English

建筑能源管理系统,建筑节能,技术服务与咨询,建筑环境与节能研究院

一、可再生能源建筑应用监测
根据财办建[2009]116号关于加快开展可再生能源建筑应用示范项目验收评估工作的通知,可再生能源建筑应用示范项目数据监测系统是可再生能源建筑应用示范项目验收评价的主要条件之一。
可再生能源建筑应用示范项目主要以利用太阳能和地源热泵为节能技术的系统。其中太阳能技术根据其使用方式不同可分为:太阳能热水系统、太阳能供热采暖系统、太阳能供热制冷系统、太阳能光伏发电系统。地源热泵系统根据其系统形式不同同样又可分为:土壤源热泵系统、地下水源热泵系统、淡水源热泵系统、海水源热泵系统、污水源热泵系统。与此同时由太阳能和地源热泵系统组成的项目成为太阳能和地源热泵的复合技术。


可再生能源监测平台按照系统布局不同,可分为项目级监测系统和平台级监测系统。
项目级监测系统主要针对具体的单个可再生能源应用项目,在项目本地建立该示范项目的监测系统。主要涵盖以下内容:
1、各类传感器安装与布线
2、传感器数据测试与通讯调试
3、数据采集与本地展示
4、数据汇总与上传至城市级监测平台


平台级监测系统主要针对政府企业,建立适合政府或企业的可再生能源监测平台,该平台主要涵盖以下内容:
1、接收各项目当前运行数据
2、分屏展示各项目当前运行状态、数据
3、对比分析各项目之间的运行数据
4、数据汇总上传至住建部平台
平台级可再生能源建筑应用示范项目平台主要实现以下功能:
? 可作为本平台监测范围内的可再生能源应用监测平台
? 集中分屏显示各项目、各系统、各功能模块
? 集中监测各项目的实时运行数据
? 集中对比分析各系统的运行能效
? 项目之间横向对比各系统的的运行能耗
? 项目内部各子系统运行能耗的纵向对比
? 可作为远程访问服务器供相应管理人员进行远程登录
? 可集中上传示范城市的各项目运行数据至住建部监测平台


二、公共建筑能耗监测数据中心
公共建筑能耗监测系统数据中心的建设,是为了配合国家的能源政策,为制定省、市的大型公建能耗定额等能源指标提供依据,是加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能运行管理,建立和完善能效测评、用能标准、能耗统计、能源审计、能效公示、用能定额、节能服务等各项制度的重要基础性工作。
各地方的能耗监测数据中心作为全国能耗监测系统非常重要的一环,为本地区所有能耗数据的采集、存放、更新、集成、上传、分发与共享等能耗监测服务提供了一个集成环境,同时还包括能耗数据的容灾、备份等基础服务,实现数据的集中存放和应用的集中处理。
公共建筑能耗监测数据中心不仅应采集并存储本地区的监测建筑的能耗数据,还应对本地区内的能耗数据进行处理、分析、展示和发布,所以数据中心机房将部署数据库服务器,各种数据处理及管理服务器,同时还部署通信服务器或者GPRS服务器等。
数据中心负责将各个区域级数据中心上报的数据进一步汇总,生成统一的汇总数据,发给住建部等更高级别的数据中心。同时地区级的数据中心还要负责生成本地区需要上报的各种分类汇总数据,和编制本地区行政主管部门、财政部门等需要的各类管理报表。
地区级的能耗监测系统软件平台主要针对本地区的国家机关办公建筑和大型公共建筑进行能耗数据的采集、存储、分拆计算、汇总上报和分析应用,对重点建筑进行实时动态能耗监测,建立本地区的地区级数据中心,为本地区指定节能改造方面的政策和制度提供有力的数据依据和技术支撑。在此基础上,通过能耗统计、能源审计、能效公示、用能定额和超定额加价等制度,促使国家机关办公建筑和大型公共建筑提高节能运行管理水平,为进一步节能改造准备条件。
公共建筑能耗监测数据中心在建立过程中,监测系统从下往上,主要分为三个层次:
1、 楼宇数据采集
2、 各个区县级的数据中心或者数据中转站
3、 省市级的数据中心

