InteBASE能效管理系統(tǒng)講解

1、第八講：InteBASE能效管理系統(tǒng)我國建筑節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀：隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和科技的突飛猛進，人們對其生活和工作環(huán)境的舒適性要求不斷地提高，建筑能耗也逐漸增大，工業(yè)發(fā)達國家的建筑能耗達到總能耗的40%50%，我國的建筑能耗也達到30%以上。而目前人類所消費的能源幾乎均屬于枯竭性能源(石油、煤炭、天然氣等礦物燃料及核燃料)，據(jù)專家估計，按目前的消費增長率持續(xù)下去，枯竭性能源只能維持200300年左右。能源問題已經(jīng)到了非常嚴峻的地步，“保護環(huán)境，科技創(chuàng)新，提高能源資源的利用效率，是緩解我國能源資源與經(jīng)濟社會發(fā)展矛盾的有效途徑之一?！蔽覈凇笆晃濉币?guī)劃建議明確提出，到2010年單位GDP能耗比

2、“十五”期末降低20 左右，建筑節(jié)能工作迫在眉睫。早期建筑設(shè)備控制主要用于滿足正常運行，而能耗是次要問題，因此那時的控制根本談不上節(jié)約能耗，比如冷機的啟/停、性能調(diào)節(jié)等基本是手動的，也有氣動或電動比例分析監(jiān)控設(shè)備。例如用手動或氣動恒溫器來保持冷卻水的供水溫度于某一特定溫度范圍內(nèi)。70年代的能源危機，使空調(diào)控制在滿足負荷、保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的條件下開始注意節(jié)能，這時的空調(diào)控制也逐步開始向更節(jié)能方向發(fā)展，采取了如優(yōu)化設(shè)備的啟停時間，新風量的焓差控制等節(jié)能控制策略，但是由于控制設(shè)備分散而獨立，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制和管理很困難。近年來，隨著直接數(shù)字控制器（DDC）的應(yīng)用，使得控制器間的信息交換非常方便，大大

3、提高了建筑設(shè)備的監(jiān)視和診斷的效率。當今大型中央空調(diào)系統(tǒng)的控制通常由樓宇自控系統(tǒng)來完成，它包括低層次的局部控制和較高層次的全局性控制。前者一般通過反饋控制（PID控制器）來實現(xiàn)和維持預(yù)先給定的各種設(shè)定值；而后者從全局的角度對設(shè)備進行綜合管理，給出設(shè)定值及各種時變運行模式，方便用戶的使用和管理。當前，計算機技術(shù)的高速發(fā)展促使建筑系統(tǒng)集成技術(shù)日趨成熟，從而為建筑設(shè)備節(jié)能提供更廣闊的發(fā)展條件，一場新的建筑設(shè)備控制技術(shù)的革命即將引發(fā)。在系統(tǒng)集成平臺上，樓宇自控系統(tǒng)、冷水機組、電量計量系統(tǒng)、熱量計量系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防火災(zāi)報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等各個子系統(tǒng)的信息可以自由通訊， 建筑設(shè)備的控制不再僅僅局限于

4、單一設(shè)備或單一系統(tǒng)的反饋控制，而是從建筑整體能耗的角度考慮各個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。在建筑系統(tǒng)集成平臺上，對建筑進行綜合能耗管理，使實現(xiàn)建筑設(shè)備系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行和綜合性能優(yōu)化成為可能。北京中創(chuàng)立方軟件有限公司利用先進的Internet技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)，以建筑節(jié)能為目標，在其InteBASE成系統(tǒng)上對建筑設(shè)備進行節(jié)能管理做了有益的嘗試。第一節(jié)InteBASE智能樓宇節(jié)能管理系統(tǒng)概述：InteBASE節(jié)能管理系統(tǒng)以實現(xiàn)建筑節(jié)能為目標，以強大的系統(tǒng)集成為基礎(chǔ)，以優(yōu)化的控制算法為核心，以客觀的能耗分析為評價指標，以客戶的多元需求為服務(wù)宗旨，本著實際、實用、有效的原則，開發(fā)了本套軟件并在實際中推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)

