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        某大型博物館建筑能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用分析

        2018-02-01 10:46:43代小娟
        智能建筑與智慧城市 2018年1期
        關(guān)鍵詞:分析系統(tǒng)

        代小娟

        (中國國家博物館)

        1 引言

        某大型博物館大樓建筑面積約20萬m2,其中展廳數(shù)量48個,文物庫房近 3萬 m2,藏品數(shù)量超過139萬件,每年接待觀眾達700多萬人次。不同于其他商業(yè)型建筑,博物館建筑集辦公、文物儲藏、展覽及觀眾參觀等多功能于一體,對不同功能區(qū)域需要滿足不同的溫濕度及照明亮度。由于建筑各區(qū)域需要設(shè)置不同的照明模式,空調(diào)系統(tǒng)的運行工況也是復(fù)雜多樣,特別是文物庫房及溫濕度需求高的展廳更需要24h不間斷運行,使得大樓用能消耗巨大。

        為了對大樓能源消耗情況及時跟蹤分析,加強能源管理,進一步節(jié)約能源,博物館根據(jù)建筑能源分布特點建立能源管理系統(tǒng),實現(xiàn)了粗放型管理向精細化管理轉(zhuǎn)變。

        2 能源管理系統(tǒng)概況及其構(gòu)架

        2.1 大樓能耗概況

        博物館大樓消耗的能源資源種類包括:水、電、熱力及燃氣,主要供能設(shè)施包括變配電室、制冷站、熱力站、鍋爐房。特殊用能區(qū)域包括文物庫房、展廳。

        在配電方面有一個變配電室,由市政電網(wǎng)提供三路高壓進線對博物館大樓供電。在供水方面有兩路總進水,分別為北進水和西進水,其中西進水為備用水源。市政用水均通過這兩路以環(huán)網(wǎng)形式進入大樓。在供熱方面,市政熱力管道進入熱力站,熱力站設(shè)有冬季空調(diào)系統(tǒng)、夏季空調(diào)系統(tǒng)(滿足展館房間的恒溫恒濕要求)、低輻射系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)及低、高區(qū)生活水系統(tǒng),供暖面積約17萬m2。冬季空調(diào)系統(tǒng)主要由4臺冬季循環(huán)泵和3臺板式換熱器組成;夏季空調(diào)系統(tǒng)主要由2臺循環(huán)泵、1臺板式換熱器和1臺冬夏共用板式換熱器組成;低輻射系統(tǒng)主要由兩臺循環(huán)泵及兩臺板式換熱器組成。系統(tǒng)末端形式為風機盤管和空調(diào)機組。在供氣方面,市政燃氣管道進入鍋爐房后分別供至一號蒸汽鍋爐和二號蒸汽鍋爐。

        2.2 能源管理系統(tǒng)搭建基礎(chǔ)

        目前,在電計量上安裝了175個電計量監(jiān)測點,計量涵蓋范圍包括:制冷站、熱力站、消防水泵房、全館所有客梯、扶梯及兩部貨梯、文物庫房空調(diào)、四個貴賓廳等重要區(qū)域和設(shè)備。在水計量上安裝了54個水計量監(jiān)測點。

        在水計量上,北進水和西進水總管道上安裝了4個一級計量監(jiān)測點,通過環(huán)網(wǎng)對全館八個用水分區(qū)共安裝了8個二級計量監(jiān)測點。在鍋爐房、制冷站、熱力站等主要用水設(shè)備上共安裝了18個三級計量監(jiān)測點。同時在建筑樓頂安裝了5個室外環(huán)境監(jiān)測點。

        2.3 能源管理系統(tǒng)構(gòu)架及設(shè)計思想

        能源管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、DDC控制器、各種計量監(jiān)控裝置如電表、水表、燃氣表、溫濕度傳感器等設(shè)備組成(見圖1)。

        通過現(xiàn)場勘察建筑用能系統(tǒng),確定電能、水及燃氣的分項,根據(jù)儀表終端安裝條件,同時為了各項能耗檢測及分析管理,能源管理系統(tǒng)按照圖2中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行分類、分區(qū)域、分項計量檢測,為分析能耗狀況,選擇節(jié)能方案提供依據(jù)。

        項目自2016年開始實施建立能源管理系統(tǒng),采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式,對能源的消耗環(huán)節(jié)實施集中的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理。一共分為三期進行建設(shè),分別為電力系統(tǒng)負荷監(jiān)控、水資源和燃氣計量監(jiān)控。目前已完成一期建設(shè),并投入使用。

        能源管理系統(tǒng)一期是初步建立能源計量體系和電量計量管理系統(tǒng),為實時在線考核各級用能指標,對能源管理決策提供給技術(shù)支撐。能源管理系統(tǒng)不僅可以從各能耗監(jiān)測子系統(tǒng)獲取能耗數(shù)據(jù),還可集成第三方系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù),并提供手抄能耗數(shù)據(jù)的錄入接口,并提供各種能耗數(shù)據(jù)分析報表等。

        圖1 能源管理系統(tǒng)構(gòu)架圖

        圖2 博物館能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

        3 博物館能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

        3.1 數(shù)據(jù)采集監(jiān)測功能

        1)建立能源監(jiān)控平臺,配置服務(wù)器等硬件設(shè)備和能源監(jiān)控綜合管理軟件,通過采集測試軟件完成能源管理系統(tǒng)的基本功能(數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)報表等)。例如室外溫濕度、水表、電表及燃氣表的數(shù)據(jù)采集等。

