研华BEMS楼宇能源管理系统方案

基于Web的研华BEMS楼宇能源管理系统方案1引言建筑能耗在总能耗中的比例，反映了一个国家或地区的经济发展水平和生活质量。目前主要发达国家的建筑能耗均已占社会总能耗的1/3左右。我国建筑能耗比例虽然不及发达国家，但由于建筑市场的飞速发展，建筑能耗占总能耗比例逐年上升。资料显示，未来几年内写字楼、公寓、饭店、会展中心等大型公共建筑会大幅度增加，在2020年前我国将新增约10亿m2大型公共建筑。而我国约90%以上的大型公共建筑是典型的耗（电）能大户，在能源需求日趋紧张的情况下，采用多种手段实现建筑节能是必然的选择。如何进行建筑能耗量化管理以及效果评估，降低建筑运行过程中所消耗的能量，包括空调、照明、采暖、电梯以及办公设备等的能耗，从而降低运行成本，成为大楼业主最为关注的问题。要想降低能源消耗就必须采取有效的方式管理能源。对于一栋现代化的大楼而言，在没有安装BEMS的时候，由于很难了解大楼内空调、照明等耗能设备的运行情况，统计显示有35%~50%的能源因此而浪费。另一方面，工业和商业用电付费时有一个参数是要加以考虑的：契约用电容量。耗能设备全部运行时会产生很强的用电需求，一个月中哪怕只有15~20分钟的用电负荷超出契约容量，全月的基本电费仍基于最高负荷收费。统计显示这些额外的费用通常占企业用电帐单的25%[2]。BEMS就是将建筑物或者建筑群内的变配电、照明、电梯、空调、供热、给排水等能源使用状况，实行集中监视、管理和分散控制的管理与控制系统，是实现建筑能耗在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。它由各计量装置、数据采集器和能耗数据管理软件系统组成。BEMS通过实时的在线监控和分析管理实现以下效果：1）对设备能耗情况进行监视，提高整体管理水平；2）找出低效率运转的设备；3）找出能源消耗异常；4）降低峰值用电水平。BEMS的最终目的是降低能源消耗，节省费用。2标准在进行BEMS产品设计和节能项目技术方案设计时，参考了目前国际上和国内现行的一些能源管理系统方面的相关标准，尤其在BEMS数据远传接口中符合了国家现行的相关标准规范的规定。2.1国际标准1）IEEEStd739-1995,《IEEERecommendedPracticeforEnergyManagementinIndustrialandCommercialFacilities》由美国电气电子工程师学会颁布，给出了工业和商业企业系统中各系统和设备能量消耗监控和管理的指导性建议。如何做能源审计，以考察各设备有无能源浪费现象。对于照明系统、空调系统、电机、空压机等系统分别给出了能效判断和提高能效的方法。2）《IPMVP国际节能效果测量和认证规程》由国际节能效果测量和认证规程委员会颁布，MVP为确认能效、节水和可再生能源项目实施效果提供了现有最佳技术的总体情况。2.2国内标准为能耗统计、能源审计、能效公示、用能定额和超定额加价等制度的建立准备条件，促使办公建筑和大型公共建筑提高节能运行管理水平，住房和城乡建设部在2008年6月正式颁布了一套国家机关办公建筑及大型公共建筑能耗监测系统技术导则，共包括5个导则（以下统称《导则》）：《分项能耗数据采集技术导则》；《分项能耗数据传输技术导则》；《楼宇分项计量设计安装技术导则》；《数据中心建设与维护技术导则》；《系统建设、验收与运行管理规范》。在进行产品设计时，主要参考了《分项能耗数据采集技术导则》、《分项能耗数据传输技术导则》和《楼宇分项计量设计安装技术导则》。《分项能耗数据采集技术导则》规定了统一的能耗数据分类、分项方法及编码规则，为实现分项能耗数据的实时采集、准确传输、科学处理、有效储存提供支持。《分项能耗数据传输技术导则》规定了能耗监测系统中能耗计量装置、数据采集器和各级数据中心之间的能耗数据传输过程和格式。《楼宇分项计量设计安装技术导则》统一了楼宇分项计量和冷热量计量的方法。