某大型博物館建筑能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用分析

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(dá)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(yùn)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(yùn)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(qiáng)能源管理，進(jìn)一步節(jié)約能源，博物館根據(jù)建筑能源分布特點(diǎn)建立能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了粗放型管理向精細(xì)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?xì)?，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(jìn)線對博物館大樓供電。在供水方面有兩路總進(jìn)水，分別為北進(jìn)水和西進(jìn)水，其中西進(jìn)水為備用水源。市政用水均通過這兩路以環(huán)網(wǎng)形式進(jìn)入大樓。在供熱方面，市政熱力管道進(jìn)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(fēng)機(jī)盤管和空調(diào)機(jī)組。在供氣方面，市政燃?xì)夤艿肋M(jìn)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(diǎn)，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(diǎn)。

在水計量上，北進(jìn)水和西進(jìn)水總管道上安裝了4個一級計量監(jiān)測點(diǎn)，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(diǎn)。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(diǎn)。同時在建筑樓頂安裝了5個室外環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)。

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?xì)獗?、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?xì)獾姆猪?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(jìn)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(shí)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(shí)施集中的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理。一共分為三期進(jìn)行建設(shè)，分別為電力系統(tǒng)負(fù)荷監(jiān)控、水資源和燃?xì)庥嬃勘O(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(shí)時在線考核各級用能指標(biāo)，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(shí)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?xì)獗淼臄?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(shí)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(fèi)、燃?xì)赓M(fèi)及各時間段的電費(fèi)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(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的用戶用能情況進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測，對能耗使用情況進(jìn)行分析、對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，以表格的形式進(jìn)行顯示，同時可以切換成以棒圖、折線等更為直觀的形式進(jìn)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(fèi)用、以及CO2當(dāng)量報表。通過手動錄入端口輸入電費(fèi)、水費(fèi)、燃?xì)赓M(fèi)單價等參數(shù)，系統(tǒng)自動生成各項能耗費(fèi)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(jìn)行深入的加工處理，分析預(yù)測，并根據(jù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)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(jìn)行科學(xué)決策和計劃用能。

4）報警提示功能?？梢赃x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(biāo)，并實(shí)時或者Email通知用戶，能耗超標(biāo)異常等提示預(yù)警。

3.3 最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

通過搭建能源管理系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對水、電、燃?xì)夂蜔崃Φ饶茉吹目梢暬芾?，完善大樓建筑的能源管理體系。

能源監(jiān)測平臺最終實(shí)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(jī)制，改善能源消耗方式，促進(jìn)節(jié)能減排；通過智能化管理館內(nèi)運(yùn)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(jī)制，促進(jìn)考核管理，提高管理效率，降低使用和運(yùn)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(jìn)行監(jiān)測，以便實(shí)時掌握能源狀況，實(shí)現(xiàn)能源自動化調(diào)控。

3.4 制冷站運(yùn)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(shí)時準(zhǔn)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(jī)和蓄冰融冰相結(jié)合的方式進(jìn)行。為了進(jìn)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(yùn)行模式下每天產(chǎn)生的電量、成本及CO2進(jìn)行了對比分析（見圖4），從而選取一種更節(jié)能的運(yùn)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(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)負(fù)荷的實(shí)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(yùn)行成本等。下一步將繼續(xù)完成水資源和燃?xì)獾挠嬃勘O(jiān)控。能源管理系統(tǒng)的建立，不僅能進(jìn)一步提高能源的利用率，加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行和能源的管理，降低能源消耗，而且為公共機(jī)構(gòu)節(jié)約能源貢獻(xiàn)力量。

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