朱 峰 孫建華 檀姍姍

（南京磐能電力科技股份有限公司，南京 210061）

當(dāng)前，隨著我國(guó)城市化水平的不斷提高，能源的匱乏和社會(huì)對(duì)能源不斷增大的需求已成為制約社會(huì)不斷進(jìn)步發(fā)展的突出矛盾。建筑能耗不斷提高，對(duì)我國(guó)能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)造成了巨大壓力。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和人民生活水平的不斷提高，建筑能耗的比例將繼續(xù)增加并最終達(dá)到33%左右，建筑能耗也將超越公共工業(yè)、交通等行業(yè)而最終成為能耗的首位。根據(jù)近30年來(lái)能源界的研究和實(shí)踐，目前普遍認(rèn)為建筑節(jié)能是各種節(jié)能途徑中潛力最大、最為直接有效的方式，是緩解社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供應(yīng)不足這對(duì)矛盾最有效的措施之一，也將成為提高社會(huì)能源使用率的首要因素。在建筑節(jié)能領(lǐng)域，我們面臨的最大挑戰(zhàn)就是急需全面有效的能耗管理一體化解決方案。

1 整體解決方案

1.1 概述

建筑能耗管理一體化解決方案是指以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和集中管理模式建立的一套具有先進(jìn)性、開(kāi)放性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)發(fā)展性、舒適性、高效性、安全可靠性和易管理維護(hù)性的全方位建筑能耗管理解決方案，該解決方案用于對(duì)目標(biāo)建筑或建筑群能源系統(tǒng)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)施集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理。

該解決方案以供配電網(wǎng)技術(shù)與綜合能效管理技術(shù)為基礎(chǔ)，將為目標(biāo)建筑或建筑群等提供可靠的能源保障，并從提供增值服務(wù)、推動(dòng)節(jié)能減排和帶動(dòng)相關(guān)科技發(fā)展等方面，支撐目標(biāo)建筑或建筑群成為能源技術(shù)和服務(wù)創(chuàng)新的供電服務(wù)平臺(tái)。

1.2 體系架構(gòu)

建筑能耗管理一體化解決方案按照保障目標(biāo)建筑或建筑群供配電網(wǎng)高效可靠運(yùn)行、建設(shè)能源技術(shù)與服務(wù)創(chuàng)新的思路進(jìn)行總體規(guī)劃設(shè)計(jì)，采用分層分布式的一體化設(shè)計(jì)思路，總體體系架構(gòu)包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層、監(jiān)控管理層。解決方案的體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 建筑能耗管理一體化解決方案體系架構(gòu)圖

建筑能耗管理一體化解決方案以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的建筑配電系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)通信層的高速可靠通信網(wǎng)作為信息傳輸支撐，建設(shè)集供配電自動(dòng)化系統(tǒng)、建筑分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管控系統(tǒng)，以及集成智能樓宇用能、供配電、微網(wǎng)、暖通空調(diào)等各種能源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與優(yōu)化的綜合能效管理系統(tǒng)為一體的監(jiān)控管理層，應(yīng)用云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)將獲取的信息進(jìn)行傳遞和處理，完成各智能化模塊之間的信息交互、運(yùn)營(yíng)整合和統(tǒng)一指揮，優(yōu)化用能控制，為目標(biāo)建筑或建筑群提供系統(tǒng)集成服務(wù)和節(jié)能技術(shù)應(yīng)用服務(wù)，最終構(gòu)建統(tǒng)一的建筑能源綜合管控一體化平臺(tái)。

從整體上來(lái)看，建筑能耗管理一體化解決方案主要由兩個(gè)子解決方案組成，分別為供配電網(wǎng)系統(tǒng)解決方案和能效管理系統(tǒng)解決方案，其中供配電網(wǎng)系統(tǒng)解決方案又分別由智能供配電網(wǎng)方案和建筑分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)方案組成，能效管理系統(tǒng)解決方案又分別由建筑能耗管理系統(tǒng)方案和能源綜合利用優(yōu)化系統(tǒng)方案組成。

