大型公共建筑能耗监控系统信息化管理技术研究

2020-01-06 06:26洪海明

设备管理与维修 2019年21期

闻欣，洪海明，张拓，杭琳

（1.中国电信股份有限公司上海分公司西区电信局，上海 200050；2.上海市静安区建设和管理委员会，上海 200070）

0 引言

随着我国经济的快速发展，资源对经济发展的制约作用日益突出。目前建筑能耗在社会商品能源总消费量的占比持续增加，由此导致的能源短缺问题将更加突出[1]。国内，根据建筑所服务的主体不同，将其能耗划分为农村建筑能耗、城镇居住建筑能耗、以及公共建筑能耗三类，其中，公共建筑能耗占比最大，约为40%[2]。若能实时监测各类建筑能耗，并加以调控，进而优化管理制度和节能措施，切实有效地降低能耗，这对营造绿色节能环境会有很大的帮助。

1 大型公共建筑能耗监控系统概述

大型公共建筑，在国内通常是指单个建筑物面积2 万平方米以上的，国家机关、社会团体、企事业单位等从事各类活动的建筑物[3-4]。按用途，可大致划分为酒店商场类、办公类、医疗卫生类、学校类、公益文化类、交通类、旅游综合类、以及其他类建筑。这些类型的建筑，通常地方十分宽大，人员密集成度高，流动人员数量巨大，室内环境要求高、用能设备多，并且存在工作期间用电设备全打开，下班可能无人关闭现象，导致巨大的能源浪费，成为节能减排的重点关注对象。

建筑能耗监测系统是指在建筑物中，安装分类和分项能耗计量装置，并通过网络传输技术，及时将能耗数据采集汇总到信息处理设备，实现在线监测和动态分析建筑能耗的硬软件系统的统称[5]。它由楼宇自动化系统进一步演化而来，可综合监测建筑物整体的能耗设备、并自动控制和优化管理，以实现高效节能；同时采用以智能建筑为核心的节能技术，联网对电力、空调、照明等设备实现一体化管理[6-7]。以医疗建筑能源管理系统为例，一般采用分布式分层架构，主要包括决策层、管理层、操作层（图1）。

图1 能源管理系统框架

整个系统的基本运行过程是这样。在操作层，终端采集仪表自动采集能耗数据，通过网络上报给管理层；到了管理层，能源管理专家通过数据分析与现场分析，将处理好的数据再提交给决策层；决策层有能源优化中心，通过相关优化方法得到相应的节能方案后，把方案反馈给能源管理专家；最后依据方案生成优化指令，通过各类设备控制器对操作层的空调、电梯、照明、安防等设备系统进行控制。

能源管理系统是综合性系统，涵盖面很广，可看作一种物联网系统、一种数据处理分析系统、一种智慧决策系统、一种智能控制系统，其最终目的就是集成物联网、数据处理分析、智慧决策及智能控制等技术，构建系统平台，实现目标对象能源消耗的节约与改善。对于绿色建筑，它是以其内部各用能设施基本运行为基础条件，依据各类机电设备运行中所采集的反映其能源传输、变换与消耗的特征，采用能效控制策略实现能源最大优化。上例医疗建筑中，通过信息化管控系统，帮助医疗行业合理计划和利用能源，向大型的集约化发展，降低医疗行业的能源消耗，提高管理水平和经济效益[6]。

2 信息化管理手段

目前，信息化技术已经成为管理创新的最主要手段，从生产力发展的角度来看，信息化可以理解为：培养和发展基于信息技术的、局部或全过程智慧化的生产与服务，并造福于社会，这也代表了新型生产力成长的历史过程。信息化管理模式本质上是：运用信息技术，在合适的时间点，将适当的信息发布到对应的、正确的人员和智能设备中去处理，极大地提高整个组织的运作效率，更好地保障组织的信息安全性；在远远超越人工信息存储和处理能力的基础上，涌现出高效的辅助决策能力，很好地支持了组织的科学决策[8]。

节能信息化是信息化管理模式发展的一个重要趋势，它将信息系统以及信息化技术应用于节能领域，使节能工作的开展更加方便快捷。节能信息化是从管理机制上提高节能工作的工作效率，从而带动整个社会节能工作的开展。利用信息技术提高节能减排的管理水平和技术水平，包括优化工艺和运转流程、改造传统设备，创新企业管理模式及技术手段，从而推动节能减排工作，实现节能降耗目标。因此，信息化推动节能降耗已经成为我国转变发展方式的必然选择。

3 新建公共建筑能耗监控系统信息化管理技术

上海市某综合医院新楼扩建工程，位于陆家嘴金融贸易区内，项目总投资80 660 万元，项目改扩建内容包括三部分：新建一幢综合楼、新建医生池、改造原有建筑。其中，新建综合楼包括一幢高层塔楼和其附属的向南延展的裙房，塔楼地上24层总高100 m，裙房地上8 层，地下统一设2 层地下室，总建筑面积85 991 m2（地上61 314 m2，地下24 677 m2）；新建综合楼设置急救中心、急诊、门诊、医技和病房，最大病床数400张，日门诊量800 人，服务于重大保障和高端医疗。新建医生池面积约9321 m2，增加雨棚489 m2；改造原医院主体建筑63 131 m2，主要为立面改造、部分内部功能调整以及拆除部分裙房和地下室，拆除面积约9763 m2，改造后总建筑面积63 178 m2。通过改建医院总建筑面积达到149 169 m2，总床位数达到1200张，地下停车位达到500 个。

