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1 概述
能源管理系統(tǒng)是以幫助工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在擴(kuò)大生產(chǎn)的同時，合理計劃和利用能源，降低單位產(chǎn)品能源消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益為目的信息化管控系統(tǒng)。
通過能源計劃，能源監(jiān)控，能源統(tǒng)計，能源消費(fèi)分析，重點(diǎn)能耗設(shè)備管理，能源計量設(shè)備管理等多種手段，使企業(yè)管理者對企業(yè)的能源成本比重，發(fā)展趨勢有準(zhǔn)確的掌握，并將企業(yè)的能源消費(fèi)計劃任務(wù)分解到各個生產(chǎn)部門車間，使節(jié)能工作責(zé)任明確，促進(jìn)企業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。
能源管理系統(tǒng)的基本管理職能：
●能源系統(tǒng)主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視
●能源系統(tǒng)主設(shè)備的集中控制、操作、調(diào)整和參數(shù)的設(shè)定
●實現(xiàn)能源系統(tǒng)的綜合平衡、合理分配、優(yōu)化調(diào)度。
●異常、故障和事故處理。
●基礎(chǔ)能源管理。
●能源運(yùn)行潮流數(shù)據(jù)的實時短時歸檔、數(shù)據(jù)庫歸檔和即時查詢。
在我國的能源消耗中，工業(yè)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(yè)企業(yè)的工藝流程，裝置情況、產(chǎn)品類型、能源管理水平對能源消耗都會產(chǎn)生不同的影響。建設(shè)一個全廠級的集中統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)可以完成對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行在線的采集、計算、分析及處理從而實現(xiàn)對能源物料平衡、調(diào)度與優(yōu)化、能源設(shè)備運(yùn)行與管理等方面發(fā)揮著重要的作用。
能源管理系統(tǒng)（簡稱EMS）是企業(yè)信息化系統(tǒng)的一個重要組成部分，因此在企業(yè)信息化系統(tǒng)的架構(gòu)中，把能源管理作為MES系統(tǒng)中的一個基本應(yīng)用構(gòu)件，作為大型企業(yè)自動化和信息化的重要組成部分，安科瑞（Acrel）公司的Acrel-5000產(chǎn)品以實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為核心可以從數(shù)據(jù)采集、聯(lián)網(wǎng)、能源數(shù)據(jù)海量存儲、統(tǒng)計分析、查詢等提供一個EMS的整體解決方案，達(dá)到公司調(diào)度管理人員在能源管控中心實時對系統(tǒng)的動態(tài)平衡進(jìn)行直接控制和調(diào)整，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
2 系統(tǒng)軟件
Acrel-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)以計算機(jī)、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，它可以和檢測、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層，如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
1）站控管理層
站控管理層針對能耗監(jiān)測系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級計算機(jī)、打印機(jī)、UPS 電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運(yùn)行狀況。
監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行
系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。
打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動打印圖形、報表等。
模擬屏：系統(tǒng)通過通訊方式與智能模擬屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，形象顯示整個系統(tǒng)運(yùn)行狀況。
UPS：保證計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。
2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
通訊層主要是由通訊管理機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。
通訊管理機(jī)：是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和智能通訊管理中心。它具備了數(shù)據(jù)采集與處理、通訊控制器、前置機(jī)等功能。
以太網(wǎng)設(shè)備：包括工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)。
通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無線通訊等。
3）現(xiàn)場設(shè)備層
現(xiàn)場設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳存儲的建筑能耗數(shù)據(jù)。測量儀表擔(dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實時傳送至數(shù)據(jù)中心。
3 能源管理系統(tǒng)與能耗監(jiān)測系統(tǒng)的功能
3.1能源管理功能
3.1.1數(shù)據(jù)的采集和存儲
數(shù)據(jù)的采集和存儲是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒有大量的數(shù)據(jù)就無法進(jìn)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(shù)據(jù)可通過建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）采集。
數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括：建筑物環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、各設(shè)備能耗數(shù)據(jù)等。獲取的參數(shù)越多、運(yùn)行的周期越長，越容易得到準(zhǔn)確的結(jié)論。但若參數(shù)過多，又會造成建設(shè)成本的大量增加，因此可根據(jù)各建筑物的具體情況把數(shù)據(jù)分為：系統(tǒng)運(yùn)行所必須的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)（可選數(shù)據(jù)），在管理效果和建設(shè)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(jié)能”定義：采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、環(huán)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(chǎn)出與原來同樣數(shù)量、同樣質(zhì)量的產(chǎn)品；或者是以原來同樣數(shù)量的能源消耗量，生產(chǎn)出比原來數(shù)量更多或數(shù)量相等質(zhì)量更好的產(chǎn)品。以此延伸開來，建筑物的節(jié)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(jié)能與否，節(jié)能多少需要有個參照物，通過和參照物比較才能得出結(jié)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(shù)據(jù)作為參照。而新建建筑則相對比較復(fù)雜，日前在實際工程中常見下列幾種方式：