1.3 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

整體解決方案的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用集散式架構(gòu)，樓宇自控系統(tǒng)接口、建筑物能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接口的物理路由利用弱電系統(tǒng)中的樓宇設(shè)備網(wǎng)絡(luò)為載體，保證了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、避免重復(fù)投資。建筑能耗管理一體化解決方案的系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2 建筑能耗管理一體化解決方案網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

1.4 技術(shù)特點(diǎn)

1）多系統(tǒng)統(tǒng)一融合平臺(tái)：以統(tǒng)一的一體化平臺(tái)融合智能供配電系統(tǒng)、建筑分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)、建筑能耗管理系統(tǒng)和能源綜合利用優(yōu)化系統(tǒng)等。

2）新能源的引入：根據(jù)建筑規(guī)劃要求，因地制宜地引入太陽(yáng)能、風(fēng)能等一些新能源技術(shù)，協(xié)助用戶(hù)達(dá)成建筑節(jié)能指標(biāo)。

3）供配電、分布式能源、能源優(yōu)化統(tǒng)一管理：在一體化平臺(tái)上統(tǒng)一管理供配電網(wǎng)和分布式建筑能源并實(shí)施能源的優(yōu)化利用。

4）智能安全隔離“防火墻”解決方案：配備多個(gè)接口對(duì)各子系統(tǒng)局域網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)段劃分，設(shè)置不同網(wǎng)段和安全級(jí)別，實(shí)施邏輯隔離安全策略，并通過(guò)防火墻來(lái)制定訪(fǎng)問(wèn)控制規(guī)則，確保各安全區(qū)域的邊界控制能力，維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全。

5）分布式電源接入配電網(wǎng)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行控制策略技術(shù)的應(yīng)用：采用分布式電源接入配電網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)突破配電網(wǎng)規(guī)劃以最為合理的方式將分布式電源接入，將影響降到最低；利用微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行控制策略技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行控制。

6）用能在線(xiàn)綜合評(píng)價(jià)模型和節(jié)能量在線(xiàn)統(tǒng)計(jì)：通過(guò)Web 形式展示能耗情況的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)模型以及該解決方案實(shí)施后的節(jié)能量情況統(tǒng)計(jì)，為用戶(hù)科學(xué)決策提供依據(jù)。

2 供配電網(wǎng)系統(tǒng)解決方案

2.1 智能供配電網(wǎng)方案

1）方案概述

智能供配電網(wǎng)終端解決方案是采用現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的新一代高可靠性、高性?xún)r(jià)比的配網(wǎng)自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端，為10kV 柱上開(kāi)關(guān)、重合器、環(huán)網(wǎng)柜、開(kāi)閉所、配電室、配電變壓器等一次設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供的完整、經(jīng)濟(jì)的解決方案。該系列智能配電終端，可以采集配電網(wǎng)上實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理及分析，通過(guò)通信通道將信息傳送至配網(wǎng)自動(dòng)化主站，同時(shí)控制中心通過(guò)遙控可以對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行必要的操作。

2）方案價(jià)值

（1）為了適應(yīng)我國(guó)配電自動(dòng)化發(fā)展而研制的系列產(chǎn)品，應(yīng)用于城鄉(xiāng)配電網(wǎng)的建設(shè)和改造。

（2）率先實(shí)現(xiàn)了多種新功能的高度集成，功能豐富、配置靈活、便于批量生產(chǎn)。

（3）能更好滿(mǎn)足配電自動(dòng)化發(fā)展需求，具有很好的推廣應(yīng)用前景，達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

3）系統(tǒng)功能

（1）配網(wǎng)自動(dòng)化功能。測(cè)量功能，具有完整的SCADA“三遙”功能和強(qiáng)大信號(hào)采集能力；短路故障檢測(cè)，具有準(zhǔn)確故障檢測(cè)功能，可檢測(cè)單相接地、相間短路及負(fù)荷過(guò)流等故障。

（2）通信功能。配有RS485、RS232、GPRS、以太網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)、維護(hù)口等多種通信接口，適應(yīng)多種通信方式；支持規(guī)約：IEC60870-5-101/104、DNP3.0、ModBus 規(guī)約和用戶(hù)要求增加新的規(guī)約。

