民用機(jī)場的能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 鳳 鳴(南京天溯自動(dòng)化控制系統(tǒng)有限公司, 江蘇 南京 210019)

民用機(jī)場的能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 鳳 鳴
(南京天溯自動(dòng)化控制系統(tǒng)有限公司, 江蘇 南京 210019)

以目前機(jī)場采用的傳統(tǒng)節(jié)能措施為對(duì)象,結(jié)合民用機(jī)場的能耗,分析了機(jī)場實(shí)行節(jié)能改造的優(yōu)劣勢和建立機(jī)場能源與設(shè)備管理數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)的必要性。指出建立符合機(jī)場自身特點(diǎn)的能源管理體系,對(duì)挖掘機(jī)場節(jié)能潛力具有重要意義。

綠色機(jī)場; 節(jié)能; 能源管理; 能耗監(jiān)測

0 引 言

自2008年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布建科[2008]114號(hào)文《關(guān)于印發(fā)國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則的通知》以來,教育行業(yè)、通信行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等陸續(xù)開展了能源監(jiān)管體系的建設(shè)。近幾年,根據(jù)民航局“十二五規(guī)劃”綱要以及《民航節(jié)能減排專項(xiàng)資金項(xiàng)目指南》,國內(nèi)多家機(jī)場也發(fā)布《綠色機(jī)場建設(shè)方案》、《節(jié)能減排工作指導(dǎo)方案》等節(jié)能相關(guān)的指導(dǎo)文件,將機(jī)場節(jié)能工作推向了一個(gè)新的高度。

自“十二五“以來,民航機(jī)場發(fā)展迅速,民航十二五規(guī)劃中,改擴(kuò)建機(jī)場超過100個(gè),為滿足日益增長的客流、貨運(yùn)量,機(jī)場區(qū)域越來越大,但隨之而來的是能源消耗成幾何級(jí)增長。

在這個(gè)社會(huì)背景下,機(jī)場的能源管理也提上日程。如何降低運(yùn)營成本,在保持優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平的基礎(chǔ)上減少能源消耗,將“耗能大戶”變?yōu)椤肮?jié)能大戶”,樹立良好的社會(huì)形象,為社會(huì)節(jié)能減排做貢獻(xiàn),也成為機(jī)場運(yùn)營管理的關(guān)注焦點(diǎn)之一。

1 機(jī)場常見節(jié)能措施

機(jī)場能耗分為電能、天然氣、燃油、用水等。機(jī)場作為旅客服務(wù)的節(jié)點(diǎn),用于航站樓照明、暖通空調(diào)移機(jī)各種設(shè)備運(yùn)行的能耗大,其中主要是電能的消耗。

傳統(tǒng)機(jī)場常見的節(jié)能技改措施如下:

(1) 上調(diào)航站樓旅客公共區(qū)域平均溫度。通過調(diào)節(jié)樓宇空調(diào)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),將樓內(nèi)公共區(qū)域的平均溫度由原來的24.5 ℃調(diào)整到26.5 ℃。

(2) 調(diào)節(jié)航站樓內(nèi)空調(diào)機(jī)房新風(fēng)閥。當(dāng)室外環(huán)境溫度變化較大時(shí),及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)房內(nèi)的新風(fēng)閥,降低空調(diào)風(fēng)機(jī)能耗。

(3) 關(guān)閉裝飾用途的照明和采取“半開”照明燈光控制。通過智能照明控制系統(tǒng)中的“半開”和“全開”的場景命令,開啟采光不足區(qū)域燈光,關(guān)閉照明良好區(qū)域燈光,并在陰雨天氣“半開啟”航站樓內(nèi)燈光。

(4) 空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能控制。對(duì)于中央空調(diào)機(jī)組的冷凍泵、冷卻泵以及冷卻風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻改造,根據(jù)冷卻水、冷卻水出/入口的溫度改變水泵、冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水流量,節(jié)約能源。