5、適用于新、老建建筑的節(jié)能控制，在系統(tǒng)集成平臺上，根據(jù)各個集成子系統(tǒng)的上傳數(shù)據(jù)，從整個智能建筑協(xié)調(diào)控制角度出發(fā)，通過樓宇自控系統(tǒng)對監(jiān)控設(shè)備參數(shù)進行優(yōu)化控制，實現(xiàn)節(jié)能。針對既有建筑的節(jié)能改造，根據(jù)節(jié)能改造要求，可單獨配置某一節(jié)能管理模塊，也可配合數(shù)據(jù)采集工作站使用，方便靈活。我公司的冷水系統(tǒng)節(jié)能管理模塊為用戶提供狀態(tài)監(jiān)控、運行策略、能耗分析、維護服務(wù)、系統(tǒng)管理等功能。系統(tǒng)采用上位機軟件管理功能、下位機程序功能的方式，保證系統(tǒng)的正常運行。冷源節(jié)能管理系統(tǒng)采用先進的節(jié)能理念，有效的節(jié)能措施，如：1） 增加負荷的預(yù)測能力：根據(jù)建筑物自身的環(huán)境、周界溫度以及人流狀況，進行系統(tǒng)的預(yù)測，增強冷源系統(tǒng)的預(yù)測能力

6、；2） 冷水機組臺數(shù)優(yōu)化控制：根據(jù)較合理的系統(tǒng)預(yù)測，系統(tǒng)對冷機組使用臺數(shù)進行優(yōu)化控制，降低了冷機的起動次數(shù)，降低了能耗；3） 冷水機供水及回水溫度優(yōu)化控制。系統(tǒng)根據(jù)客戶需要，增加了能效分析功能、詳盡的報表功能，為客戶在管理過程中提供了直接的數(shù)據(jù)，再次體現(xiàn)了我公司的“讓管理更簡單”的理念。我公司致力于成為更加專業(yè)的節(jié)能管理專家，系統(tǒng)能做到更加節(jié)能的，用戶使用更加方便的，實現(xiàn)高程度的系統(tǒng)集成，成為一套建筑設(shè)備節(jié)能管理專家系統(tǒng)。 “InteBASE”管理專家系統(tǒng)的特點 “InteBASE”管理專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制方式相比，具有以下特點：（1）技術(shù)先進，具有趨勢預(yù)測控制功能 充分利用了當代最新科技成果，

7、采用具有趨勢預(yù)測控制功能，使系統(tǒng)具有優(yōu)化控制功能，可以根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)運行環(huán)境及負荷的變化預(yù)測并擇優(yōu)選擇最佳的運行參量和控制方案。 （2）按需供給 其核心思想是：改變過去單純以增加資源供給來滿足日益增長的需求的做法,將提高需求側(cè)的能源利用率從而節(jié)約的資源統(tǒng)一作為一種替代資源,以提高資源的利用效率和利用效益;同時不限制發(fā)展和降低建筑物的服務(wù)標準,將有限的資金投入能耗終端(需求側(cè)) 的節(jié)能所產(chǎn)生的效益要遠高于投資能源生產(chǎn)的效益,建立終端節(jié)能優(yōu)先的思想。 （3）動態(tài)負荷跟隨，實現(xiàn)高效節(jié)能 突破了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的運行方式，實現(xiàn)系統(tǒng)負荷的跟隨性，實現(xiàn)系統(tǒng)運行的趨勢預(yù)測和動態(tài)調(diào)整，確保主機始終處于優(yōu)化的工作狀態(tài)