（3）在線(xiàn)維護(hù)功能。利用維護(hù)軟件可靈活方便對(duì)終端進(jìn)行配置，遠(yuǎn)程下載維護(hù)可有效減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作量。

（4）擴(kuò)展功能。可方便地通過(guò)改變配置方式來(lái)適應(yīng)不同的應(yīng)用要求，亦可以根據(jù)用戶(hù)要求進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。主要擴(kuò)展功能包括電能質(zhì)量監(jiān)視、可編程邏輯控制功能、通用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能、斷路器在線(xiàn)監(jiān)視和故障或擾動(dòng)錄波功能。

（5）高級(jí)應(yīng)用。主要包括防火墻功能和廣域保護(hù)功能。

2.2 建筑分布式光伏發(fā)電方案

1）方案概述

建筑分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)解決方案遵循“清潔、高效、自治、安全”的思想和總體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將光伏發(fā)電與建筑物相結(jié)合，在建筑物的外圍結(jié)構(gòu)表面上布設(shè)光伏器件產(chǎn)生電力，從而使“建筑物產(chǎn)生綠色能源”。

2）方案價(jià)值

（1）可以有效地利用建筑物屋頂和幕墻，無(wú)需占用寶貴的土地資源，這對(duì)于土地昂貴的城市建筑尤其重要。

（2）可原地發(fā)電、原地用電，在一定距離范圍內(nèi)可以節(jié)省電站送電網(wǎng)的投資。對(duì)于聯(lián)網(wǎng)戶(hù)用系統(tǒng)，光伏陣列所發(fā)電力既可供給本建筑物負(fù)載使用，也可送入電網(wǎng)。

（3）可以有效地減少建筑能耗，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在白天陽(yáng)光照射時(shí)發(fā)電，該時(shí)段也是電網(wǎng)用電高峰期，從而舒緩高峰電力需求。

（4）光伏組件一般安裝在建筑的屋頂及墻的南立面上直接吸收太陽(yáng)能，因此建筑分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不僅提供了電力，而且還降低了墻面及屋頂?shù)臏厣?/p>

（5）建筑分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有噪音、沒(méi)有污染物排放、不消耗任何燃料，具有綠色環(huán)保概念，可增加樓盤(pán)的綜合品質(zhì)。

3）系統(tǒng)功能

（1）提供功能選擇畫(huà)面，并對(duì)光伏陣列現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與顯示，如室外溫度值、濕度百分比、光照度與陣列表面溫度值等。

（2）可分區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)各光伏陣列的充電電壓及電流、蓄電池電壓及溫度等信息，并對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行異常顯示和報(bào)警提醒。

（3）可繪制顯示逆變器電壓一時(shí)間曲線(xiàn)、功率一時(shí)間曲線(xiàn)等，直流側(cè)輸入電流實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、交流側(cè)逆變輸出電流曲線(xiàn)，并采集與顯示日發(fā)電量等電參量。

（4）可針對(duì)光伏發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)的各種事件進(jìn)行記錄，如：通信采集異常、開(kāi)關(guān)變位、操作記錄等，時(shí)間記錄支持按類(lèi)型查詢(xún)，并可對(duì)越限報(bào)警進(jìn)行更改設(shè)置。

（5）對(duì)光伏發(fā)電的發(fā)電量可形成月棒圖及年度棒圖顯示，并折算成二氧化碳、二氧化硫減排量值；并可查看太陽(yáng)輻射強(qiáng)度趨勢(shì)曲線(xiàn)、風(fēng)速變化趨勢(shì)曲線(xiàn)顯示。

（6）可判斷采集到的各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)范圍，當(dāng)出現(xiàn)特殊情況時(shí)提供報(bào)警，通知管理員采取必要措施。

3 能效管理系統(tǒng)解決方案

3.1 建筑能耗管理系統(tǒng)方案

1）方案概述

建筑能耗管理系統(tǒng)解決方案將使建筑能耗實(shí)時(shí)管理工作在能力建設(shè)和制度建設(shè)上取得全面突破，為建筑能耗實(shí)時(shí)計(jì)量、統(tǒng)計(jì)分析、管理體系的建設(shè)搭建能耗實(shí)時(shí)管理數(shù)字化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的公開(kāi)化、透明化，實(shí)現(xiàn)能耗定額管理和無(wú)成本低成本能耗管理，建立科學(xué)的能耗管理制度體系。