项目集成了BIM、多媒体视频、BA 等先进的信息技术，将建设阶段的BIM 模型等信息充分运用到运维阶段，融合了建筑静态和动态信息，通过决策层、管理层、操作层的设置，构建了完整的能源管理系统，实现了医疗建筑在机电能耗管理、房间荷载、防火分区划分、室内环境监测甚至就诊人数统计、医疗设备负荷等方面的可视化反映，取得了良好的应用效果。图2 为基于能源管理系统的医院智慧运维平台界面。

图2 医院智慧运维平台界面

能源管理系统在医院节水管理中的价值主要体现在，合理配置、持续优化和管控设定与执行。各种水资源可以进行综合利用，系统可帮助合理配置供水和排水，设定管控规则，提供管控手段，并随运用变化不断完善，如提高系统安全性、采用先进节水器具、提醒消费量异常等。利用能耗管理系统可以定期开展水平衡分析，掌握各楼宇、各环节的用水规律，通过综合分析各一、二级用水表用水量、水压特点，可寻找水压不平稳或用水量突然变化原因，及时发现阀门或管线的问题点并加以解决，使医院用水更加平稳，避免出现院区主管线长时间漏水现象，有效节水。

能源管理系统不仅可以对整栋建筑的用电进行统计，也可针对不同的科室不同的区域进行实时数据分析，以达到精细化管理的目的。以医院门诊楼层间照明为例，通过能源管理系统分析层间照明用电量实时数据，发现门诊楼各层集中控制照明采取的控制方式比较单一，公共区域设计时没有充分考虑利用自然光，通过合理调整集中照明控制方案，在满足GB 50034—2013《建筑照明设计标准》中对于医院不同环境照度要求的前提下，使该层照明用电量明显下降。通过此种方式进行管理节能，整个院区的节能效果显著。

通过能源管理系统的实时监测数据以及对医院各个区域进行走访发现，有部分区域的空调系统是集中控制，也有部分区域的空调系统是非集中控制的。有集中控制的多联机系统能够对室内温度进行统一设定，并进行严格管理，有效避免了人为管理的错、漏、忘，如空调温度设定过高或过低、下班忘记关闭等。对于空调系统，集中控制是降低能耗的一个有效措施。

另外，通过能源管理系统对空调系统的各种设备进行有效监控，定期进行维护保养，也是降低空调能耗的有效手段。

此外，利用能源管理系统对空调系统的实时监控，对制冷机房可以根据室内外温湿度参数及空调负荷情况，调整制冷机出水温度，同时灵活调整制冷机和循环水泵的运行，设备不运行时及时关闭循环水阀门，避免水流旁通，以及通过楼控系统对新风机组进行时间启停控制等都是空调系统节电的有效办法。

4 已有公共建筑节能改造的能耗监控系统信息化管理技术

根据2012 年5 月上海市人民政府印发的＜沪府发〔2012〕49 号＞文件精神，除了新建的国家机关办公建筑、大型公共建筑，已有的国家机关办公建筑、大型公共建筑若要实施节能改造，需同时安装上用能分项计量装置，并与上海市能耗监测系统联网。安装完成后组织专项验收，验收不合格的，不接受竣工验收备案。

4.1 项目概况

宏安瑞士大酒店位于上海市静安区愚园路1 号，隶属于静安寺街道，是一栋旅游饭店建筑。该建筑业主单位为上海静安城建配套发展有限公司，物业管理单位为瑞士酒店度假村管理集团。大厦地上26 层，地下3 层，建筑高度99.1 m，总建筑面积53 909 m2，其中地上40 889 m2，地下13 020 m2。

4.2 设计步骤及流程

某建筑能耗监控系统改造的设计步骤及流程：启动准备→进场沟通→现场排摸→排摸报告及方案→项目验收。

（1）启动准备：①建筑基本信息资料收集；②原分项计量系统资料收集（设计，施工，竣工备案资料等)；③制定工作流程计划。

（2）进场沟通。与楼宇业主及物业进行进场前沟通，主题内容有项目目标、工作内容、工作流程、关键时间节点、需配合内容、安全文明注意事项等。

（3）现场排摸。即对楼宇开展现场调研，对建筑的基础信息、分项计量系统的基础信息、设备硬件情况、系统运行情况、数据质量等全面掌握。

（4）排摸报告及方案编写。基于排摸结果编写排摸报告和修复方案。

4.3 原分项计量系统情况

宏安瑞士大酒店配电系统共有1 台变压器，分布于1 个低配间中，配电间及变压器分布如下：低压配电出线回路共计83个，其中已计量回路46 个，均采自原有智能电表，原分项计量系统均采用485 通信线接入1 台数据采集器，并分别通过网络上传原闸北区平台（图3）。现场原分项计量未安装电表，且原有甲方电表已经老旧，根据现行标准需新增在上海市节能备案产品清单中的电表共计49 块（图4）。

宏安瑞士大酒店原分项计量系统对B2 层的1 个配电间的部分回路安装了电表，共计量回路46 个，计量回路清单见表1。