8、下，使主機始終保持高的熱轉(zhuǎn)換效率，既確?？照{(diào)系統(tǒng)的舒適性，又實現(xiàn)節(jié)能。 （4）多參量控制，運行安全可靠 -有效克服控制過程的振蕩 采用系統(tǒng)模型控制，在系統(tǒng)出現(xiàn)外來擾動（如負荷變化）時，能自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)并消除擾動，使系統(tǒng)能很快趨于新的優(yōu)化的運行狀態(tài)，不會引起振蕩系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 -全面的保護功能 - 有效的抗干擾措施 系統(tǒng)設(shè)置了操作權(quán)限管理功能，可有效防止非授權(quán)人員的無意或蓄意訪問系統(tǒng)，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、傳遞、儲存、使用的安全性。 （5） 人性化設(shè)計，使用操作簡便 遵循“以人為本”的人性化設(shè)計理念，系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計都從用戶操作使用的方便出發(fā)，提供了全漢化的中文軟件界面，以及非常直觀的圖形

9、和圖表，以滿足不同管理人員和操作人員的使用習慣，使操作人員易于理解、易于學習，讓不熟悉計算機的人員也能快速掌握和操作整個系統(tǒng)，很快勝任運行管理工作。第二節(jié)、InteBASE節(jié)能出發(fā)點：1 節(jié)能概念：基于可持續(xù)發(fā)展的要求 我們采用DSM(需求側(cè)能源管理) 和IRP(綜合資源規(guī)劃方法)。其核心思想是：改變過去單純以增加資源供給來滿足日益增長的需求的做法,將提高需求側(cè)的能源利用率從而節(jié)約的資源統(tǒng)一作為一種替代資源,以提高資源的利用效率和利用效益;同時不限制發(fā)展和降低建筑物的服務(wù)標準,將有限的資金投入能耗終端(需求側(cè)) 的節(jié)能所產(chǎn)生的效益要遠高于投資能源生產(chǎn)的效益,建立終端節(jié)能優(yōu)先的思想。2 節(jié)能工作

10、思路：提高能源利用率需求量越大,所需要的資源就越多,能耗也就越高,而服務(wù)曲線的斜率就是資源利用效率的倒數(shù),可見能源利用效率越高,服務(wù)曲線越平坦,滿足等量需求所需要的能耗就會降低。如果試圖在能耗不變的情況下不降低服務(wù)標準,也就是要服務(wù)曲線越平坦,辦法只有提高能源的利用效率。DSM和IRP 的主旨是提高能源的利用效率和利用效益,用最少的資源和能源代價取得最大的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益,終端節(jié)能優(yōu)先。據(jù)測算,終端節(jié)能的投入與生產(chǎn)等量的能源的投入之比為1 :5 ,經(jīng)濟效益和社會效益巨大。蓄冷空調(diào)就是這種思想的典型產(chǎn)物。無論是從科學原理上說還是從技術(shù)經(jīng)濟的角度來說蓄冷空調(diào)是絕不節(jié)能的,但他們恰恰反映了DSM

11、和IRP 的核心思想:提高需求側(cè)的能源利用效率,終端節(jié)能優(yōu)先。以蓄冷空調(diào)為例,蓄冷空調(diào)轉(zhuǎn)移IKW電力負荷的成本大約為800 1200 元,而建一座60 萬KW的火電廠需要約36 億元資金,平均每KW約6000 元,是末端投入的5 7. 5 倍,而且末端節(jié)能的社會效益和環(huán)境效益是不可估量的。美國是DSM和IRP 技術(shù)應(yīng)用最廣泛的國家。美國的許多州政府規(guī)定電力公司如果將其大部分固定資產(chǎn)投入終端節(jié)能領(lǐng)域,其利潤率就可保持在8. 5 % 12. 5 % ,否則就只能保持在8. 2 %。美國環(huán)保署( EPA) 于1992 年發(fā)起和參與了“能源之星(Energy Star) ”計劃,由EPA 向建筑業(yè)主提

