基于物联网的绿色建筑能源管理系统的设计与应用

时间：2020-09-08

【摘要】对建筑能源管理系统的背景和现状进行阐述，并浅析了能源管理系统在绿色建筑中的措施。

关键词：绿色建筑;能源管理;建筑节能

一、背景

1.绿色建筑概念

绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，节约资源(节能、节地、节水、节材)，保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用的使用空间，与自然和谐共生的建筑。发展绿色建筑，其要求主要有：

(1)发展绿色建筑，应注重经济性，从建筑的寿命周期综合核算效益和成本，引导市场发展需求，适应地方经济状况，提倡朴实简约，反对浮华铺张。绿色建筑的概念不同于智能建筑。智能建筑的出发点是满足人们当前的需求，而绿色建筑的出发点不单是人们当前的需求，而且还包括自然平衡的需求。从该意义上来说，绿色建筑是由智能建筑概念再加上环保节能的理念形成的。因而，绿色建筑的推动力量更多地依靠社会自律和道德力，在技术层面上，则更多依靠新技术对传统经济增长方式得更新，对传统能源消耗方式的更新，即在充分利用可再生能源的基础上，尽可能提高能源的使用效率。这一点在采用新型材料、技术的同时，更多依赖于建筑智能化系统来实现对各系统的测量和控制。

(2)发展绿色建筑，应倡导城乡统筹、循环经济的理念和紧凑型城市空间的发展模式;全社会参与，挖掘建筑节能、节地、节水、节材的潜力;正确处理节能、节地、节水、节材、环保及满足建筑功能之间的辩证关系。

2.智能建筑中的能源管理系统

“技术节能”又称为“被动的能源管理”，是指针对热耗所采取的应对措施，以及使用低耗设备等。“管理节能”又称为“主动的能源管理”，是指通过对能源使用进行测量、监测和控制的方式，以实现节能改变。使用节能设备和装置(如低能耗照明设备)固然重要，但仅仅如此是远远不够的，若不对其加以合理控制，这些措施仅仅只能降低能耗，而不能切实防止能源损失，发挥其作用。如果要实现持续性增长，各种耗电设备，从直接的电能消耗到照明、供暖、重要的电机，再到暖通空调(HVAC)控制系统、锅炉控制系统等耗电设备或系统，都可以实施管理节能，包括改变个人的用能习惯和做法，进而改变工作和生活中的行为方式。但是需要明确的是，只有广泛应用控制技术，才能减少电能消耗。作为一种主动的节能措施，能源管理系统可通过对建筑中各电器状态的采集与调节，实现对电能或者其他形式的能源进行分配，来提高能源的使用效率，而且这种提高是随着系统的改进和技术的进步而不断发展的。

二、现状分析

据统计，国内智能建筑中达到节能目标的还不到10%，80%以上的智能建筑内BAS系统仅仅作为设备状态监视和自动控制使用，这说明了我国目前在绿色建筑中存在着一些问题。

(1)在建筑能源管理控制方面力度不够多数建筑节能措施是运用建筑自控系统预先编排的时间程序对建筑能源供应进行**控制，这种做法只是对问题的简化，无法对突发情况做出处理。

(2)管理人员不熟悉能源管理系统各子系统，对于突发情况不能及时处理;对能源管理系统记录存储的数据不能进行分析，找出进步节能措施。

(3)对建筑能耗的跟踪监测不完善。绿色建筑的评价不是仅依靠建筑的设计方案，而是要根据建筑在运营期间的具体节能效果来判断的。目前普遍存在的问题是对于建筑的能耗、节能效果等数据无从查起，不利于节能方案的进一步完善。

(4)目前，能源管理公司建立合同能源管理(CEM)的对象大多还集中在改造项目上，新建工程难以开展的原因之一可能在节能效率的确认上。因此，随着节能要求的提高，传统的BAS系统逐渐不能满足智能建筑的节能要求，对智能建筑的能源进行管理成为建筑节能的必要措施，有实力的BAS系统供应商也纷纷成立能源管理部门，一些专门的能源管理服务公司和能源管理系统公司(主要是中央空调系统)也发展了起来。

三、能源管理系统在绿色建筑中的应用

在物联网、云计算等技术的支持下，为满足绿色建筑的节能要求，建筑能源管理系统应包括智能家电控制、可再生能源利用、建筑能耗监测等组成部分。

1.智能照明控制系统

智能照明控制系统，可运用自然采光和人工照明的动态调节形式，给建筑带来节能环保和人性化的工作环境。整个建筑的照明控制系统通过建筑局域网组成一个统一的系统，中央控制系统通过多级控制进行管理，结合调光/开关控制模块、智能探测器(光感/动静)、液晶显示面板等自动化设备，实现*监视控制、就地面板控制、人感探测控制、光感探测控制、场景功能控制和能耗计算的智能化管理。运用智能传感器控制技术降低能耗，如人体活动探测，自动开关工作区域灯光;实现照度动态探测，与智能遮阳百叶窗系统相协调，通过光感探测器，根据不同的日照情况，不同的房间朝向，实现自然采光与灯光照明自动调节，变普通照明为补光照明，进而实现照明节电。

2.电梯/扶梯系统

实时监控各部电梯运行状态，以及供电电源状态保证电梯安全稳定运行;根据实时的负荷需量，调节电梯/扶梯的工作状态(启/停/工频/变频)，使之与实际负荷需量相匹配，既保证了电梯的正常运行，又节约了能源，减少了不必要的浪费。

3.智能家电控制部分

通过计算机、无线通信数据传输、扩频电力载波通信技术、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、遥信控制系统，来实现对家电的智能化控制，实现按需分配电能，减少能源浪费。

4.智能空调控制系统

为了实现建筑节能的目的，空调控制系统可以对空调运行方式作如下的改进：

(1)温度-时间延滞法。根据大楼内温度保持的延滞时间，提前关闭空调主机或锅炉，达到节能的目的。

(2)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，实现节能。

(3)经济运行法。在室外温度达到13℃时，可直接将室外新风作为回风;在室外温度达到24℃时，可直接将室外新风送入室内。在这样的情况下，系统可节约对送回风系统进行处理的能源。

(4)设备的等寿命运行。对楼内冷热源主机、泵机、风机等设备进行等时间交替运行，延长设备的运行寿命，节省维护费用。

(5)采用变风量(VariableAirVolume，VAV)系统。通过改变送风量的办法，控制不同房间的温度，这样不仅可以减小空调设备的容量，节省设备的投资，更进一步降低了系统的运行能耗，同时也满足了人们的要求。

5.数据共享与集成

能源管理系统为用户提供各子系统一致的操作界面，并按照标准化接口规范与各个子系统建立连接，采用统一的数据格式进行数据交换，能够*适应设备的变化，轻松实现各个子系统的信息共享，并支持远程访问和远程管理，使各个独立子系统结成了一个整体，不仅实现了信息共享，也使各种跨系统联动的实现水到渠成。

四、安科瑞能源管理云平台

1.平台架构

2.平台功能

3.访问方式

4.硬件选型

五、结束语

能源管理系统在一个开放式平台上实现了建筑能源在线计量、能源质量监测以及能源自动化控制，并且通过对空调、照明等用能系统的自动化、系统化的调节控制实现综合节能30%以上的目标，对于绿色建筑降低运行成本，提高能源自动化管理水平具有意义。

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