根据建筑的使用功能和用能特点，《导则》将国家机关办公建筑和大型公共建筑分为8类：1）办公建筑；2）商场建筑；3）宾馆饭店建筑；4）文化教育建筑；5）医疗卫生建筑；6）体育建筑；7）综合建筑；8）其它建筑（指除上述7种建筑类型外的建筑）。对于每一类建筑，需要采集的数据指标分为建筑基本情况数据和能耗数据采集指标大两类。建筑基本情况数据包括建筑名称、建筑地址、建设年代、建筑层数、建筑功能、建筑总面积、空调面积、采暖面积、建筑空调系统形式等表征建筑规模、建筑功能、建筑用能特点的参数。能耗数据采集指标包括各分类能耗和分项能耗的逐时、逐日、逐月和逐年数据，以及各类相关能耗指标。各分类能耗、分项能耗以及相关能耗指标的具体内容见下表。分类能耗电量水耗量燃气量(天然气量或煤气量)集中供热耗热量集中供冷耗冷量分项能耗（将分类能耗中电量分项，其他不分）照明插座用电（照明和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电）空调用电（冷热站用电、空调末端用电）动力用电（电梯用电、水泵用电、通风机用电）特殊用电（信息中心、厨房餐厅等其他特殊用电）能耗指标建筑总能耗（折算标准煤量）总用电量分类能耗量分项用电量单位建筑面积用电量单位空调面积用电量单位建筑面积分类能耗量单位空调面积分类能耗量单位建筑面积分项用电量单位空调面积分项用电量《导则》中规定了能耗数据图表展示方式应直观反映和对比各项采集数据和统计数据的数值、趋势和分布情况，并给出了多种数据图表展示方式的建议，比如饼图、柱状图、线图、区域图、分布图、混合图、甘特图、仪表盘或动画等。为保证能耗数据可进行计算机或人工识别和处理，保证数据得到有效的管理和支持高效率的查询服务，实现数据组织、存储及交换的一致性，《导则》制定了能耗数据远传的编码规则，并详细制定了代码结构。3研华楼宇能源管理系统研华楼宇能源管理系统BEMS的设计开发基于第二节中所阐述的国际国内标准。研华BEMS由硬件设备和软件系统组成。硬件设备中计量表和采集器的选型可参照《导则》中的规定，用于对用电设备的数据采集和存储分析。软件系统基于WebAccess组态软件开发，继承了WebAccess可组态、可远程维护等一系列的优点。能耗监测与管理系统采集、监视、管理和控制楼宇中的各种分类和分项能耗数据，提供丰富的数据图表和报表展示方式以及数据统计分析功能，帮助用户随时随地的掌握能源消耗情况，并找出能源使用异常、建立能源削减计划。能耗监测与管理子系统嵌在WebAccess的工程节点和监控节点，能耗数据由WebAccess监控节点采集，工程节点可配置能源管理工程，存储、统计、分析能耗数据，并提供Web服务进行数据图表展示。需要特别指出的是，由于BEMS可组态的优点使得BEMS的应用范围不仅仅局限于楼宇行业。对于工业企业用电，比如钢铁、石油化工等企业，通过用户的灵活组态，同样可以实现这些企业的能源管理。研华BEMS能源管理系统帮助用户实现以下需求：1）建立实时能耗数据采集系统实时能耗数据采集系统包括各计量装置、数据采集器和数据采集软件。实时数据保存到能源管理系统的能耗数据库中，各级管理人员在自己的办公室里就可以利用浏览器访问能源管理系统，根据权限浏览全部或部分相关能源计量信息。2）建立能耗数据统计与分析系统能耗数据统计与分析功能提供各分类分项能耗数据的逐时、逐日、逐月、逐年的统计图表和文本报表，以及各类相关能耗指标的图表，各级管理人员可以对能源的班用量、日用量、月用量进行比对，分析能源使用过程中的漏洞和不合理情况，调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费，达到节能降耗之目的。3）建立能源使用计划根据目前的能源使用情况，做出能源使用计划。根据能源使用需求，制订能源采购、生产、供应计划，做到生产有目的，使用有计划，在能源方面保障生产平稳且能源使用合理、节俭，避免浪费现象发生。4）建立能源折标系统对于不同种类能源的使用情况，必须折合成标准单位才能进行比较和综合，建立能源折标系统，以便能对不同的能源进行合并比较。