１　前言

２００９年世界可持续发展工商理事会发布一份名为《行业转型：建筑物能源效率》的报告认为，到２０５０年，使建筑物的能源使用量减少６０％是实现全球气候目标的关键。通过大规模运用节能技术，到２０５０年建筑物可节约的能源总量相当于全球运输业目前所使用的能源总量。

２　现状

随着我国城市化进程的加速，预计到２０２０年，全国的城市生活人口数量将达到总人口数量的一半以上。相应的建筑物和配套设施也将成倍增加，因此建筑能耗的大幅增加将不可避免。

目前建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为我国三大“耗能大户”。我国每年竣工建筑面积约为２０亿平方米，其中公共建筑约有４亿平方米。２万平方米以上的大型公共建筑面积占城镇建筑面积的比例不到４％，但是能耗却占到建筑能耗的２０％以上，其中单位面积耗电量更是普通民宅的１０到１５倍。在公共建筑（特别是大型商场、高档旅馆酒店、高档办公楼等）的全年能耗中，大约５０％～６０％消耗于空调制冷与采暖系统，２０％～３０％用于照明。根据测算，如果不采取有力措施，到２０２０年中国建筑能耗是现在的３倍以上。因此，做好大型公共建筑的节能管理工作，对实现“十二五”节能减排规划目标具有重要意义。

３　ＢＡＳ系统

智能建筑的能耗管理主要是由建筑设备管理系统（ＢＡＳ系统）来实现的。ＢＡＳ系统可以对建筑物或建筑群内的电力、照明、空调、给排水、消防、运输、保安、车库管理等设备进行最优化的管理，从而达到节能的目的。根据国外工程经验，建筑设备管理系统（ＢＡＳ系统）可为新的办公大楼节能２０％左右。

楼宇自动化系统通过对建筑（群）的各种设备实施综合自动化监控与管理，为业主和用户提供安全、舒适、便捷高效的工作与生活环境，并使整个系统和其中的各种涉别处在最佳的工作状态，从而保证系统运行的经济性和管理的现代化、信息化和智能化。

４　建筑物节能系统架构设计

建筑按能耗可以分为居住建筑和公用建筑两种。其中公用建筑：包含办公建筑、商业建筑、旅游建筑、科教文卫建筑、通信建筑，以及交通运输用房等。对于大型公共建筑按照如上分类，通过对用电设备的分项计量统计各种设备和各类建筑的耗电量。根据现场情况，利用计算机技术、通信技术、自控技术、通过现场的计量设备和数据采集器把能耗实体的实时数据进行统计和收集、并以标准的数据格式和封装传送到远程的通讯服务器，从而为外部环境信息快速分类、统计、分析，为能耗分析决策层的决策提供必要的依据。把水、电、气等原料消耗、能源消耗量和采集器、计量器的设备状态等科学地分类，提供给管理层数据库，从而减少人为干预，提高管理层数据库的准确性。

建筑物节能系统主要采用分层分布式的网络架构，可分为三层：现场设备层。网络通信层、站控管理层。系统架构图如图１所示。

４．１　现场设备层

现场设备层主要由能耗实体设备构成，包括空调新风系统、用水测量系统、动力配电系统和照明系统等设备。该层主要由智能仪表组成，采用具有高可靠性、带有现场总线连接的分布式Ｉ/Ｏ控制器构成数据采集终端，向数据中心上传存储的建筑能耗数据。测量仪表担负着最基层的数据采集任务，其监测的能耗数据必须完整、准确并实时传送至数据中心。图２所示为能耗实体构成示意图。

４．２　网络通信层

考虑到整个系统现场设备众多，接口形式多种多样，通信协议不尽相同，如果将现场设备层数据直接汇总到站控管理层的数据中心会遇到诸多不便。因此我们在网络通信层配备了力控数据采集网关，该产品拥有高性能的实时数据库系统，具有多种通讯采集和转发规约库。可以实现采集多个不同子系统的数据，进行数据集中汇总、分类和预处理，实现多种通信协议的转发功能。