2）方案價(jià)值

（1）全面管理各類(lèi)用能設(shè)備，建立全景數(shù)據(jù)庫(kù)，采集能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立能耗數(shù)據(jù)模型，為后期能耗數(shù)據(jù)分析、節(jié)能診斷提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）開(kāi)展能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析工作，分析、判斷和評(píng)價(jià)能源消耗的構(gòu)成、變化規(guī)律以及能源利用效率等，為后期節(jié)能改造的效果評(píng)估提供定性或定量的依據(jù)。

（3）針對(duì)能耗數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，判定能源消耗水平，對(duì)能源消耗情況提出一套完整的診斷流程，并開(kāi)展節(jié)能診斷工作，得出節(jié)能診斷結(jié)果。

（4）整合各類(lèi)建筑管理系統(tǒng)，建立能源消耗評(píng)價(jià)體系，根據(jù)節(jié)能診斷結(jié)果，對(duì)建筑節(jié)能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出節(jié)能改造方案。

（5）落實(shí)節(jié)能方案，改造用能設(shè)備，管理用能習(xí)慣，通過(guò)智能化控制系統(tǒng)全面實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能目標(biāo)。

3）系統(tǒng)功能

（1）能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器定時(shí)采集各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的儀表參數(shù)并上傳至建筑能耗分析管理數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶(hù)可通過(guò)Web 方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能耗情況。

（2）公共建筑信息管理，提供標(biāo)準(zhǔn)的手工信息錄入界面，可對(duì)各棟監(jiān)測(cè)建筑的基本信息、采集器信息和表計(jì)信息等進(jìn)行整理和錄入，并提供公共建筑信息的實(shí)時(shí)在線(xiàn)Web 展示功能。

（3）能耗數(shù)據(jù)分析，可對(duì)分類(lèi)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將各項(xiàng)采集數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢(shì)和分布情況，運(yùn)用直觀(guān)圖形和對(duì)應(yīng)表格等方式的數(shù)據(jù)圖表來(lái)展示。

（4）能耗數(shù)據(jù)展示，提供動(dòng)態(tài)展示各種能耗數(shù)據(jù)分析圖表，包括曲線(xiàn)圖、折線(xiàn)圖、散點(diǎn)圖、柱狀圖、面積圖、餅圖等多種圖表形式。

3.2 能源綜合利用優(yōu)化系統(tǒng)方案

1）方案概述

能源綜合利用優(yōu)化系統(tǒng)解決方案在大量歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)能源的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、混合、輸送和使用各環(huán)節(jié)進(jìn)行集中的管理與控制，為大型建筑建立一套與能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)集成的能源綜合利用優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)能源供需動(dòng)態(tài)與靜態(tài)平衡，得出各種能源介質(zhì)優(yōu)化改造方案，使大型建筑能源的合理利用達(dá)到新的高度，實(shí)現(xiàn)清潔能源的最優(yōu)化利用和系統(tǒng)能效最大化。

2）方案價(jià)值

（1）合理搭配建筑冷熱源設(shè)備，提高能源消耗中占有重要比重的建筑冷熱源能耗利用率。

（2）能夠很好地緩解目前建筑冷熱源設(shè)備的低效率運(yùn)行和不合理配置的局面，最大程度的高效利用能源。

（3）可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑中突然出現(xiàn)的用能問(wèn)題，而且可捕捉到人工難以察覺(jué)的能耗問(wèn)題，從而提醒運(yùn)營(yíng)管理人員及時(shí)處理，改善用能效率。

3）系統(tǒng)功能

（1）冷熱源優(yōu)化。根據(jù)目標(biāo)建筑的實(shí)際情況，輸入建筑設(shè)備信息、能耗監(jiān)測(cè)信息、當(dāng)?shù)啬茉磧r(jià)格及地源熱泵相關(guān)費(fèi)用，系統(tǒng)依據(jù)所輸入的參數(shù)智能分析并選擇適合該建筑的最佳經(jīng)濟(jì)性的冷熱源優(yōu)化方案。

