统性能受现场工程师的人为因素影响很大。此外，许多智能建筑的建设者与管理和用户分离。因此，很少有用户真正关心节约了多少能源，而用户在建筑物中节约能源。什么是投入产出比？事实上，由于缺乏建筑能耗模型和完善的计量方法，即使用户提出上述问题，也无法获得准确的数据。

因此，需要在智能建筑中建立能源管理系统，对建筑内设备的能效进行监测、分析和管理，建立建筑能耗模型，真正达到节能目的。Acrel（安科瑞）开发了Acrel-5000建筑能耗分析管理系统，通过ACR网络电能表、谐波表、轨道式电能表、商场、酒店、学校、医院、银行、体育馆、政府机构、大型公共建筑开展电能分项计量和能耗分析管理。系统实现楼宇信息、BA参数配置、日志和用户管理、设备监控、环境监控、

3 智能建筑能源管理系统的结构

智能建筑是指以建筑为平台，以信息设施系统、信息应用系统、楼宇设备管理系统、公共安全系统等为一体，集结构、系统、服务、管理及其优化组合，为人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。《智能建筑设计标准》GB/T 50314-2006将智能建筑定义为统一的建筑环境，而不是通常理解的“带有建筑智能系统的建筑”。因此，智能建筑的节能通常包括：建筑节能、设备节能和管理节能。

能源管理系统是基于自动控制系统的计算机化智能管理软件平台。系统对楼宇内的各种能耗参数进行采集和分析，利用科学的算法发出合理的控制指令，通过楼宇控制系统实现其动作。

Acrel-5000能耗监测系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具。为大型公共建筑的实时数据采集、开关状态监测、远程管控提供基础平台。它可以与检测和控制设备相结合，形成任何精密的监控系统。系统主要采用分层分布式计算机网络结构，一般分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层，如图1所示。

图1 系统结构图

1）站控管理

站控管理层是能耗监测系统管理人员进行人机交互的直接窗口，也是系统的最上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备组成，如工业级计算机、打印机、UPS电源等。监控系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场数据和信息进行计算、分析和处理，以图形、数显、声音等方式反映现场运行情况。

监控主机：用于数据采集、处理和数据转发。为内部或外部系统提供数据接口，执行

系统管理、维护和分析工作。

打印机：系统调用打印或自动打印图形、报表等。

模拟屏：系统通过通讯与智能模拟屏进行数据交换，直观地显示整个系统的运行状态。

UPS：保证计算机监控系统正常供电，当整个系统出现供电问题时，保证站控管理层设备正常运行。

2）网络通信层

通信层主要由通信管理机、以太网设备和总线网络组成。这一层是数据和信息交换的桥梁。负责对现场设备返回的数据信息进行采集、分类和传输，同时将上位机的各种控制命令传递给现场设备。

通讯管理机：是系统数据处理和智能通讯管理中心。具有数据采集与处理、通讯控制器、前端计算机等功能。

以太网设备：包括工业级以太网交换机。

通信介质：系统主要采用屏蔽双绞线、光纤和无线通信。

3）现场设备层

现场设备层为数据采集终端，主要由智能仪表组成。采用高可靠性、现场总线连接的分布式I/O控制器组成数据采集终端，将存储的建筑能耗数据上传至数据中心。测量仪器负责最基本的数据采集任务，其监控的能耗数据必须完整、准确并实时传输到数据中心。

4 智能建筑能源管理与能耗监测系统的功能

4.1能源管理功能

4.1.1 数据采集与存储

数据的收集和存储是整个系统的基础。没有大量的数据，就无法进行有效的分析，没有有效的分析，就无法得出正确的能源管理措施。数据可以通过楼宇设备管理系统（BAS系统）进行采集。

数据内容主要包括：建筑环境参数、设备运行状态参数、各设备能耗数据等。获取的参数越多，运行周期越长，越容易得到准确的结论。但是，如果参数过多，则会造成建设成本的大幅增加。因此，根据各建筑物的具体情况，数据可分为：系统运行所必需的基本数据和辅助数据（可选数据）。成本之间的平衡。

4.1.2 建筑参考模型及能耗计算

根据世界能源委员会1979年提出的“节能”定义，采取一切技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的措施来提高能源的利用效率。即尽可能减少能源消耗，生产出与以前数量和质量相同的产品；推而广之，建筑的节能可以定义为：在不影响建筑功能和舒适度的前提下，尽可能降低能耗。因此，判断一座建筑是否节能，需要有一个节能的参照物，只有与参照物比较才能得出结论。对于改造后的建筑，相同气候条件下的历史能耗数据往往可以作为参考。新建的建筑比较复杂，最近在实际工程中常用的方法有以下几种：

类比：以类似类型、大小和功能的建筑物的能耗作为参考。主要适用于连锁酒店、连锁超市、连锁商场等建筑条件相近、管理模式相同的同一集团或管理公司的楼宇。

测试方法：建筑物正常运行后，分别在各种气候条件下能耗监测管理系统价格，分别测试有能源管理措施和无措施的日常能耗。通常夏季和冬季可以选择几天，采用隔日测试的方法，即第一天，测试能源管理措施的每日能耗；第二天，关闭能源管理软件，测试每日能源消耗；等等。. 这种方法的缺点是测试的时间跨度太长。

计算方法：通过建立建筑模型，设置参数，模拟建筑能耗。这种方法的优点是显而易见的。该模型可以综合计算建筑物内各种设备的能耗，为能耗管理提供方向性指导。但不同软件计算的能耗值存在差异。目前，计算能耗值的准确性和权威性存在争议。计算结果能否作为节能合同中节能率计算的依据是主要分歧点。.