该系统中数据经过采集网关之后，经过交换机通过ＴＣＰ/ＩＰ网络将数据以统一的ＯＰＣ方式向站控管理层汇总。力控ｐＦｉｅｌｄＣｏｍｍ系列工业通讯网关采用高性能的嵌入式计算平台，服务内核软件可运行于桌面操作系统或嵌入式操作系统中，是一个脱离于具体硬件设备接口的通讯服务平台。该系统拥有高性能的实时数据库系统（原型为Ｕｎｉｘ下标准Ｃ开发），具有多种通讯采集和转发规约库。可以实现采集多个不同子系统的数据，进行数据集中汇总、分类和预处理，可以简化系统中异种协议的转换和系统联网过程，异种协议容易接入并可转换为标准协议（如ＯＰＣ方式）与其它系统联网。

该设备支持对多个上级调度平台系统进行数据转发与上传，可作为分布式数据采集装置、工业协议转换网关、电力通讯服务器或通讯前置机等使用。同时实现了多个互联子系统之间的物理级安全隔离，同时结合了软件和网络安全技术、远程组态技术，使得系统更加稳定、易于使用和维护。

４．３　站控管理层

站控管理层是人机交互的直接 窗口，直接面对能耗监控中心的工作人员，也是整个系统的最核心部分。

系统平台软件配备新一代力控监控组态软件ＦｏｒｃｅＣｏｎｔｒｏｌ产品，可以构成先进的、分布式冗余、容错架构。产品采用分布式组件设计，保证了软件的可“伸缩性”非常强，适应了“ｅ”时代的要求，同时ＦｏｒｃｅＣｏｎｔｒｏｌ具备强大稳定的数据内核，内置的软件自诊断功能方便构造稳定的监控系统，使大型ＳＣＡＤＡ调度系统的数据的安全性得到了充分的保障。监控平台具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。

为了便于日后的数据汇总分析，以及历史数据存储，单独配备力控ｐＳｐａｃｅ实时历史数据库作为数据平台，并且搭建关系数据库平台，实现实时数据与关系数据库的实时转储。力控企业级实时历史数据库ｐＳｐａｃｅ是一个高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性强、跨网络系统的开放式实时数据库系统。产品为完全的分布式结构，可任意组建应用模式，支持Ｃ/Ｓ和Ｂ/Ｓ应用。可实现历史数据的海量存储，灵活的扩展结构可满足各种需求。

５　建筑物节能系统功能介绍

５．１　数据采集、存储、显示

数据采集、存储、显示是整个系统的基础，主要包括各个能耗实体的运行数据，环境参数，设备运行状态等。能耗监控中心的工作人员可随时了解整个建筑的用电量、用水量等能耗数据，并且及时通过现场画面了解各设备工作状态。图３所示为空调系统能耗示意图，图４所示为总能耗示意图。

５．２　数据分析、统计

力控软件平台根据收集到的数据，可通过曲线、饼图、棒图等形式，对建筑物的分项能耗数据进行分析比对。工作人员可查看某时间段内的分类或分项数据，便于互相比较。同时力控软件平台强大的报表功能，为能耗分析提供了真实、可靠的数据来源。图５所示为分项能耗月对比柱状图，图６所示为动力能耗实时比例饼状图。

５．３　Ｗeb发布、远程浏览

整个系统支持Ｂ/Ｓ网络架构，力控软件平台具备网络发布功能，可将现场画面通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ互联网实现远程发布。远程客户只要具备上网条件在任何一个地方都能随时了解现场运行状况，实时对能耗实体进行远程监控。

５．４　强大的报警事件、用户管理功能

强大的分布式报警系统具备报警存储、统计、分析、显示、查询、事件触发、打印等多种功能。当出现能耗数据超限的情况下支持以多媒体语音、视频、文本语音转换、邮件和短信等实时方式的将报警信息及时传送给工作人员。

力控软件平台特有的事件组件可详细记录工作人员的操作记录，并且可对发生事故时的数据进行定位和分析，记录事故发生时的操作记录，为事故处理提供了真实的依据。

同时力控软件平台提供完备的安全保护机制，以保证运行过程的安全可靠，力控的用户管理具备多个级别，并可根据级别限制对重要系统参数的修改，有效避免运行过程中的误操作。

６　结束语

通过力控软件平台搭建的建筑物节能系统，利用计算机技术、通信技术和自控技术，实现了对建筑物能耗的分项计量，为做好节能减排工作，实施能源消耗的统计监测，落实责任，打下了坚实的基础。