類比法：以類型、規(guī)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(tuán)或管理公司旗下的建筑物。
測試法：在建筑物正常運(yùn)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(shù)量。通常可以在夏、冬兩季各選擇數(shù)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(guān)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(shè)定參數(shù)，模擬計算出該建筑物的能耗。這種方式優(yōu)點(diǎn)很明顯，通過模型能對建筑物的各設(shè)備能耗全面計算，為能耗管理提供方向性指導(dǎo)。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(zhǔn)確性和權(quán)威性均存在爭議，計算結(jié)果能否作為節(jié)能合同內(nèi)的節(jié)能率計算依據(jù)是主要的分歧點(diǎn)。
3.1.3能耗數(shù)據(jù)分析
通過對建筑的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析，結(jié)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(shè)備能耗效率，從而提供建筑物能源管理優(yōu)化措施。能耗數(shù)據(jù)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(chǔ)的計算機(jī)智能控制技術(shù)的發(fā)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(jié)能措施主要通過建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）來執(zhí)行。能源管理平臺和BAS系統(tǒng)的完美結(jié)合，是能源控制和管理措施實現(xiàn)的保障。目前，能源管理和BAS還分屬不同智能化系統(tǒng)，兩系統(tǒng)的相互融合應(yīng)該是智能化系統(tǒng)發(fā)展的方向。
3.1.5能源管理報表
用表格和圖片的形式體現(xiàn)建筑物的能源使用情況、設(shè)備能耗、設(shè)備運(yùn)行效率、能耗歷史曲線等，以適應(yīng)不同人群的需求。系統(tǒng)一般應(yīng)能提供WEB服務(wù)，獲得授權(quán)許可的遠(yuǎn)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(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包括建筑基本情況數(shù)據(jù)采集指標(biāo)和其它不能通過自動方式采集的能耗數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)包括建筑分項能耗數(shù)據(jù)和分類能耗數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)中心。
3.2.1大型公建或樓宇建筑的信息管理
系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的手工信息錄入界面，可對各棟監(jiān)控建筑的基本信息進(jìn)行整理和錄入，并支持手工錄入歷史能耗數(shù)據(jù)的功能。
Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫建立也完全依據(jù)114號文，根據(jù)建筑的使用功能和用能特點(diǎn)，將國家機(jī)關(guān)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(yī)療衛(wèi)生建筑 6、體育建筑
7、綜合建筑 8、其它建筑
3.2.2能耗數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測
系統(tǒng)采集站定時采集各監(jiān)控點(diǎn)的儀表參數(shù)并上傳至本地建筑能耗分析管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，用戶可于當(dāng)?shù)貙崟r查詢能耗監(jiān)測情況。
3.2.3建筑分類能耗分析
系統(tǒng)在完成數(shù)據(jù)處理與上傳的同時，將建筑能耗進(jìn)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(yīng)用量（如集中熱水供應(yīng)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(qū)域的照明、插座等室內(nèi)設(shè)備用電。主要包括照明和插座用電、走廊和應(yīng)急照明用電、室外景觀照明用電。
空調(diào)用電：主要包括冷熱站用電、空調(diào)末端用電。
動力用電：主要包括電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(diào)面積用電量＝總用電量/總空調(diào)面積
3.2.5用能情況的同、環(huán)比分析
統(tǒng)計建筑或片區(qū)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(jié)能輔助診斷
系統(tǒng)可提取各能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行同、環(huán)對比分析，確立標(biāo)桿值并對各監(jiān)控點(diǎn)的能耗情況進(jìn)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(jié)束語
隨著國家發(fā)展節(jié)能減排工作力度的加大，Acrel-5000建筑能耗管理系統(tǒng)利用現(xiàn)代測控技術(shù)、數(shù)據(jù)處理與通訊技術(shù)，基于完善的能耗監(jiān)測管理手段，采用分散控制器和交流采樣技術(shù)，憑借功能強(qiáng)大的大流量高可靠性通訊網(wǎng)絡(luò)，為工業(yè)民用建筑、生產(chǎn)企業(yè)和大型基礎(chǔ)設(shè)施等的能源設(shè)施的全時動態(tài)的能源管理控制提供全面專業(yè)的解決方案,達(dá)到對用戶能耗設(shè)施能耗細(xì)節(jié)和能耗過程的完全掌握。
參考文獻(xiàn)：
[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2010.08版.
[2]南京長江都市建筑設(shè)計股份有限公司產(chǎn)品手冊.
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