能源管理系統與能耗監測的解決方案
來源： 閱讀：1835 更新時間：2012-04-17 05:57
1 概述
能源管理系統是以幫助工業生產企業在擴大生產的同時，合理計劃和利用能源，降低單位產品能源消耗，提高經濟效益為目的信息化管控系統。
通過能源計劃，能源監控，能源統計，能源消費分析，重點能耗設備管理，能源計量設備管理等多種手段，使企業管理者對企業的能源成本比重，發展趨勢有準確的掌握，并將企業的能源消費計劃任務分解到各個生產部門車間，使節能工作責任明確，促進企業健康穩定發展。
能源管理系統的基本管理職能：
●能源系統主設備運行狀態的監視
●能源系統主設備的集中控制、操作、調整和參數的設定
●實現能源系統的綜合平衡、合理分配、優化調度。
●異常、故障和事故處理。
●基礎能源管理。
●能源運行潮流數據的實時短時歸檔、數據庫歸檔和即時查詢。
在我國的能源消耗中，工業與大型公建是我國能源消耗的大戶，能源消耗量占全國能源消耗總量的70%左右，而不同類型工業企業的工藝流程，裝置情況、產品類型、能源管理水平對能源消耗都會產生不同的影響。建設一個全廠級的集中統一的能源管理系統可以完成對能源數據進行在線的采集、計算、分析及處理從而實現對能源物料平衡、調度與優化、能源設備運行與管理等方面發揮著重要的作用。
能源管理系統（簡稱EMS）是企業信息化系統的一個重要組成部分，因此在企業信息化系統的架構中，把能源管理作為MES系統中的一個基本應用構件，作為大型企業自動化和信息化的重要組成部分，安科瑞（Acrel）公司的Acrel-5000產品以實時數據庫系統為核心可以從數據采集、聯網、能源數據海量存儲、統計分析、查詢等提供一個EMS的整體解決方案，達到公司調度管理人員在能源管控中心實時對系統的動態平衡進行直接控制和調整，達到節能降耗的目的。
2 系統軟件
Acrel-5000能耗監測系統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的實時數據采集、開關狀態監測及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測、控制設備構成任意復雜的監控系統。該系統主要采用分層分布式計算機網絡結構，一般分為三層：站控管理層、網絡通訊層和現場設備層，如圖1所示。
圖1 系統結構圖
1）站控管理層
站控管理層針對能耗監測系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的最上層部分。主要由系統軟件和必要的硬件設備，如工業級計算機、打印機、UPS 電源等組成。監測系統軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現場各類數據信息計算、分析與處理，并以圖形、數顯、聲音等方式反映現場的運行狀況。
監控主機：用于數據采集、處理和數據轉發。為系統內或外部提供數據接口，進行
系統管理、維護和分析工作。
打印機：系統召喚打印或自動打印圖形、報表等。
模擬屏：系統通過通訊方式與智能模擬屏進行數據交換，形象顯示整個系統運行狀況。
UPS：保證計算機監測系統的正常供電，在整個系統發生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。
2）網絡通訊層
通訊層主要是由通訊管理機、以太網設備及總線網絡組成。該層是數據信息交換的橋梁，負責對現場設備回送的數據信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉達上位機對現場設備的各種控制命令。
通訊管理機：是系統數據處理和智能通訊管理中心。它具備了數據采集與處理、通訊控制器、前置機等功能。
以太網設備：包括工業級以太網交換機。
通訊介質：系統主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無線通訊等。
3）現場設備層
現場設備層是數據采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現場總線連接的分布式I/O控制器構成數據采集終端，向數據中心上傳存儲的建筑能耗數據。測量儀表擔負著最基層的數據采集任務，其監測的能耗數據必須完整、準確并實時傳送至數據中心。
3 能源管理系統與能耗監測系統的功能
3.1能源管理功能
3.1.1數據的采集和存儲
數據的采集和存儲是整個系統的基礎，沒有大量的數據就無法進行有效的分析，沒有有效的分析就無法得到正確的能源管理措施。數據可通過建筑設備管理系統（BAS系統）采集。
數據內容主要包括：建筑物環境參數、設備運行狀態參數、各設備能耗數據等。獲取的參數越多、運行的周期越長，越容易得到準確的結論。但若參數過多，又會造成建設成本的大量增加，因此可根據各建筑物的具體情況把數據分為：系統運行所必須的基礎數據和輔助數據（可選數據），在管理效果和建設成本間取得平衡。
3.1.2建筑物參照模型和能耗計算
按照世界能源委員1979年提出的“節能”定義：采取技術上可行、經濟上合理、環境和社會可接受的一切措施，來提高能源資源的利用效率。即盡可能地減少能源消耗量，生產出與原來同樣數量、同樣質量的產品；或者是以原來同樣數量的能源消耗量，生產出比原來數量更多或數量相等質量更好的產品。以此延伸開來，建筑物的節能可以定義為：在基本不影響建筑物功能和舒適性的前提下，盡量減少能耗。所以，判斷一個建筑物節能與否，節能多少需要有個參照物，通過和參照物比較才能得出結論。對于改造的建筑，通常可以用同一氣候條件下的歷史能耗數據作為參照。而新建建筑則相對比較復雜，日前在實際工程中常見下列幾種方式：