目前,大多數(shù)的機(jī)場已經(jīng)完成了節(jié)能改造,但對(duì)于機(jī)場的能源消耗沒有一個(gè)清晰、高效、透明的系統(tǒng)支撐,無法便捷、快速地掌握目前機(jī)場的用能狀況,無法對(duì)機(jī)場各類用能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和用能負(fù)荷的變化情況進(jìn)行集中、自動(dòng)和實(shí)時(shí)的監(jiān)控,缺乏能源供應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控和調(diào)度,導(dǎo)致無法實(shí)時(shí)監(jiān)管用能情況、設(shè)備運(yùn)行狀況以及能源輸送的監(jiān)管,也不容易做到從宏觀的角度去制定能源使用計(jì)劃。

2 部分機(jī)場建設(shè)的常規(guī)建筑能源管理系統(tǒng)

對(duì)于機(jī)場,節(jié)能技改和建立能源管理系統(tǒng),兩者相輔相成,節(jié)能技改是整個(gè)能源管理體系中的一個(gè)環(huán)節(jié),一種執(zhí)行的手段,要做到極致,仍需要建立能源管理系統(tǒng),實(shí)行能源的系統(tǒng)化、精細(xì)化管理。

目前有部分機(jī)場已經(jīng)開始逐步建立以節(jié)能為目標(biāo)的常規(guī)建筑能源管理系統(tǒng)。建筑能源管理系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 建筑能源管理系統(tǒng)

以節(jié)能為目標(biāo)的建筑能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能源的閉環(huán)跟蹤,實(shí)現(xiàn)了能源的系統(tǒng)化、精細(xì)化管理,滿足大多數(shù)行業(yè)對(duì)能源管理的要求,但對(duì)于機(jī)場能源管理來說,仍然有以下方面需要改進(jìn):

(1) 機(jī)場能源管理最重要的是保障用能安全。機(jī)場一級(jí)負(fù)荷較多,保證用能安全是機(jī)場能源保障最為關(guān)心的問題。對(duì)于電力監(jiān)控單元、給排水單元、中央空調(diào)單元、鍋爐監(jiān)控單元等保障用能安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)該全部包含在機(jī)場能源管理系統(tǒng)中。

(2) 機(jī)場大型用能設(shè)備較多,機(jī)場的能源管理系統(tǒng)需要考慮變壓器、冷凍機(jī)組、鍋爐等大型設(shè)備的管理。

(3) 機(jī)場的能源消耗與機(jī)場的客流量、航班起降次數(shù)、氣溫、每日航班開始結(jié)束時(shí)間等參數(shù)有很大關(guān)系。因此,機(jī)場能源管理系統(tǒng)需考慮上述因素與能源之間的關(guān)聯(lián)性。

(4) 機(jī)場駐場單位、商鋪等較多,機(jī)場能源管理系統(tǒng)需考慮到能源轉(zhuǎn)供收費(fèi)問題。

3 機(jī)場能源與設(shè)備管理數(shù)字化運(yùn)維系統(tǒng)

常規(guī)的建筑能源管理系統(tǒng)并不完全適用于機(jī)場行業(yè)。機(jī)場能源管理系統(tǒng)有其特殊需求,機(jī)場的能源管理應(yīng)當(dāng)包括橫向與縱向兩個(gè)方向,橫向包括從能源供應(yīng)、能源輸送、能源消耗、能源計(jì)費(fèi)整個(gè)流程中對(duì)能源進(jìn)行全過程管控,縱向包括怎樣保證機(jī)場用能安全、能源系統(tǒng)化精細(xì)化管理、與能源相關(guān)的多系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、聯(lián)動(dòng)以及對(duì)于大型用能設(shè)備的管控等。機(jī)場能源與設(shè)備管理數(shù)字化平臺(tái)如圖2所示。

因此,機(jī)場的能源與設(shè)備數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái),應(yīng)當(dāng)是集能源供應(yīng)、能源輸送、能源消耗、能源審計(jì)、節(jié)能策略、運(yùn)維策略、設(shè)備管理于一體的閉環(huán)式數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái),實(shí)現(xiàn)能源與設(shè)備全生命周期管理；達(dá)到節(jié)省人力、節(jié)省能源、統(tǒng)一管理,實(shí)現(xiàn)了機(jī)場能源與設(shè)備的整體運(yùn)維的目標(biāo)。