3.1能耗监测与管理系统能耗监测与管理子系统由各计量装置、数据采集器、管理系统（Web服务器）组成，它帮助用户建立实时能耗数据采集系统、能耗数据统计与分析系统、能源使用计划和能源折标系统。3.1.1系统架构下图给出了能耗监测与管理子系统的系统架构图。系统采用三层的分布式结构。各种计量装置用来度量各种分类分项能耗，包括电能表（含单相电能表、三相电能表、多功能电能表）、水表、燃气表、热（冷）量表等。计量装置具有数据远传功能，通过现场总线与数据采集器连接，可以采用多种通讯协议（如MODBUS标准开放协议）将数据输出。WebAccess的监控节点为能耗监测与管理子系统的数据采集器。管理系统设在WebAccess的工程节点，数据采集器通过以太网将数据传至管理系统的数据库中。用户在WebAccess的工程节点可以对能源管理工程进行组态和浏览能耗数据。管理系统的通讯接口可以将能耗数据按照《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据传输技术导则》远传至上层的数据中转站或省部级数据中心。3.1.2数据的组织方式能耗监测与管理子系统提供灵活的组态功能，用户可以根据实际需要配置能源管理工程。能源管理工程下可包含多个能源管理组，能源管理组包含多个能源管理成员，也可包含能源管理组。以某大楼为例，配置好的能源管理组表示了该大楼的各分类和分项能耗。工程名称组名称组名称组名称组名称组名称成员名称成员名称组名称某大楼总用电量照明插座用电空调用电动力用电冷热站用电冷水机组冷却泵空调末端用电3.1.3系统功能1）能耗报告（EnergyProfile）各能源管理组逐时、逐日、逐月、逐年能耗值报告，帮助用户掌握自己的能源消耗情况，找出能源消耗异常值。单位面积能耗（EUI）等多种相关能耗指标报告为能耗统计、能源审计提供数据支持。温度、湿度参考功能帮助分析能耗数据与环境数据的相关性。2）能耗排名（EnergyRanking）不同时间范围下能源管理组的能耗值排序，帮助找出能效最低和最高的设备单位。3）能耗比较（EnergyComparison）不同时间范围内能源管理组能耗值的比较。4）日平均报告（AverageDailyProfile）任何一天每15分钟平均能耗需求的报告。帮助用户了解自己的能耗模式并找出超出预期的峰值需求，为与电力公司签订合同时提供参考。5）偏差分析（DeviationReport）任何一天不同时段能耗值与管理设定值的偏差表示。红色偏差值表示实际能耗值超出了能耗使用计划值，指出能源消耗的增加倾向。6）最大值/最小值分析（Max/MinValueAnalysis）不同时间范围内能耗值的最大值/最小值分析。可以分析各系统和设备能源消耗与时间的相关关系。7）一次能源折算（PrimaryEnergyProfile）将企业能耗值折算为热量(MJ)、标准煤以及原油、原煤等一次能源消耗量和相对的CO2释放量。8）成本报告（CostProfile）各能源管理组逐日、逐月、逐年能耗费用报告。根据能量表的数据和费率结构计算能耗费用，帮助管理能源成本。用户可以设定能耗成本基准，根据与实际成本偏差去设定预算，有助于减少能源采购中的风险。9）成本排名（CostRanking）不同时间范围下能源管理组的成本值排序。帮助找出能源消费最低和最高的设备单位。10）统计报表（StatisticalReport）分类和分项能耗数据的年/月/日统计报表。让用户对企业能源消耗情况一目了然，并能帮助用户合理分配能源使用结构。3.1.4数据采集器数据采集器采用研华提供的智能数据采集终端，具有如下特点：无风扇冷却系统，永不当机铝镁外壳超薄设计，前面板符合NEMA4/IP65标准预装嵌入式操作系统，支持远程界面维护预装嵌入式数据采集软件与XML数据通讯软件自动数据采集和存储，自动上传数据到数据中心数据库符合数据采集器的相关软硬件标准规格：CPU：Celeron-M1GHz，集成256/512MBDDR（默认256MBDDR）电池备份RAM：512KBRAMVGA/键盘/鼠标：DB-15VGA接口，PS/2键盘和鼠标串口：2＊RS-232和2