基于物聯網的綠色建筑能源管理系統的設計與應用

【摘要】對建筑能源管理系統的背景和現狀進行闡述，并淺析了能源管理系統在綠色建筑中的措施。

關鍵詞：綠色建筑；能源管理；建筑節能 

一、背景

1.綠色建筑概念

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內，節約資源（節能、節地、節水、節材），保護環境和減少污染，為人們提供健康、適用的使用空間，與自然和諧共生的建筑。發展綠色建筑，其要求主要有：

（1）發展綠色建筑，應注重經濟性，從建筑的壽命周期綜合核算效益和成本，引導市場發展需求，適應地方經濟狀況，提倡樸實簡約，反對浮華鋪張。綠色建筑的概念不同于智能建筑。智能建筑的出發點是滿足人們當前的需求，而綠色建筑的出發點不單是人們當前的需求，而且還包括自然平衡的需求。從該意義上來說，綠色建筑是由智能建筑概念再加上環保節能的理念形成的。因而，綠色建筑的推動力量更多地依靠社會自律和道德力，在技術層面上，則更多依靠新技術對傳統經濟增長方式得更新，對傳統能源消耗方式的更新，即在充分利用可再生能源的基礎上，盡可能提高能源的使用效率。這一點在采用新型材料、技術的同時，更多依賴于建筑智能化系統來實現對各系統的測量和控制。

（2）發展綠色建筑，應倡導城鄉統籌、循環經濟的理念和緊湊型城市空間的發展模式；全社會參與，挖掘建筑節能、節地、節水、節材的潛力；正確處理節能、節地、節水、節材、環保及滿足建筑功能之間的辯證關系。

2.智能建筑中的能源管理系統

“技術節能”又稱為“被動的能源管理”，是指針對熱耗所采取的應對措施，以及使用低耗設備等。“管理節能”又稱為“主動的能源管理”，是指通過對能源使用進行測量、監測和控制的方式，以實現節能改變。使用節能設備和裝置（如低能耗照明設備）固然重要，但僅僅如此是遠遠不夠的，若不對其加以合理控制，這些措施僅僅只能降低能耗，而不能切實防止能源損失，發揮其作用。如果要實現持續性增長，各種耗電設備，從直接的電能消耗到照明、供暖、重要的電機，再到暖通空調（HVAC）控制系統、鍋爐控制系統等耗電設備或系統，都可以實施管理節能，包括改變個人的用能習慣和做法，進而改變工作和生活中的行為方式。但是需要明確的是，只有廣泛應用控制技術，才能減少電能消耗。作為一種主動的節能措施，能源管理系統可通過對建筑中各電器狀態的采集與調節，實現對電能或者其他形式的能源進行分配，來提高能源的使用效率，而且這種提高是隨著系統的改進和技術的進步而不斷發展的。

二、現狀分析

據統計，國內智能建筑中達到節能目標的還不到10%，80%以上的智能建筑內BAS系統僅僅作為設備狀態監視和自動控制使用，這說明了我國目前在綠色建筑中存在著一些問題。

（1）在建筑能源管理控制方面力度不夠多數建筑節能措施是運用建筑自控系統預先編排的時間程序對建筑能源供應進行*控制，這種做法只是對問題的簡化，無法對突發情況做出處理。

（2）管理人員不熟悉能源管理系統各子系統，對于突發情況不能及時處理；對能源管理系統記錄存儲的數據不能進行分析，找出進步節能措施。 

（3）對建筑能耗的跟蹤監測不完善。綠色建筑的評價不是僅依靠建筑的設計方案，而是要根據建筑在運營期間的具體節能效果來判斷的。目前普遍存在的問題是對于建筑的能耗、節能效果等數據無從查起，不利于節能方案的進一步完善。

（4）目前，能源管理公司建立合同能源管理（CEM）的對象大多還集中在改造項目上，新建工程難以開展的原因之一可能在節能效率的確認上。因此，隨著節能要求的提高，傳統的BAS系統逐漸不能滿足智能建筑的節能要求，對智能建筑的能源進行管理成為建筑節能的必要措施，有實力的BAS系統供應商也紛紛成立能源管理部門，一些專門的能源管理服務公司和能源管理系統公司（主要是空調系統）也發展了起來。