4.1.3能耗数据分析

通过对建筑能耗数据的统计分析，结合模型建筑能耗对比，确定建筑能耗对比，了解建筑能耗状况和设备能耗效率确定，从而为建筑物的能源管理提供优化措施。能耗数据分析模块是能耗管理软件的精髓。目前市场上各种软件的算法不尽相同，其效果有待市场验证。而基于模糊语言变量和模糊逻辑推理的计算机智能控制技术的发展将极大地提升能源管理水平。

4.1.4能源控制与管理

建筑节能措施主要通过建筑设备管理系统（BAS系统）进行。能源管理平台与BAS系统的完美结合是能源管控措施实现的保障。目前，能源管理和BAS仍然属于不同的智能系统，两个系统的相互融合应该是智能系统发展的方向。

4.1.5 能源管理声明

用表格和图片来反映建筑物的能源使用情况、设备能耗、设备运行效率、能耗历史曲线等，满足不同人群的需求。系统一般应能提供WEB服务，授权的远程用户可以通过浏览器了解建筑物的能源使用情况。

4.2 能耗分析软件功能

Acrel-5000建筑能耗分析管理系统的能耗数据采集方式包括手动采集方式和自动采集方式。人工采集的数据包括建筑基本情况数据采集指标和其他不能自动采集的能耗数据，如建筑消耗的煤炭、液化石油、人工煤气等能耗数据。自动采集方式采集的数据包括建筑能耗数据和分类能耗数据。

4.2.1 大型公共建筑或建筑物的信息化管理

系统提供标准的人工信息录入接口，可以对各个被监控建筑的基本信息进行整理录入，并支持人工录入历史能耗数据的功能。

Acrel-5000建筑能耗分析管理系统数据库的建立也完全基于114号文。根据建筑的使用功能和能耗特点，将国家办公建筑和大型公共建筑分为以下8类：

1、办公楼

2、商场大楼

3、酒店大楼

4、文教建筑

5、医疗保健大楼

6、体育大楼

7、综合楼

8、其他建筑

4.2.2实时监控能耗数据

系统采集站定期采集各监测点的仪器参数，并上传到当地建筑能耗分析管理系统数据库。用户可在本地实时查看能耗监测情况。

4.2.3 建筑分类能耗分析

系统在完成数据处理和上传的同时能耗监测管理系统价格，对建筑能耗进行分类分析。这部分功能符合114号文的定义，将建筑能耗分为以下六类：

1、功耗

2、用水量

3、用气量（天然气或煤气）

4、集中供暖消耗

5、中央冷却消耗

6、其他能源应用（如中央热水供应、煤炭、石油、可再生能源等）

4.2.4 项目能耗分析

照明插座用电：建筑物主要功能区的照明、插座等室内设备用电。主要包括照明及插座用电、走廊及应急照明用电、户外景观照明用电。

空调用电：主要包括冷热站用电和空调终端用电。

用电：主要包括电梯用电、水泵用电、风机用电。

特殊用电：主要包括信息中心、洗衣房、厨房餐厅、游泳池、健身房或其他特殊用电。

建筑总能耗为各类建筑能耗（水耗除外）折算标准煤量之和。

总用电量=∑每台变压器总表直接测量值

分类能耗 = ∑ 每个分类能耗表的直接测量值

分项用电量=∑各分项用电量表直接测量值

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

4.2.5 能耗同比和环比分析

统计建筑物或区域的每小时、每天和每年的能耗，并以曲线图、条形图等不同方式显示，并支持报表输出。

4.2.6 建筑节能辅助诊断

系统可提取同期各类能耗数据进行对比分析，建立基准值并确定各监测点能耗的能耗水平，提出能耗改善的完整诊断流程，给予能源消费分析报告。

5 结论

近年来，随着国家大力发展节能减排，智能建筑节能成为人们关注的焦点。随着节能要求的提高，传统的BAS系统逐渐无法满足智能建筑的节能要求。强大的BAS系统供应商都建立了能源管理部门。因此，Acrel提供的Acrel-5000能耗监测系统可以实现对能耗的分类和分项能耗的远程监控和管理，成为智能建筑发展的必然趋势。

参考：

[1] 产品手册。2010.08版。

[2] 产品手册。