某大型博物馆建筑能源管理系统的应用分析

代小娟

（中国国家博物馆）

1 引言

某大型博物馆大楼建筑面积约20万m2，其中展厅数量48个，文物库房近 3万 m2，藏品数量超过139万件，每年接待观众达700多万人次。不同于其他商业型建筑，博物馆建筑集办公、文物储藏、展览及观众参观等多功能于一体，对不同功能区域需要满足不同的温湿度及照明亮度。由于建筑各区域需要设置不同的照明模式，空调系统的运行工况也是复杂多样，特别是文物库房及温湿度需求高的展厅更需要24h不间断运行，使得大楼用能消耗巨大。

为了对大楼能源消耗情况及时跟踪分析，加强能源管理，进一步节约能源，博物馆根据建筑能源分布特点建立能源管理系统，实现了粗放型管理向精细化管理转变。

2 能源管理系统概况及其构架

2.1 大楼能耗概况

博物馆大楼消耗的能源资源种类包括：水、电、热力及燃气，主要供能设施包括变配电室、制冷站、热力站、锅炉房。特殊用能区域包括文物库房、展厅。

在配电方面有一个变配电室，由市政电网提供三路高压进线对博物馆大楼供电。在供水方面有两路总进水，分别为北进水和西进水，其中西进水为备用水源。市政用水均通过这两路以环网形式进入大楼。在供热方面，市政热力管道进入热力站，热力站设有冬季空调系统、夏季空调系统（满足展馆房间的恒温恒湿要求）、低辐射系统、生活水系统及低、高区生活水系统，供暖面积约17万m2。冬季空调系统主要由4台冬季循环泵和3台板式换热器组成；夏季空调系统主要由2台循环泵、1台板式换热器和1台冬夏共用板式换热器组成；低辐射系统主要由两台循环泵及两台板式换热器组成。系统末端形式为风机盘管和空调机组。在供气方面，市政燃气管道进入锅炉房后分别供至一号蒸汽锅炉和二号蒸汽锅炉。

2.2 能源管理系统搭建基础

目前，在电计量上安装了175个电计量监测点，计量涵盖范围包括：制冷站、热力站、消防水泵房、全馆所有客梯、扶梯及两部货梯、文物库房空调、四个贵宾厅等重要区域和设备。在水计量上安装了54个水计量监测点。

在水计量上，北进水和西进水总管道上安装了4个一级计量监测点，通过环网对全馆八个用水分区共安装了8个二级计量监测点。在锅炉房、制冷站、热力站等主要用水设备上共安装了18个三级计量监测点。同时在建筑楼顶安装了5个室外环境监测点。

2.3 能源管理系统构架及设计思想

能源管理系统由数据库服务器、网关、DDC控制器、各种计量监控装置如电表、水表、燃气表、温湿度传感器等设备组成（见图1）。

通过现场勘察建筑用能系统，确定电能、水及燃气的分项,根据仪表终端安装条件，同时为了各项能耗检测及分析管理，能源管理系统按照图2中数据结构进行分类、分区域、分项计量检测,为分析能耗状况，选择节能方案提供依据。

项目自2016年开始实施建立能源管理系统，采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对能源的消耗环节实施集中的动态监控和数字化管理。一共分为三期进行建设，分别为电力系统负荷监控、水资源和燃气计量监控。目前已完成一期建设，并投入使用。

能源管理系统一期是初步建立能源计量体系和电量计量管理系统，为实时在线考核各级用能指标，对能源管理决策提供给技术支撑。能源管理系统不仅可以从各能耗监测子系统获取能耗数据，还可集成第三方系统的能耗数据，并提供手抄能耗数据的录入接口，并提供各种能耗数据分析报表等。

图1 能源管理系统构架图

图2 博物馆能源管理系统数据结构图

3 博物馆能源管理系统实现的功能

3.1 数据采集监测功能

1）建立能源监控平台，配置服务器等硬件设备和能源监控综合管理软件，通过采集测试软件完成能源管理系统的基本功能（数据采集、数据报表等)。例如室外温湿度、水表、电表及燃气表的数据采集等。