三、空调系统运行管控平台
空调系统运行管控平台主要适合于集成多个空调系统为统一的在线监测系统的用户,如大型的物业管理公司、房地产开发商、政府职能部门等等,建立空调系统运行管控平台,可方便运行管理人员远程在线监控每个项目中的每台设备的详细的运行参数,从而远程指导现场运行人员对空调系统中的各设备实现合理的运行效果。
典型的地源热泵系统的空调系统根据监测对象功能的不同,主要分为以下几方面监测内容:
? 热泵系统运行状态监测
? 热泵主机运行参数监测
? 末端空调机组运行参数监测
? 空调系统耗电量监测
? 室内外环境温湿度监测
? 地源侧换热效果监测
通过搭建空调系统运行管控平台,可对各个工程项目的实际运行状况实现本地监测的同时,通过网络传输的方式传输至统一的监测平台,在该监测平台实现对各个项目运行数据的统一监测、数据汇总、对比分析等功能。
空调系统运行管控平台的网络结构布局如下图所示。从图中可看出,一个完整的空调系统远程监测平台涉及众多的通讯协议,主要包括:Modbus RTU、GPRS、OPC、LonWorks、TCP/IP等。

通过对各项目现场本地主要参数的监测,并对相应数据通过Internet方式发送至空调系统运行管控平台,本系统可以实现对各项目本地数据的自动计量功能以及数据自动分析等功能。各项目现场本地软件具体实现采集分析功能如下:
1、监测末端空调(或新风)机组运行的主要数据。此项工作通过与现场已有的监测平台进行数据通讯,如与霍尼韦尔的HoneyWell EBI软件平台通过OPC方式读取数据。
2、项目地温场数据的监测。此项工作也是通过与现有的软件平台进行通讯,如个别项目涉及到重新增加测量模块读取地温场数据,则项目实施过程中可根据实际需要进行合理设计。
3、系统热源侧供回水温度与流量的监测。通过监测地源侧供回水温度与流量,可计算全年运行过程中地温场的变化趋势,以及冬夏运行工况下地温场的热平衡性等参数的分析功能。
4、热泵机组主要参数的监测。此项内容是通过Modbus通讯方式与现场各热泵机组进行数据交换,读取热泵机组运行过程中各主要参数,并对热泵机组的运行状态进行确认,以达到对整个热泵系统运行状态的动态分析功能。
5、热泵系统能效比的计算和分析功能。通过对现场已有监测数据的读取,并增加缺少的监测点,监测热泵系统全年运行能效比的变化趋势,并以此判断机组的运行性能等。
6、实现数据远传功能。
通过空调系统远程管控平台软件远程读取各个项目的实际运行数据,对各数据进行合理的分析与现实,反映出各个系统的实际运行效果与性能等信息。空调系统远程管控平台软件实现的具体功能如下:
1、读取远程机房现场监测的各种数据。通过Internet网络与现场监测电脑实现远程数据通讯,将现场监测数据远程传输至空调系统远程管控平台。
2、监测末端空调(或新风)机组运行数据。监测末端空调(或新风)机组的送风温湿度,并对送风温湿度进行报警反馈,方便用户针对末端新风机组的运行状态进行合理的控制。
3、监测地温场运行数据。集中监测地温场的全年温度变化趋势,方便用户对热泵系统全年运行过程中土壤源的热平衡性能的分析。
4、监测热泵机组的运行数据。通过与热泵主机的数据通讯,读取热泵机组实际运行过程中各主要运行数据,方便运行管理者对机组的相应新能做出合理的分析,指导后期运行过程中机组能够达到高效运行的目的。
5、主要参数的报警功能。各主要参数的报警功能是为了方便用户在后期运行管理中实现远程监测,并远程指导系统与机组运行状况的主要体现形式。
6、热泵系统性能参数的监测与分析。通过监测热泵系统各主要运行参数,对各个系统的系统能效比与室外环境温度变化趋势进行合理的分析与整理,指导运行管理人员合理的控制系统的能耗,并提高系统的能效。
7、热泵系统全年土壤源热平衡性能的分析。通过分析各个项目实际运行过程中土壤源热平衡性,指导系统如何合理的分配热泵机组与冷水机组的实际工作时间,方便运行人员后续的数据分析等。
8、室内温湿度的监测与分析。通过分析末端住户室内环境温湿度,结合新风机组的实际运行性能,可有效的估算出系统实际供热(供冷)量,为用户提供有效的数据支持。


