綠色建筑能耗及其管理系統(tǒng)的應(yīng)用

陳家軍

摘 要：自綠色建筑建設(shè)以來，人們更加關(guān)注其能耗問題，各項(xiàng)能耗監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)綠色建筑的能耗現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，并結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)情況，對(duì)綠色建筑能耗管理系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了具體分析。

關(guān)鍵詞：綠色建筑；環(huán)境監(jiān)測(cè)；能耗管理；能源

中圖分類號(hào)：TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.080

我國(guó)的能源耗費(fèi)量十分巨大，其中，能源耗費(fèi)最多的工業(yè)，其次是交通運(yùn)輸業(yè)，接下來便是建筑業(yè)。我國(guó)的建筑能耗占總能耗的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，因此，對(duì)于新增建筑，推崇將其建成綠色建筑。建設(shè)綠色建筑可以對(duì)土地、水、能源、建筑材料等進(jìn)行合理、有效的利用，進(jìn)而降低能源消耗。

1 綠色建筑能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 綠色建筑能源管理系統(tǒng)簡(jiǎn)述

綠色能源管理系統(tǒng)主要用于收集各種相關(guān)的能耗數(shù)據(jù)，并通過分析數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行策略，對(duì)建筑能耗加以控制，提高能源的利用率，降低對(duì)各項(xiàng)能源的消耗。以華大基因中心的綠建展示系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)通過綜合運(yùn)用各種軟件和硬件，將整個(gè)園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)集成展示，從而對(duì)綠色建筑的能源耗費(fèi)進(jìn)行管理。圖1所示為綠色能源管理系統(tǒng)的功能框架。從圖1不難看出，通過系統(tǒng)管理、設(shè)備管理、計(jì)費(fèi)管理、監(jiān)控管理和統(tǒng)計(jì)分析這五大模塊，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的了解。該系統(tǒng)的基礎(chǔ)是監(jiān)測(cè)計(jì)量，包括對(duì)建筑內(nèi)水、電、空調(diào)的耗能以及燃?xì)獾暮馁M(fèi)等進(jìn)行計(jì)量。通過實(shí)時(shí)計(jì)量，可以為綠色能源管理系統(tǒng)提供依據(jù)，保證其他模塊的順利進(jìn)行。該系統(tǒng)的核心是統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)的收集可為節(jié)能策略的制訂提供依據(jù)。但是，要想制訂合理的能源控制策略，就需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析，從而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)子系統(tǒng)的優(yōu)化。

1.2 綠色建筑能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

1.2.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層主要由各種智能儀表組成，是對(duì)各類能源進(jìn)行計(jì)量的裝置設(shè)備，其主要負(fù)責(zé)對(duì)基層數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)。能源計(jì)量裝置包括水表、冷量表以及各種形式的電能表。除此之外，各種控制器還構(gòu)成了采集終端，通過總線連接的方式，安裝分布式 I/O 控制器，將采集的各項(xiàng)建筑能耗數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心。

1.2.2 自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理執(zhí)行層

自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理執(zhí)行層是綠色建筑能源管理系統(tǒng)的核心部分。通過各種系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)備，對(duì)采集的各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、計(jì)算、分析，將建筑的能耗情況以圖表、聲音或者數(shù)顯等形式反映出來。數(shù)據(jù)處理執(zhí)行層的軟件主要運(yùn)用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，硬件設(shè)備主要為計(jì)算機(jī)、UPS電源和打印機(jī)等。其中，監(jiān)控主機(jī)是數(shù)據(jù)的主要接口，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)發(fā)；打印機(jī)受監(jiān)控系統(tǒng)的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形報(bào)表的自動(dòng)打印。

1.2.3 網(wǎng)絡(luò)通訊層

數(shù)據(jù)信息的傳遞和交換需要借助一定的網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)通訊層便是數(shù)據(jù)交換的中間橋梁。以太網(wǎng)設(shè)備、通訊管理機(jī)和總線網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)通訊層運(yùn)用的主要設(shè)備，其中，以太網(wǎng)設(shè)備主要采用工業(yè)級(jí)的以太網(wǎng)交換機(jī)。通訊管理機(jī)由前置機(jī)、數(shù)據(jù)采集處理機(jī)和通訊控制器等組成。借助光纖、無線通訊設(shè)備和屏蔽雙絞線等通訊介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)通訊層在整個(gè)系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著上傳下達(dá)的任務(wù)——一方面將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層采集的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理層，另一方面將上位機(jī)傳出的控制命令轉(zhuǎn)達(dá)給現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)采集設(shè)備。

1.2.4 中央管理層

人機(jī)交換的直接窗口在中央管理層。中央管理層通過對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析，為決策者提供分析結(jié)果，同時(shí)，系統(tǒng)操作人員可以將能耗的修正指令通過系統(tǒng)的傳輸下達(dá)至數(shù)據(jù)處理執(zhí)行層，并對(duì)能耗指標(biāo)作進(jìn)一步修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)能耗的控制，降低綠色建筑的實(shí)際耗能量。

1.3 綠色建筑能源管理系統(tǒng)的特點(diǎn)