（2）建筑用能優(yōu)化。重點(diǎn)能耗分析，通過(guò)對(duì)園區(qū)的暖通空調(diào)、照明、動(dòng)力、特殊用電等的分項(xiàng)計(jì)量，找出能耗占比最高的幾項(xiàng)內(nèi)容，列為該建筑的重點(diǎn)節(jié)能方向，制定節(jié)能降耗指標(biāo)，調(diào)動(dòng)物業(yè)管理及業(yè)主單位的節(jié)能意識(shí)；待機(jī)能耗分析，冷水機(jī)組等大型設(shè)備在待機(jī)時(shí)依然會(huì)耗能，這在沒(méi)有分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)情況下也很容易被物業(yè)人員所忽略。通過(guò)能耗管理系統(tǒng)的建設(shè)，可以及早定位這類(lèi)待機(jī)損耗；節(jié)能效果評(píng)估分析，以月、季、年為單位對(duì)建筑節(jié)能效果進(jìn)行量化評(píng)估，對(duì)各種節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一、公平的評(píng)價(jià)，對(duì)建筑的節(jié)能效果進(jìn)行一個(gè)綜合的評(píng)定，從而促使建筑管理者向更好的方向努力，形成良性循環(huán)。

4 應(yīng)用案例

建筑能耗管理一體化解決方案已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大中型建筑樓宇的節(jié)能改造，如工礦企業(yè)、高校、醫(yī)院、商場(chǎng)、經(jīng)濟(jì)綜合體、國(guó)家機(jī)關(guān)辦公樓和大型公建的節(jié)能改造工程中，節(jié)能效果非常顯著，一般可節(jié)能10 到30 個(gè)百分點(diǎn)。

下面以經(jīng)濟(jì)綜合體應(yīng)用為例，即以某市百貨集團(tuán)連鎖商場(chǎng)節(jié)能改造工程為例簡(jiǎn)要介紹該建筑能耗管理一體化解決方案的應(yīng)用及節(jié)能效果。

某市百貨集團(tuán)連鎖商場(chǎng)節(jié)能改造項(xiàng)目，通過(guò)建立某市百貨智慧能源管理系統(tǒng)，將該集團(tuán)下的所有百貨商場(chǎng)統(tǒng)一納入該百貨智慧能源管理系統(tǒng)中集中管理，并以百貨集團(tuán)連鎖商場(chǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)作為中心網(wǎng)絡(luò)，建立了智能建筑供配電系統(tǒng)、建筑光伏發(fā)電一體化系統(tǒng)、建筑能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)、能源綜合利用優(yōu)化系統(tǒng)的四位一體的經(jīng)濟(jì)綜合體建筑能耗管理一體化系統(tǒng)。

圖3 應(yīng)用案例示意圖1

圖4 應(yīng)用案例示意圖2

5 結(jié)論

建筑能耗管理一體化解決方案系以準(zhǔn)確詳實(shí)的能源數(shù)據(jù)作為能效分析、統(tǒng)計(jì)、診斷的基礎(chǔ)，豐富多源的智能化控制作為節(jié)能增效的手段，以強(qiáng)大的集成系統(tǒng)軟件作為能源優(yōu)化管理的平臺(tái)，以降低能源消耗、提高能源利用效率為目的，利用系統(tǒng)的思想和過(guò)程方法，在明確目標(biāo)、職責(zé)、程序和資源要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行全面策劃、實(shí)施、檢查和改進(jìn)，以高效節(jié)能產(chǎn)品、實(shí)用節(jié)能技術(shù)和方法以及最佳管理實(shí)踐為基礎(chǔ)，減少能源消耗，提高能源利用效率，通過(guò)能源管理實(shí)現(xiàn)目標(biāo)建筑或建筑群的可持續(xù)運(yùn)營(yíng)。建筑能耗管理一體化解決方案現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于大型公共建筑、高能耗工礦企業(yè)、高等院校、醫(yī)院、經(jīng)濟(jì)綜合體、綠色建筑、可再生能源建筑等的能源管理，助力用戶(hù)實(shí)現(xiàn)建筑的綠色節(jié)能，提高管理效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。