機(jī)場的能源與設(shè)備數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

機(jī)場能源與設(shè)備綜合管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層:

(1) 中心監(jiān)控層。中心監(jiān)控層實(shí)現(xiàn)能源與設(shè)備管理系統(tǒng)中所有設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視、故障報(bào)警、能耗監(jiān)測、計(jì)量計(jì)費(fèi)、分類分項(xiàng)計(jì)量、設(shè)備臺(tái)賬管理等功能,另外具備其他第三方系統(tǒng)接入功能,系統(tǒng)采用B/S架構(gòu),用戶通過瀏覽器方便實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)中設(shè)備與能耗狀況,并可通過液晶拼接屏實(shí)時(shí)展示能耗狀況。

(2) 子模塊接入層。子模塊接入層將與機(jī)場電力監(jiān)控、鍋爐監(jiān)控、中央空調(diào)監(jiān)控、智能照明監(jiān)控、電梯監(jiān)控等與能源相關(guān)子模塊通過標(biāo)準(zhǔn)接口接入能源與設(shè)備管理系統(tǒng)中,便于統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度以及各子模塊之間的聯(lián)動(dòng)。

圖2 機(jī)場能源與設(shè)備管理數(shù)字化平臺(tái)

圖3 機(jī)場能源與設(shè)備綜合管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

(3) 現(xiàn)場設(shè)備層?，F(xiàn)場設(shè)備層內(nèi)數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)末端水、電、燃?xì)?、冷熱量等?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)的采集、測量等功能,接收中心信息層的指令、向現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備發(fā)布指令、收集并處理從基礎(chǔ)設(shè)備采集到的各類信息,并將數(shù)據(jù)通過有線、短距離無線、GPRS、OA網(wǎng)絡(luò)等方式將現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至能源與設(shè)備綜合管理平臺(tái)。

機(jī)場的能源與設(shè)備數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)軟件架構(gòu)如圖4所示。 機(jī)場能源與設(shè)備管理數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái),在數(shù)據(jù)庫中建立通用數(shù)據(jù)模型,通過核心策略分析層進(jìn)行策略分析、策略優(yōu)化,制定與機(jī)場能源管理相符合的管理策略,通過多種人機(jī)交互界面,確保機(jī)場運(yùn)維人員操作的便利性,實(shí)現(xiàn)了機(jī)場能源與設(shè)備的系統(tǒng)化、精細(xì)化管理。

圖4 軟件架構(gòu)

4 機(jī)場能源與設(shè)備管理數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)典型設(shè)計(jì)

4.1 能耗預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是一種運(yùn)算模型,由大量的節(jié)點(diǎn)(或神經(jīng)元)之間相互聯(lián)接構(gòu)成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一種特定的輸出函數(shù),稱為激勵(lì)函數(shù)。每兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的連接都代表一個(gè)對(duì)于通過該連接信號(hào)的加權(quán)值,稱之為權(quán)重；在運(yùn)維平臺(tái)中,通過多種神經(jīng)元系數(shù),如同時(shí)期能耗數(shù)據(jù)、同期溫度、修正系數(shù)、權(quán)重等對(duì)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測分析。

4.2 部分典型功能

(1) 用能安全單元。包括對(duì)電力綜合監(jiān)控功能,滿足機(jī)場大區(qū)域、多變電站無人值守、保證用能安全的需求；對(duì)用水、給水管網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測,解決機(jī)場供水管網(wǎng)復(fù)雜、區(qū)域大、管線長等問題。

(2) 機(jī)場能源管理單元。包括對(duì)機(jī)場能耗概括、能耗分析、能耗對(duì)比、能耗排名及機(jī)場客流量、溫度、航班起降架次等與能源相關(guān)因素關(guān)聯(lián)性分析的功能,滿足了對(duì)于機(jī)場能源的系統(tǒng)化、精細(xì)化管理的需求。