針對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量大、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布線復(fù)雜、監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布密集等各種特點(diǎn)，建立了綠色建筑能源管理系統(tǒng)。通過運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)G色建筑的能耗進(jìn)行可視化管理，同時(shí)系統(tǒng)地分析節(jié)能策略，有效降低綠色建筑的能耗量。綠色建筑能源管理系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：①綠色建筑能源管理系統(tǒng)主要以模塊化管理為主，結(jié)構(gòu)框架簡(jiǎn)單，便于管理各項(xiàng)能耗。一方面，系統(tǒng)的模塊管理可以將系統(tǒng)功能有效擴(kuò)展，更好地滿足客戶的需求。另一方面，模塊化結(jié)構(gòu)操作更加靈活。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以通過增加或者減少傳感節(jié)點(diǎn)，以方便系統(tǒng)的維修，保障系統(tǒng)的正常工作。②隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步和廣泛應(yīng)用，綠色建筑能源管理系統(tǒng)逐漸完善。將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于該系統(tǒng)中，能夠?qū)ㄖ芎暮铜h(huán)境進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)，對(duì)各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，并將綜合評(píng)價(jià)結(jié)果予以落實(shí)，通過多媒體顯示的方式將各種能耗呈現(xiàn)給大眾。除此之外，也可以通過手機(jī)APP的形式實(shí)時(shí)查看相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。③環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感層主要運(yùn)用的是無線傳感技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)可以減少網(wǎng)絡(luò)布線，以無線傳感網(wǎng)絡(luò)為主開展工作，對(duì)現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無需作任何改造。因此，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和能耗管理系統(tǒng)的施工量相對(duì)較少，建筑的施工投資會(huì)有所下降，工程的施工工期也會(huì)相應(yīng)地縮短，極大地促進(jìn)了綠色建筑工程的建設(shè)。④綠色建筑能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了可視化管理。以華大基因中心的綠建展示系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)以圖2所示的形式展現(xiàn)，包括各種圖表、聲音以及其他形式的動(dòng)態(tài)圖畫等，將建筑環(huán)境和建筑能耗的分析結(jié)果展示出來，便于系統(tǒng)操作人員觀察和操作。

2 綠色建筑能源管理系統(tǒng)的具體應(yīng)用

2.1 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

綠色建筑能源管理系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)便是其中之一。該系統(tǒng)主要采用分布式智能控制，對(duì)建筑公共區(qū)域的通風(fēng)系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)控管理，通過傳感器的傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)可視化管理。建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)由多種軟件和硬件設(shè)備組成，其中，軟件包括控制層和管理層的各種軟件，硬件設(shè)備主要有服務(wù)器、路由器、工作站、現(xiàn)場(chǎng)控制器、傳感器等。該系統(tǒng)通過獨(dú)立運(yùn)行實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑設(shè)備的監(jiān)控，并最終與綠色建筑能源管理系統(tǒng)集成。

2.2 智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用

智能照明控制系統(tǒng)主要對(duì)公共場(chǎng)所的照明進(jìn)行監(jiān)控，以提高綠色建筑的節(jié)能效果。該系統(tǒng)可以對(duì)電梯廳、走廊、大堂和地下停車場(chǎng)的照明進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，通過相應(yīng)的條件設(shè)置，實(shí)現(xiàn)聲控照明等，從而起到節(jié)能的效果。驅(qū)動(dòng)控制模塊、時(shí)鐘模塊、電源模塊、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、智能控制面板等組成了智能照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過獨(dú)立運(yùn)行實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色建筑照明的控制，并最終與綠色建筑能源管理系統(tǒng)集成。

2.3 多表綜合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的應(yīng)用

多表綜合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主要是對(duì)建筑內(nèi)居民的用水、用電量等進(jìn)行計(jì)量。將網(wǎng)絡(luò)電子水表、網(wǎng)絡(luò)電表和超聲波冷量表安裝在用戶系統(tǒng)的末端，通過對(duì)以上各種能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和運(yùn)算，在綜合處理以后，計(jì)量設(shè)備會(huì)自動(dòng)計(jì)費(fèi)，用戶可以直接看到費(fèi)用結(jié)果，從而有效提高用戶的節(jié)能意識(shí)。多表綜合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行，主要運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的計(jì)量裝置，通過監(jiān)控室的管理服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，形成報(bào)表，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)費(fèi)。運(yùn)用該系統(tǒng)不僅可以降低物業(yè)的管理成本，還可以在很大程度上提升物業(yè)管理水平。

2.4 建筑電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

與以上三種系統(tǒng)相同，建筑電力監(jiān)控系統(tǒng)作為綠色建筑能源管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)，可以獨(dú)立運(yùn)行，最終與總系統(tǒng)集成。建筑電力監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元、通信管理機(jī)、通訊網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器和工作站組成，同時(shí)還包含各種應(yīng)用軟件。該系統(tǒng)可以對(duì)綠色建筑內(nèi)的各種電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。建筑內(nèi)有多種電力設(shè)備，比如變壓器、發(fā)電機(jī)組、高低壓配電系統(tǒng)等。這些設(shè)備關(guān)系到居民的正常用電，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控至關(guān)重要。建筑電力監(jiān)控系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)輸出、故障分析、故障預(yù)警等功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的自動(dòng)控制。

3 結(jié)束語

隨著人們節(jié)能意識(shí)的逐漸提高，綠色建筑急需有效的能源管理系統(tǒng)對(duì)建筑能源和建筑環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，節(jié)約各項(xiàng)能源。綠色能源管理系統(tǒng)可以有效提高建筑能源的利用率，降低建筑內(nèi)用戶的各項(xiàng)能耗，從而節(jié)約自然資源，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