2）可以集成第三方系统的能耗数据，并从各耗能监测子系统获取能耗数据。例如实现与楼控平台和供配电平台的资源整合及数据共享。

3）提供手抄能耗数据的录入接口，便于能耗统计分析。例如水费、燃气费及各时间段的电费等数据。

3.2 数据分析功能

1）可以为用户提供监测、报表、统计分析工具帮助发现问题，实现对整个系统范围内的用户用能情况进行持续的监测，对能耗使用情况进行分析、对能耗数据进行挖掘，以表格的形式进行显示，同时可以切换成以棒图、折线等更为直观的形式进行横向和纵向比较。

对制冷站、空调系统、照明系统耗能大户的耗能对比如图3所示，6月到9月份制冷站总耗电量、空调总耗电量、照明系统总耗电量及总用电量的对比分析图。可以看出随着室外温度的升高，总耗电量及制冷站耗电量也逐渐增加，同时制冷站耗电量占总耗电量的50%左右。而照明系统和空调系统耗电量变化比较平稳。

2）可以生成能耗费用、以及CO2当量报表。通过手动录入端口输入电费、水费、燃气费单价等参数，系统自动生成各项能耗费用报表。同时可以设置查询某段时间某个区域的耗能情况，并生成图表便于对比分析。

图3 重要耗电区域与总耗电量对比分析图

3）采用IPMVP规范分析和评估节能效果。利用数学模型、预测和分析方法、政策模拟技术对有关数据进行深入的加工处理，分析预测，并根据设定参数进行在线处理，以提高监控数据的应用水平，为控制决策提供支持，根据能耗趋势进行科学决策和计划用能。

4）报警提示功能。可以选定时间段、耗能区域及能耗项目等来设定对应的能耗目标，并实时或者Email通知用户，能耗超标异常等提示预警。

3.3 最终实现目标

通过搭建能源管理系统的硬件和软件系统，实现对水、电、燃气和热力等能源的可视化管理，完善大楼建筑的能源管理体系。

能源监测平台最终实现能源信息的采集、存储、管理和利用，明析能源消耗情况；建立分散控制和集中管理机制，改善能源消耗方式，促进节能减排；通过智能化管理馆内运行设备，监测能源使用情况，减少故障发生；建立单位能源公示机制，促进考核管理，提高管理效率，降低使用和运行成本；提高系统可靠性，保障供水、供电的连续性，节约能源和改善环境；建立自动化能源数据获取系统，对能源供应进行监测，以便实时掌握能源状况，实现能源自动化调控。

3.4 制冷站运行模式案例分析

能源管理系统可以对制冷站、空调系统的不同控制模式下节能效果给出实时准确的数据支持和决策支持等。例如：博物馆大楼夏季制冷是通过冷机和蓄冰融冰相结合的方式进行。为了进一步节约能源，利用能源管理系统对制冷站在三种不同控制运行模式下每天产生的电量、成本及CO2进行了对比分析（见图4），从而选取一种更节能的运行模式。

通过能源管理系统对制冷站在三种方案下的能耗、成本及CO2对比分析，方案2较好，不仅耗能和CO2在中间，而且成本最低（见表1）。

4 结论与展望

图4 制冷站不同控制模式下电量、成本、CO2对比分析图

表1 三种方案效果分析表

博物馆大楼能源管理系统一期的建立，实现了电力系统负荷的实时采集和存储；并能通过监测分析电力能源消耗情况，改善能源消耗方式，提高工作效率，降低设备使用和运行成本等。下一步将继续完成水资源和燃气的计量监控。能源管理系统的建立，不仅能进一步提高能源的利用率，加强设备运行和能源的管理，降低能源消耗，而且为公共机构节约能源贡献力量。

[1]张蓓红.陈勤平.俞俪.王鑫.能源与环境监测系统在世博园区的实践[J].绿色建筑,2010(3).

[2]杨柏浓.世博会中国馆能源管理系统[J].建筑电气,2011(1).

[3]冯钰洋.大型公共建筑能源管理系统的建立[J].制冷与空调,2012(6).

[4]杨文滨.施展翔.绿色建筑能源监测与管理系统[J].智能建筑与城市信息,2011(4).