三、能源管理系統在綠色建筑中的應用

在物聯網、云計算等技術的支持下，為滿足綠色建筑的節能要求，建筑能源管理系統應包括智能家電控制、可再生能源利用、建筑能耗監測等組成部分。 

1.智能照明控制系統

智能照明控制系統，可運用自然采光和人工照明的動態調節形式，給建筑帶來節能環保和人性化的工作環境。整個建筑的照明控制系統通過建筑局域網組成一個統一的系統，控制系統通過多級控制進行管理，結合調光/開關控制模塊、智能探測器（光感/動靜）、液晶顯示面板等自動化設備，實現監視控制、就地面板控制、人感探測控制、光感探測控制、場景功能控制和能耗計算的智能化管理。運用智能傳感器控制技術降低能耗，如人體活動探測，自動開關工作區域燈光；實現照度動態探測，與智能遮陽百葉窗系統相協調，通過光感探測器，根據不同的日照情況，不同的房間朝向，實現自然采光與燈光照明自動調節，變普通照明為補光照明，進而實現照明節電。 

2.電梯/扶梯系統

實時監控各部電梯運行狀態，以及供電電源狀態保證電梯安全穩定運行；根據實時的負荷需量，調節電梯/扶梯的工作狀態（啟/停/工頻/變頻），使之與實際負荷需量相匹配，既保證了電梯的正常運行，又節約了能源，減少了不必要的浪費。 

3.智能家電控制部分

通過計算機、無線通信數據傳輸、擴頻電力載波通信技術、計算機智能化信息處理及節能型電器控制等技術組成的分布式無線遙測、遙控、遙信控制系統，來實現對家電的智能化控制，實現按需分配電能，減少能源浪費。

4.智能空調控制系統

為了實現建筑節能的目的，空調控制系統可以對空調運行方式作如下的改進：

（1）溫度-時間延滯法。根據大樓內溫度保持的延滯時間，提前關閉空調主機或鍋爐，達到節能的目的。

（2）調節供水溫度。根據室內外實際溫度調節空調系統的供水溫度，設定合適的供水溫度，減少系統主機的過度運行，實現節能。

（3）經濟運行法。在室外溫度達到13℃時，可直接將室外新風作為回風；在室外溫度達到24℃時，可直接將室外新風送入室內。在這樣的情況下，系統可節約對送回風系統進行處理的能源。

（4）設備的等壽命運行。對樓內冷熱源主機、泵機、風機等設備進行等時間交替運行，延長設備的運行壽命，節省維護費用。

（5）采用變風量（VariableAirVolume，VAV）系統。通過改變送風量的辦法，控制不同房間的溫度，這樣不僅可以減小空調設備的容量，節省設備的投資，更進一步降低了系統的運行能耗，同時也滿足了人們的要求。 

5.數據共享與集成

能源管理系統為用戶提供各子系統一致的操作界面，并按照標準化接口規范與各個子系統建立連接，采用統一的數據格式進行數據交換，能夠迅速適應設備的變化，輕松實現各個子系統的信息共享，并支持遠程訪問和遠程管理，使各個獨立子系統結成了一個整體，不僅實現了信息共享，也使各種跨系統聯動的實現水到渠成。 

四、安科瑞能源管理云平臺

1.平臺架構

2.平臺功能

3.訪問方式

4.硬件選型

五、結束語

能源管理系統在一個開放式平臺上實現了建筑能源在線計量、能源質量監測以及能源自動化控制，并且通過對空調、照明等用能系統的自動化、系統化的調節控制實現綜合節能30%以上的目標，對于綠色建筑降低運行成本，提高能源自動化管理水平具有重要意義。

【參考文獻】

[1]建筑能源管理系統的應用實例——綠地東村4~#地塊[J].胡永壯，丁勇.智能建筑與智慧城市.2016（04）

[2]黃建昌，能源管理系統在綠色建筑中的應用.

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.