四、智能自动化控制系统平台
中央空调系统的设计通常按建筑物所在地的极端气候条件来计算其最大冷负荷,并由此确定空调主机的装机容量及空调水系统的供水流量。然而,实际上每年只有极短时间出现最大冷负荷的情况。因此,中央空调系统在绝大部分时间里,都是在部分负荷(远小于其额定容量)条件下运行的。据统计,实际空调负荷平均只有设备能力的50%左右,这无疑造成了大量的能源白白浪费。而且,空调水系统的水泵、风机等机电设备,长期处在工频额定状态下高速运行,机械磨损严重,导致设备故障增加和使用寿命缩短。
另一方面,空调负荷又具有变动性。由于季节交替、气候变幻、昼夜轮回、使用变化(如旅游旺、淡季)及人流量增减(如宾馆入住率的变化)等各种因素变化的影响,中央空调系统的负荷具有起伏变化和不恒定的特点,如果中央空调的运行方式不能根据负荷的变化而调节,始终在额定容量(即满负荷状态)下运行,也势必造成巨大的能源浪费。
由中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院自主研发的中央空调节能优化控制装置,以最优控制理论为指导、以计算机技术、系统集成技术、变频调速技术为控制手段,采用冷媒量调节与质调节相结合的方式,取其系统运行的最佳效率点,以多年丰富的实践经验和数据为基础,科学地实现了中央空调能量供应按末端负荷需要提供,最大限度地减少了空调系统能源浪费,从而达到高效节约能耗的目的。
实现显著的节能效果:
对于空调系统来说,节能主要是依靠建筑节能和系统节能两个手段。建筑节能主要是通过改善建筑围护结构热工特性等手段来降低空调负荷需求。而系统节能的主要任务,则是在满足建筑空调负荷需求的前提下,尽量提高空调系统在各种工况下的效率,最终降低各能耗设备的总体能耗水平。对一个给定建筑的空调负荷需求,存在多种空调系统方案,多种运行方式和控制策略,它们都可以满足负荷需求,在设计工况下也都可以达到较高的能效比。但在部分负荷时,它们的系统效率和能耗水平可能差别很大。而大部分的建筑空调负荷都存在着每日变化和季节性变化的特点,往往在绝大部分的时间里都是在部分负荷工况下运行的。因此,如何提高空调系统在部分负荷下的效率,对空调系统节能具有非常重要的意义。
常规空调系统的能耗设备主要包括机组、水泵、冷却塔,以及附属设备。一些测试数据和研究资料表明,在国内很多的空调系统中,约50 %~60 %用电负荷消耗于机组,约25 %~30 %用电负荷消耗于水泵,约15 %~20 %用电负荷消耗于各种风机。值得注意的是,各设备的能耗往往是相互影响的。比如,增加冷却塔投入的数量或提高其风机转数增加了风机的能耗,但同时也降低了制冷机的能耗,这是因为降低了冷却水的温度从而提高了冷机的COP。因此,节能控制的最优方案,应该是以整个空调系统能耗之和最小为目标,而不是以某一种设备或子系统的能耗最低为目标。
在部分负荷下,末端设备的调节可以通过水侧的量调节和质调节两种手段来实现。变流量系统通过末端电动两通阀的调节、水泵的变频以及合理的控制,可以在部分负荷下达到降低输配系统能耗的目的。另一方面,在部分负荷时适当提高冷冻水供水温度,可以在满足末端需求的同时,提高制冷机的COP值,从而降低系统能耗。
根据全年气候变化参数和对空调系统负荷变化的跟踪,节能优化监控系统自动判断最佳节能控制点,采用量调节或质调节手段,并动态修正系统的运行参数,对空调水系统进行全面优化,从而达到空调主机平均节能10%~30%、水泵平均节能60%~80%的节能效果。
自动控制与机组安全运行:
在实现节能优化控制时要特别注意机组的安全问题,既要做到深入挖掘机组的节能潜力,又要充分考虑由于一次泵进行变流量控制而造成机组保护的问题。
影响热泵机组的安全与稳定运行的主要因素有以下四个:
1) 当蒸发器的流量逐渐减少到使其蒸发器管束内流速由湍流变为层流时,其传热效果会发生突然恶化,会影响冷水机组制冷工况的稳定;
2) 当蒸发器的流量逐渐增加到使其蒸发器管束内流速超过其最大允许流速时,会对铜管产生冲蚀作用,增加泄漏事故率,减少机组使用寿命;
3) 当蒸发器处于小水流、低速流动状态时,如果蒸发压力的控制不准确或波动过大,会使蒸发温度长时间低于0 ℃,导致冷水在蒸发器内冻结和铜管的冻裂;
4) 当热泵机组处于稳定工况运行时,一旦蒸发器内水流量突然减少,也会导致铜管内水的冻结与铜管的冻裂。
中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院与各机组生产厂家共同研究了机组的保护问题,可以保证在进行节能优化控制时冷水机组始终处于保护状态下,为安全运行提供整套方案。