        2)可以集成第三方系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù),并從各耗能監(jiān)測子系統(tǒng)獲取能耗數(shù)據(jù)。例如實現(xiàn)與樓控平臺和供配電平臺的資源整合及數(shù)據(jù)共享。

        3)提供手抄能耗數(shù)據(jù)的錄入接口,便于能耗統(tǒng)計分析。例如水費、燃氣費及各時間段的電費等數(shù)據(jù)。

        3.2 數(shù)據(jù)分析功能

        1)可以為用戶提供監(jiān)測、報表、統(tǒng)計分析工具幫助發(fā)現(xiàn)問題,實現(xiàn)對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的用戶用能情況進行持續(xù)的監(jiān)測,對能耗使用情況進行分析、對能耗數(shù)據(jù)進行挖掘,以表格的形式進行顯示,同時可以切換成以棒圖、折線等更為直觀的形式進行橫向和縱向比較。

        對制冷站、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)耗能大戶的耗能對比如圖3所示,6月到9月份制冷站總耗電量、空調(diào)總耗電量、照明系統(tǒng)總耗電量及總用電量的對比分析圖??梢钥闯鲭S著室外溫度的升高,總耗電量及制冷站耗電量也逐漸增加,同時制冷站耗電量占總耗電量的50%左右。而照明系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)耗電量變化比較平穩(wěn)。

        2)可以生成能耗費用、以及CO2當量報表。通過手動錄入端口輸入電費、水費、燃氣費單價等參數(shù),系統(tǒng)自動生成各項能耗費用報表。同時可以設(shè)置查詢某段時間某個區(qū)域的耗能情況,并生成圖表便于對比分析。

        圖3 重要耗電區(qū)域與總耗電量對比分析圖

        3)采用IPMVP規(guī)范分析和評估節(jié)能效果。利用數(shù)學(xué)模型、預(yù)測和分析方法、政策模擬技術(shù)對有關(guān)數(shù)據(jù)進行深入的加工處理,分析預(yù)測,并根據(jù)設(shè)定參數(shù)進行在線處理,以提高監(jiān)控數(shù)據(jù)的應(yīng)用水平,為控制決策提供支持,根據(jù)能耗趨勢進行科學(xué)決策和計劃用能。

        4)報警提示功能。可以選定時間段、耗能區(qū)域及能耗項目等來設(shè)定對應(yīng)的能耗目標,并實時或者Email通知用戶,能耗超標異常等提示預(yù)警。

        3.3 最終實現(xiàn)目標

        通過搭建能源管理系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng),實現(xiàn)對水、電、燃氣和熱力等能源的可視化管理,完善大樓建筑的能源管理體系。

        能源監(jiān)測平臺最終實現(xiàn)能源信息的采集、存儲、管理和利用,明析能源消耗情況;建立分散控制和集中管理機制,改善能源消耗方式,促進節(jié)能減排;通過智能化管理館內(nèi)運行設(shè)備,監(jiān)測能源使用情況,減少故障發(fā)生;建立單位能源公示機制,促進考核管理,提高管理效率,降低使用和運行成本;提高系統(tǒng)可靠性,保障供水、供電的連續(xù)性,節(jié)約能源和改善環(huán)境;建立自動化能源數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng),對能源供應(yīng)進行監(jiān)測,以便實時掌握能源狀況,實現(xiàn)能源自動化調(diào)控。

        3.4 制冷站運行模式案例分析

        能源管理系統(tǒng)可以對制冷站、空調(diào)系統(tǒng)的不同控制模式下節(jié)能效果給出實時準確的數(shù)據(jù)支持和決策支持等。例如:博物館大樓夏季制冷是通過冷機和蓄冰融冰相結(jié)合的方式進行。為了進一步節(jié)約能源,利用能源管理系統(tǒng)對制冷站在三種不同控制運行模式下每天產(chǎn)生的電量、成本及CO2進行了對比分析(見圖4),從而選取一種更節(jié)能的運行模式。

        通過能源管理系統(tǒng)對制冷站在三種方案下的能耗、成本及CO2對比分析,方案2較好,不僅耗能和CO2在中間,而且成本最低(見表1)。

        4 結(jié)論與展望

        圖4 制冷站不同控制模式下電量、成本、CO2對比分析圖

        表1 三種方案效果分析表

        博物館大樓能源管理系統(tǒng)一期的建立,實現(xiàn)了電力系統(tǒng)負荷的實時采集和存儲;并能通過監(jiān)測分析電力能源消耗情況,改善能源消耗方式,提高工作效率,降低設(shè)備使用和運行成本等。下一步將繼續(xù)完成水資源和燃氣的計量監(jiān)控。能源管理系統(tǒng)的建立,不僅能進一步提高能源的利用率,加強設(shè)備運行和能源的管理,降低能源消耗,而且為公共機構(gòu)節(jié)約能源貢獻力量。

        [1]張蓓紅.陳勤平.俞儷.王鑫.能源與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在世博園區(qū)的實踐[J].綠色建筑,2010(3).

        [2]楊柏濃.世博會中國館能源管理系統(tǒng)[J].建筑電氣,2011(1).

        [3]馮鈺洋.大型公共建筑能源管理系統(tǒng)的建立[J].制冷與空調(diào),2012(6).

        [4]楊文濱.施展翔.綠色建筑能源監(jiān)測與管理系統(tǒng)[J].智能建筑與城市信息,2011(4).

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