12、供無償咨詢服務(wù),但業(yè)主需分5 步對自己的建筑進行終端節(jié)能技術(shù)改造,這些改造項目馬上就取得了立竿見影的效果,公共建筑能耗大幅降低，每年約減少40 % 50 %。 由此可見，關(guān)注終端節(jié)能，轉(zhuǎn)換解決問題的突破口，會為我們創(chuàng)造更高收益。3 節(jié)能的主要問題物質(zhì)水平的飛升提高了人們對室內(nèi)舒適性的要求，從而對空調(diào)有了更多依賴。據(jù)統(tǒng)計，空調(diào)系統(tǒng)的能耗已經(jīng)上升到建筑物運行能耗的40%。而多數(shù)建筑物空調(diào)系統(tǒng)在50% 負荷以下運行時間超過7成 。在傳統(tǒng)的定流量系統(tǒng)中，部分負荷下大流量小溫差現(xiàn)象嚴重，耗費了泵系統(tǒng)的輸送動力。換言之，當今的能源利用存在著較嚴重的供冷與需求不匹配、能源無端耗費的問題?？照{(diào)系統(tǒng)的選型一般是

13、按照建筑產(chǎn)最大設(shè)計熱負荷來選定，且留有余量。而在實際運行中由于季節(jié)、晝夜和使用率的變化，實際熱負荷在絕大部分時間內(nèi)變動劇烈，使機組多數(shù)時間在偏離系統(tǒng)最佳負荷下運行。由于空調(diào)在負荷劇烈變動時工作效率明顯降低，導致在同等輸出量下，過低或過高負荷時耗電量同比最佳負荷時明顯上升。建筑設(shè)備控制中最為復雜的就是空調(diào)系統(tǒng)的控制，監(jiān)控設(shè)備多，控制變量多并且往往相互聯(lián)系相互影響的，其中某個控制變量的改變和調(diào)整，不僅影響該變量所在的局部能耗，而且還將影響整個系統(tǒng)的能耗。而目前應(yīng)用的節(jié)能控制方法多局限于局部優(yōu)化方案，盡管這些控制方案可以達到一定節(jié)能和提高室內(nèi)舒適性的效果，但由于它們只考慮系統(tǒng)的某些局部特性，因而有可

14、能損害或降低系統(tǒng)其他局部的控制質(zhì)量。因此，要真正實現(xiàn)樓宇空調(diào)的優(yōu)化管理和控制，必須從系統(tǒng)的層次上綜合考慮整個系統(tǒng)的控制特性，優(yōu)化控制和管理各控制回路的控制設(shè)定值。4 節(jié)能控制現(xiàn)狀目前在對設(shè)備管理上缺乏協(xié)調(diào)級的控制策略，多數(shù)為基于PID的控制策略，所以造成了整體能源利用率低，問題就是冷凍水供水溫度、冷卻水回水溫度、冷凍水流量、末端壓差及冷機臺數(shù)不是孤立存在的。當末端用冷需求降低時，壓差增大，調(diào)節(jié)泵變頻運行，降低流量或在不適宜量調(diào)節(jié)的場合作適度溫差降低的質(zhì)調(diào)節(jié)。由此可見，量調(diào)節(jié)與質(zhì)調(diào)節(jié)存在耦合關(guān)系，那么究竟讓哪些因素變、變多少？PID控制造成控制獨立分散，PID將對這些參數(shù)的控制分立化，如溫度回路

15、、濕度回路、壓力回路等等，各信息之間不存在相互關(guān)聯(lián)，造成控制上獨立分散的弊端。PID控制更趨向于點對點的相對分散的監(jiān)控，不利于系統(tǒng)集成。在這樣的控制思路下，之前需要解決的探索參數(shù)間內(nèi)部關(guān)聯(lián)，使流程內(nèi)外協(xié)調(diào)運作的預(yù)想變得不再可能。第三節(jié)、InteBASE節(jié)能解決思路1 節(jié)能解決思路系統(tǒng)以能源最優(yōu)化分配為思路，即按需分配，如冷凍站系統(tǒng)能耗主要由冷卻塔、制冷機、冷卻水泵、冷凍水泵能耗4部分組成。每一個設(shè)備都有自身的最優(yōu)工況，而我們所要關(guān)注的是整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，能量在設(shè)備間如何分配，怎樣實現(xiàn)這種分配才能使總能耗最低？2 節(jié)能管理系統(tǒng)的宗旨通過對建筑內(nèi)各類設(shè)備的能耗進行檢測，利用能量管理系統(tǒng)進行能耗分