(3) 轉(zhuǎn)供收費(fèi)功能。機(jī)場轉(zhuǎn)供收費(fèi)單元包括對(duì)機(jī)場駐場單位的計(jì)量計(jì)費(fèi)功能以及對(duì)機(jī)場航站樓商鋪的預(yù)付費(fèi)功能,是一個(gè)預(yù)付費(fèi)與后付費(fèi)相結(jié)合的收費(fèi)單元,同時(shí)具備與銀聯(lián)系統(tǒng)、自助繳費(fèi)對(duì)接的功能。

(4) 設(shè)備管理功能。設(shè)備管理單元包括對(duì)機(jī)場重大用能設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)、建立設(shè)備臺(tái)賬,對(duì)機(jī)場重要設(shè)備建立電子化檔案,進(jìn)行電子化管理,實(shí)現(xiàn)重大設(shè)備的全生命周期管理,以便于機(jī)場運(yùn)維人員做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防,確保設(shè)備運(yùn)行安全。

5 機(jī)場不同能源管理方案的對(duì)比及案例介紹

機(jī)場不同能源管理措施對(duì)比如圖6所示。

由圖6可以看出,不同的能源管理措施有不同的節(jié)能效果,機(jī)場能源管理人員應(yīng)選擇適合的能源管理系統(tǒng)。

華東某機(jī)場結(jié)合自身特點(diǎn),建設(shè)的能源與設(shè)備管理數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)集綜合監(jiān)控單元(包含電力監(jiān)控、給水監(jiān)控、鍋爐監(jiān)控、中央空調(diào)監(jiān)控、智能照明監(jiān)控)、能源管理單元、轉(zhuǎn)供收費(fèi)單元、設(shè)備管理單元等功能于一體,根據(jù)機(jī)場對(duì)于能源管理的需求結(jié)合客流量、航班起降次數(shù)、氣溫、每日航班開始結(jié)束時(shí)間等參數(shù),在保證機(jī)場用能安全的前提下,實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)場能源的系統(tǒng)化、精細(xì)化管理,同時(shí)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)集中監(jiān)控,節(jié)約了能源,提高了工作效率,滿足機(jī)場能源管理的需求。

圖6 不同能源管理措施對(duì)比

6 結(jié) 語

以能源管理為目的,梳理機(jī)場能流圖,建立符合機(jī)場自身特點(diǎn)的能源管理體系,對(duì)機(jī)場能源及設(shè)備實(shí)行精細(xì)化、系統(tǒng)化管理,對(duì)能源及設(shè)備管控實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)式管理,對(duì)機(jī)場各部門、各區(qū)域能耗進(jìn)行綜合管理,為機(jī)場挖掘節(jié)能減排潛力提供基礎(chǔ)支撐,并按照我國企業(yè)能源審計(jì)相關(guān)政策、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等開展能源審計(jì)工作。利用能源信息化手段提升機(jī)場的節(jié)能能力,并建立節(jié)能減排考核指標(biāo)體系,形成有目標(biāo)、有措施、有考核的閉環(huán)管理機(jī)制是機(jī)場節(jié)能的關(guān)鍵所在。

[1] 徐軍庫.綠色機(jī)場建設(shè)與智能建筑[J].智能建筑與城市信息,2008(6):18-22.

[2] 鄧清平,王廣宏.能源管理信息系統(tǒng)中信息技術(shù)的應(yīng)用[J].節(jié)能與環(huán)保,2007(12):36-38.

[3] 涂逢祥.建筑節(jié)能技術(shù)[M].北京:中國計(jì)劃出版社,1996.

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Energy Management System Design of Civil Airport

ZHANG Fengming

(Nanjing Tiansu Automation Control System Co., Ltd., Nanjing 210019, China)

With the traditional energy saving measures in use at the airport as object,combined with the energy consumption of civil airports,the advantages and disadvantages of the airport energy conservation transformation and the necessity of the airport energy and equipment digital operational management platform were analyzed.It was pointed out that building airport energy management system in accordance with the airport’s characteristics is of great significance for exploiting airport energy saving potentialities.

green airport; energy saving; energy management; energy consumption monitoring

張鳳鳴(1978—),男,工程師,從事機(jī)場電力監(jiān)控、能源管理方面的研究。

TU 201.5

B

1674-8417(2015)04-0010-05

2015-03-13