商务办公楼能效管理系统设计

引言目前，我国建筑运行能耗约占我国全社会总能耗的 30% ，节能降耗是行业面临的重要课题。为科学、规范地建设国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统，统一能耗数据的分类、分项方法及编码规则，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，为确定建筑用能定额和制定建筑用能超定额加价制度提供数据支持，指导国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理和改造，必须建立建筑能耗综合管理平台。

引言

目前，我国建筑运行能耗约占我国全社会总能耗的 30% ，节能降耗是行业面临的重要课题。为科学、规范地建设国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统，统一能耗数据的分类、分项方法及编码规则，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，为确定建筑用能定额和制定建筑用能超定额加价制度提供数据支持，指导国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理和改造，必须建立建筑能耗综合管理平台。

1 项目概况

某商务办公大楼建筑位于南昌市红谷滩中心商务区地块内，总建筑面积 200 000m2 ，建筑内配备了完善的机电设备和智能化系统。为适应智能化管理和节能理念推广的需要，响应国家节能增效发展战略，推动江西省建筑节能工作的开展，在现有的能源管理制度基础上，结合该商务办公建筑能源配置特点，安装 SmartPM 2000 绿色建筑能效管理系统，实现信息分析基础上的能源监测、设备跟踪管理、能源支出预算及用能策略调整，有效实施客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，及时了解真实的能耗情况，减少能源管理及建筑运营成本，提高能源利用的效率，持续节约能源和为进一步节能改造提供必要的依据，协助管理者更加便利、轻松、有效地实施能源管理，确保建筑园区安全、舒适、便利、智能地运营，使该建筑成为南昌城市及 CBD 中的绿色建筑中心标志。

2 系统设计目标

为提升该商务办公建筑的能效管理水平，该建筑对能效管理设定如下目标:

( 1) 对建筑能耗进行全面、细致、高效管理。

① 对建筑内各区域的电、水、气、冷/ 暖等能耗进行实时监测; ② 对建筑内各重要机电设备的能耗和运行参数进行实时监视; ③ 建立能源目标管理制度，实行严格、科学的能源使用过程监控，有效控制能源支出; ④ 对数据以分项计量的原则进行统计分析，找出能源浪费严重的区域; ⑤ 定期评估重要机电设备的运行效率，提出调整策略，以适应在不同工况下的高效运行。

( 2) 为保持建筑最优能效状态提供技术保障。

① 通过连续不断地对重要机电设备能耗和运行参数的采集、分析，发现异常情况后及时提醒管理人员; ② 通过分析建筑能耗历史数据库，深挖数据，发现能源泄漏和损耗; ③ 对建筑能源负荷的平衡计算和用能目标管理，提供有效的运行策略。

( 3) 为节能改造工作提供改造方向和基础数据，同时检验节能改造的效果，保持建筑全生命周期内的节能。

① 通过历史数据的统计、分析，可发现能源浪费严重的区域或设备，并且得出造成能源浪费的原因，为节能改造工作提供明确的方向; ② 实施了节能改造之后，运行一段时间的能耗数据与改造前的历史数据进行对比，可以检验节能改造的效果，并发现新的能源问题; ③ 通过实时监测、分析，反复地发现问题，并修正问题，保持建筑全生命周期内的节能。

( 4) 多种发布方式，友好的人机界面。

① 系统从管理者的角度出发，向用户展现关键直观、简洁明了的数据和图表; ② 多种发布方式，建筑当前的能耗数据可通过设置在建筑最显眼处的液晶大屏幕发布，让建筑的使用者时刻感受到节能的存在，展现绿色建筑的特点; ③ 管理者和工程师可通过系统工作主站或者建筑内部局域网登录固定的网址，查看建筑的能效情况; ④ 管理者在建筑之外的其他地方，同样可以借助国际互联网，远程登录到系统进行查看。

综上所述，SmartPM 2000 建筑能效管理系统实现了对项目供配电系统、给排水系统、空调系统、电梯系统的能效综合管理，不仅可提高大楼的能源利用效率，持续节约能源，还可大大提高该建筑项目在 CBD 的管理水平和整体形象，向社会展示先进的节能理念。

3 建筑能效管理信息采集设计

3 ． 1 采集范围

经业主方项目需求确认，该方案只针对建筑的配电系统及 58 层的主楼楼层用电系统进行设计。建筑由一幢58 层的主楼 ( 总建筑高度236 m) 、一幢 23 层的附楼( 建筑高度 99 m) 和 5 层裙楼组成; 地下两层由人防、地下车库和设备用房组成。

建筑配电部分方面整个中心配套 6 台变压器，E 变电所为公变 1 户 1 表部分，由供电局提供表，不列入能效系统管理，其他 5 台变压器配电部分列入能效管理系统，其中 A 、B 变电所设置于地下 1 层，C1 、C2 变电所设置于地下 3 层; D 变电所设置于 1# 塔楼第 29 层，共有 326 个监控点。

该建筑由 58 层的主楼、5 层裙楼及地下室用能部分组成，用电管理主要为按大区域单位计量、办公区域按楼层用电及用电分项计量，重点负荷设备按区域组别监测，重点耗能系统( 如空调系统) 实现独立计量。

按业主需求，只需在总供水系统装一个总表，实现远程抄表功能及能耗分析监测管理

功能。

经上述项目分析，选择以下几点作为选点依据:

( 1) 变压器进线全电量参数。

( 2) 0 ． 4 kV 馈线采集电压、电流及有功电能参数。

( 3) 对变压器的运行状态进行监测。

( 4) 对建筑总用水量进行采集。

( 5) 对重要动力设备，风机、水泵、电梯等的运行工况进行监测。

( 6) 对空调/ 暖通系统等重点耗能系统的耗电量进行独立计量。

( 7) 对楼层配电箱的用电量进行分项计量。

3.2 测量点汇总

电力测量点汇总如下:

( 1) 建筑配电所部分，电力测量点共 329 个，其中进线、电容及补偿 28 条、馈线 301 条。现场需安装智能 329 台，其中有 28 台多功能计量表( PMAC720 系列) ，301 台电能表( PMAC625 系列) 。根据实际现场情况，通信管理机柜( 含相关设备) 4 套。配电所数据可在中、低压配电系统设置接口网关，实现数据共享。

( 2) 建筑楼层部分，电力测量点共有 621 个，其中 58 层的主楼楼层有 318 个，5 层裙楼有65 个，地下室有 238 个。现场需安装智能 621 台电能表，其中有 259 台 PMAC625 系列多功能电能表，362 台 PMAC903 系列电能表。根据现场情况，需通信管理机柜( 含相关设备) 3 套。

3.3 建筑能源区域划分信息

( 1) 区域基本信息表。区域基本信息是能效管理系统正常运行的基础配置，一个建筑区域中可划分多个专用功能属性区域，包含区域名称、功能用途、建筑面积等各项内容。在建筑项目投运之前需进行相关信息搜集，完成配置。这些信息的正确配置可使能效统计和分析结果准确无误。

( 2) 节点基本信息。节点基本信息是能效管理系统正常运行的基础配置，包含节点名称、所属区域、安装位置、能耗类型等各项内容。一个建筑中分布许多能耗数据采集节点，包含专门采集电量和专门采集水量等。在建筑项目投运之前需进行相关信息搜集完成配置。但建筑的运营周期长达数十年，某些采集节点装置会发生更换、移位、增加，因此也需要用户进行适当修改，这种修改是需要相应权限支持的。

4 建筑能效管理系统

管理应用层是 SmartPM 2000 建筑能效管理系统的核心组成部分，所有采集的数据和状态信号都通过管理应用层进行处理或发出，实现用户与监测对象的互动。该层设备由数据服务器、Web 服务器、工作主机、不间断电源( UninterruptiblePower Supply ，UPS) 、打印机、液晶大屏幕发布主机和其他移动工作站等组成。

4.1 信息汇聚层

信息汇聚层是 SmartPM 2000 建筑能效管理系统的中间连接部分，负责把分散的设备采集层采集的数据集中后上传到管理应用层，并且充当建筑能效管理系统与其他智能子系统的中间接口，实现系统之间的数据互传。该层主要包括工业网络交换机、通信管理机、工业转换器、光电转换器、电源模块等设备。具体作用如下:

( 1) 工业网络交换机: 实现多台通信管理机的数据统一上传; 实现与其他子系统的对接和数据交换; 实现数据服务器、Web 服务器、工作主站、液晶大屏幕发布主机之间的数据互联。

( 2) 通信管理机: 将现场总线数据包( 以Modbus 、DNP 、CDT 、103 、Profibus 等为传输协议) 转换为主站层可识别信号( 以 Modbus 、104 、103 等为传输协议) ，实现信号传输协议转换。

( 3) 工业转换器: 将设备采集层的 RS-485 接口转换成通信管理机可支持的 RS-232 接口，同时起到隔离的作用，避免由于人为接线错误导致烧坏通信管理机和降低浪涌对通信管理机的影响。

( 4) 光电转换器: 若现场总线与系统后台距离太远，可采用光纤传输数据，此时需要使用光电转换器完成光信号与电信号之间的转换。

( 5) 电源模块: 由于系统采用的工业网络交换机、工业转换器和光电转换器电源的电压等级为 DC 24 V ，中间需要专门的电源模块将 AC 220 V 的电压转换成 DC 24 V 的电压。

根据系统组成规模的不同，信息汇聚层一般包括三种传输介质，即 RS-485 总线( RVSP2 ×1.0 屏蔽双绞线) 、单模光纤和超5 类 UTP 网线( 交叉网线) 。其中，RS-485 总线负责将现场设备采集层采集到的信号上传至信息汇聚层，信号在信息汇聚层汇总后再通过以太网上传至管理应用层。当设备采集层与管理应用层之间的距离较远时，通常采用光纤进行信号传输。

4.2 设备采集层

设备采集层的设备，即远程终端设备，主要用于实现现场能耗数据的采集和发送，包括以下采集设备和探测器:

( 1) 供配电系统中 10 kV 出线和 0 ． 4 kV 进线回路的综合电力监控分析仪。

( 2) 供配电系统中 0 ． 4 kV 母联、联络、馈线回路的多功能电力监控仪。

( 3) 楼层配电箱系统的三相智能数显仪表。

( 4) 给排水系统的远传水表。

如果建筑配有空调计费管理系统，超声波热量表的数据上传到空调计费管理系统中，建筑能效管理系统通过标准的 ODBC 或 OPC 数据接口，从空调计费管理系统的数据库中读取超声波热量表的相关数据。

5 能耗数据上传

按照《国家机关办公建筑和大型公共建筑系统技术导则》进行设计、施工，将所有数据上传到江西省建筑能耗数据中心，根据住房和城乡建设部数据中心统一能耗数据的分类、分项方法及编码规则，实现综合能耗数据实时采集、准确传输、科学处理、有效储存。

6 结语

综上所述，江西省某商务办公楼能效管理系统对各个能源消耗情况实时监控，并提供多个强大的功能模块应用，保证了该建筑合理使用能源，依据采集能效数据并分析诊断，确保了该建筑能效水平得到控制。