五、建筑能源综合诊断平台
当今,各种智能设备——无论是楼宇自控系统、电表、热表、家电设备、甚至有些传感器——已经具备了将运行参数和监测到的环境状态作为数据以各种通讯方式进行传输的能力。通过对这些数据进行分析,能够为以节能为代表的诸多业务提供新的服务形式,使我们有了能够在运行中发现更多优化控制策略的机会,还能让我们对投资改造的效果进行验证。
在过去的十几年里,各种自控系统、智能设备技术有了飞速的发展。这些系统可以连接IP网络,使用多种标准协议,使他们能够支持Web Service和XML协议,这样我们就能够方便地得到楼宇中各种设备所产生的大量的数据。


面对采集、记录和汇总到的大量的运行数据,如何管理这些数据,并从如此海量的数据中发掘出它们的价值,SkySpark软件正是针对这个挑战而诞生的。
SkySpark软件特点为针对后期的海量运行数据进行分析。主要体现在以下几方面:我们如何让忙碌的管理者和运维人员指导系统中哪些变化的值是他们特别注意的、我们是否能够做到尽量减少甚至消除处理运行数据的手工劳动、我们能否将对于设备、系统的经验赋予软件,使软件能够自动地发现设备的故障和运行中出现的问题。这就是SkySpark软件为我们提供的上述问题的解决方案。
SkySpark软件允许业界专家通过建立规则,自动地从智能系统中的运行数据中捕捉所需要的信息。通过标签标注、模式识别、建立规则等技术,SkySpark软件的分析引擎使它能够自动地发现值得注意的问题。一旦建立好系统模型和规则,SkySpark软件便能够直接告诉最终用户他们的系统具有什么样的性能,并进一步帮助用户找到他们需要的系统运行指标参数。
SkySpark软件能够对各种数据源的数据进行处理,无论是通过连接自控系统或智能设备传输的实时数据、还是来自于SQL Server数据库的数据,亦或是其他系统导出的Excel格式的历史数据,还是由第三方Web Service提供的数据,SkySpark对这些数据均可以进行处理、管理和分析。
中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院是SkyFoundry公司在中国的唯一合作伙伴,在此基础上,双方将共同致力于国内建筑领域中楼宇系统的调试、设备故障检测、能耗分析、负荷分析、设备基准指标评测、资产性能跟踪评估、温室气体和碳足迹报告等方面应用中的大数据处理、数据挖掘分析方向的应用于研究。
借助SkySpark的先进技术,结合环能院在建筑各系统丰富的专业知识,从建筑运行数据中挖掘出更多价值,为用户提供更多新形式的服务、为行业开发新的业务模式、为社会创造更多社会效益及经济效益。