類比法：以類型、規模、功能相仿的建筑的能耗作為參照。主要適用于連鎖酒店、連鎖超市、連鎖商場等建筑條件相仿，管理模式相同的同一集團或管理公司旗下的建筑物。
測試法：在建筑物正常運行后，分別在各氣候條件下測試采取能耗管理措施和未采取措施的日能耗數量。通常可以在夏、冬兩季各選擇數天，采取隔日測試法，即第一天，測試采取能源管理措施日能耗量；第二天，關閉能源管理軟件測試日能耗量；以此類推。這種方式缺陷是測試的時間跨度偏長。
計算法：通過為建筑建立模型，設定參數，模擬計算出該建筑物的能耗。這種方式優點很明顯，通過模型能對建筑物的各設備能耗全面計算，為能耗管理提供方向性指導。但采用不同的軟件計算出的能耗值有差距，目前對計算出的能耗值的準確性和權威性均存在爭議，計算結果能否作為節能合同內的節能率計算依據是主要的分歧點。
3.1.3能耗數據分析
通過對建筑的能耗數據統計、分析，結合模型建筑物能耗對比，確定建筑物能耗對比，確定建筑物的能耗狀況和設備能耗效率，從而提供建筑物能源管理優化措施。能耗數據分析模塊是能耗管理軟件的精髓所在，目前市場上各家軟件的算法不盡相同，其效果還需市場驗證。然而，以模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的計算機智能控制技術的發展將極大推動能源管理水平。
3.1.4能源控制和管理
建筑物的節能措施主要通過建筑設備管理系統（BAS系統）來執行。能源管理平臺和BAS系統的完美結合，是能源控制和管理措施實現的保障。目前，能源管理和BAS還分屬不同智能化系統，兩系統的相互融合應該是智能化系統發展的方向。
3.1.5能源管理報表
用表格和圖片的形式體現建筑物的能源使用情況、設備能耗、設備運行效率、能耗歷史曲線等，以適應不同人群的需求。系統一般應能提供WEB服務，獲得授權許可的遠程用戶能通過瀏覽器了解建筑物的能源使用狀況。
3.2能耗分析軟件功能
Acrel-5000建筑能耗分析管理系統的能耗數據采集方式包括人工采集方式和自動采集方式。通過人工采集方式采集的數據包括建筑基本情況數據采集指標和其它不能通過自動方式采集的能耗數據，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤氣等能耗量。通過自動采集方式采集的數據包括建筑分項能耗數據和分類能耗數據，由自動計量裝置實時采集，通過自動傳輸方式實時傳輸至數據中心。
3.2.1大型公建或樓宇建筑的信息管理
系統提供標準的手工信息錄入界面，可對各棟監控建筑的基本信息進行整理和錄入，并支持手工錄入歷史能耗數據的功能。
Acrel-5000建筑能耗分析管理系統的數據庫建立也完全依據114號文，根據建筑的使用功能和用能特點，將國家機關辦公建筑和大型公共建筑分為如下8類：
1、辦公建筑 2、商場建筑
3、賓館飯店建筑 4、文化教育建筑
5、醫療衛生建筑 6、體育建筑
7、綜合建筑 8、其它建筑
3.2.2能耗數據的實時監測
系統采集站定時采集各監控點的儀表參數并上傳至本地建筑能耗分析管理系統數據庫，用戶可于當地實時查詢能耗監測情況。
3.2.3建筑分類能耗分析
系統在完成數據處理與上傳的同時，將建筑能耗進行分類分析，該部分功能符合114號文的定義，即將建筑能耗分類為如下六類：
1、耗電量
2、耗水量
3、耗氣量（天然氣量或者煤氣量）
4、集中供熱耗熱量
5、集中供冷耗冷量
6、其他能源應用量（如集中熱水供應量、煤、油、可再生能源等）
3.2.4電量分項能耗分析
照明插座用電：為建筑物主要功能區域的照明、插座等室內設備用電。主要包括照明和插座用電、走廊和應急照明用電、室外景觀照明用電。
空調用電：主要包括冷熱站用電、空調末端用電。
動力用電：主要包括電梯用電、水泵用電、通風機用電。
特殊用電：主要包括信息中心、洗衣房、廚房餐廳、游泳池、健身房或者其他特殊用電。
建筑總能耗為建筑各分類能耗（除水耗量外）所折算的標準煤量之和。
總用電量＝∑各變壓器總表直接計量值
分類能耗量＝∑各分類能耗計量表的直接計量值
分項用電量＝∑各分項用電計量表的直接計量值
單位建筑面積用電量＝總用電量/總建筑面積
單位空調面積用電量＝總用電量/總空調面積
3.2.5用能情況的同、環比分析
統計建筑或片區能耗的時用量、日用量和年用量，以曲線圖、柱狀圖等不同方式顯示，支持報表輸出。
3.2.6建筑節能輔助診斷
系統可提取各能耗數據進行同、環對比分析，確立標桿值并對各監控點的能耗情況進行能耗水平判定，對能耗改善提出一套完整的診斷流程，并給出能耗分析報告。
4 結束語
隨著國家發展節能減排工作力度的加大，Acrel-5000建筑能耗管理系統利用現代測控技術、數據處理與通訊技術，基于完善的能耗監測管理手段，采用分散控制器和交流采樣技術，憑借功能強大的大流量高可靠性通訊網絡，為工業民用建筑、生產企業和大型基礎設施等的能源設施的全時動態的能源管理控制提供全面專業的解決方案,達到對用戶能耗設施能耗細節和能耗過程的完全掌握。
參考文獻：
[1]安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2010.08版.
[2]南京長江都市建筑設計股份有限公司產品手冊.