16、析，獲得能源使用狀況，結(jié)合大樓的運行模式給出能量使用的合理性分析，并據(jù)此給出相應(yīng)的優(yōu)化運行指導意見，調(diào)整系統(tǒng)的運行策略，便于充分利用能量，減少浪費。3實現(xiàn)基礎(chǔ)：建筑集成技術(shù)與智能控制完美結(jié)合計算機技術(shù)的高速發(fā)展促使建筑系統(tǒng)集成技術(shù)日趨成熟，從而為建筑設(shè)備節(jié)能提供更廣闊的發(fā)展條件，一場新的建筑設(shè)備控制技術(shù)的革命即將引發(fā)。在系統(tǒng)集成平臺上，樓宇自控系統(tǒng)、冷水機組、電量計量系統(tǒng)、熱量計量系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防火災(zāi)報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等各個子系統(tǒng)的信息可以自由通訊， 建筑設(shè)備的控制不再僅僅局限于單一設(shè)備或單一系統(tǒng)的反饋控制，而是從建筑整體能耗的角度考慮各個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。在建筑系統(tǒng)集成平臺上，對建筑進

17、行綜合能耗管理，使實現(xiàn)建筑設(shè)備系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行和綜合性能優(yōu)化成為可能。 4 優(yōu)化控制實現(xiàn)條件第一：有一個高度網(wǎng)絡(luò)化的信息平臺，進行數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控。 InterBASE系統(tǒng)集成平臺提供了必要條件，可自由讀寫來自不同通訊協(xié)議的設(shè)備的信息，如冷水機組內(nèi)部的詳細參數(shù)，樓宇自控系統(tǒng)的監(jiān)控點，能量計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，照明系統(tǒng)的狀態(tài)，門禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。第二：有一個準確而高效的優(yōu)化控制預(yù)測模型，能夠?qū)崟r在線預(yù)測系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)。基本控制節(jié)能控制優(yōu)化控制第三：優(yōu)化計算方法能夠快速獲得優(yōu)化解，并能夠適應(yīng)在線檢測信號帶有噪聲的特點，并且從而給出使整個系統(tǒng)總能耗為最小的前提下優(yōu)化各控制變量的設(shè)定值。InteBASE智能樓宇節(jié)能

18、管理系統(tǒng)配置四大功能模塊：1.能耗檢測和趨勢預(yù)測模塊；2.專家和節(jié)能運行模塊；3.節(jié)能控制模式；4.節(jié)能效果的測量與驗證。一、能耗檢測和趨勢預(yù)測，系統(tǒng)具備一種自學習的功能，可以自動將數(shù)據(jù)分析，采用自校正的方法，對下一時刻的能耗有所預(yù)測，進行下一個時刻能源最優(yōu)化的配置。 二、專家模式和節(jié)能運行模式專家模式和節(jié)能運行模式的目的是診斷出建筑物能量使用過程中的不合理之處，提出相應(yīng)運行模式。某一個項目的運行，根據(jù)一周幾天的時間分別采取不同的控制方式，比如時間表、智能控制、手動控制分別進行記錄，進行統(tǒng)計分析。三、節(jié)能控制模式也就是最終將節(jié)能的措施落到實處而不僅僅是停留于建議階段。四、節(jié)能效果的測量與驗證InteBASE能效管理系統(tǒng)擁有專家控制系統(tǒng)，在知識庫中輸入若干實踐經(jīng)驗，需要不斷驗證，包括采用目標函數(shù)、預(yù)測函數(shù)等等。 InteBASE智能樓宇能效管理系統(tǒng)予以概括即： 首先按需分配，將整個樓宇進行分析處理，而不是作為一各環(huán)節(jié)獨立控制，這就是我們InteBASE能效管理系