研華BEMS樓宇能源管理系統(tǒng)方案

1、基于Web 的研華BEMS 樓宇能源管理系統(tǒng)方案1 引言建筑能耗在總能耗中的比例，反映了一個國家或地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平和生活質(zhì)量。目前主要發(fā)達國家的建筑能耗均已占社會總能耗的1/3左右。我國建筑能耗比例雖然不及發(fā)達國家，但由于建筑市場的飛速發(fā)展，建筑能耗占總能耗比例逐年上升。資料顯示，未來幾年內(nèi)寫字樓、公寓、飯店、會展中心等大型公共建筑會大幅度增加，在2020年前我國將新增約10億m2大型公共建筑。而我國約90%以上的大型公共建筑是典型的耗（電）能大戶，在能源需求日趨緊張的情況下，采用多種手段實現(xiàn)建筑節(jié)能是必然的選擇。如何進行建筑能耗量化管理以及效果評估，降低建筑運行過程中所消耗的能量，包括空調(diào)

2、、照明、采暖、電梯以及辦公設(shè)備等的能耗，從而降低運行成本，成為大樓業(yè)主最為關(guān)注的問題。要想降低能源消耗就必須采取有效的方式管理能源。對于一棟現(xiàn)代化的大樓而言，在沒有安裝 BEMS的時候，由于很難了解大樓內(nèi)空調(diào)、照明等耗能設(shè)備的運行情況，統(tǒng)計顯示有35%50%的能源因此而浪費。另一方面，工業(yè)和商業(yè)用電付費時有一個參數(shù)是要加以考慮的：契約用電容量。耗能設(shè)備全部運行時會產(chǎn)生很強的用電需求，一個月中哪怕只有1520分鐘的用電負荷超出契約容量，全月的基本電費仍基于最高負荷收費。統(tǒng)計顯示這些額外的費用通常占企業(yè)用電帳單的25%2。BEMS 就是將建筑物或者建筑群內(nèi)的變配電、照明、電梯、空調(diào)、供熱、給排水等

3、能源使用狀況，實行集中監(jiān)視、管理和分散控制的管理與控制系統(tǒng)，是實現(xiàn)建筑能耗在線監(jiān)測和動態(tài)分析功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的統(tǒng)稱。它由各計量裝置、數(shù)據(jù)采集器和能耗數(shù)據(jù)管理軟件系統(tǒng)組成。BEMS 通過實時的在線監(jiān)控和分析管理實現(xiàn)以下效果：1）對設(shè)備能耗情況進行監(jiān)視，提高整體管理水平；2）找出低效率運轉(zhuǎn)的設(shè)備；3）找出能源消耗異常；4）降低峰值用電水平。BEMS 的最終目的是降低能源消耗，節(jié)省費用。2 標準在進行BEMS產(chǎn)品設(shè)計和節(jié)能項目技術(shù)方案設(shè)計時，參考了目前國際上和國內(nèi)現(xiàn)行的一些能源管理系統(tǒng)方面的相關(guān)標準，尤其在BEMS數(shù)據(jù)遠傳接口中符合了國家現(xiàn)行的相關(guān)標準規(guī)范的規(guī)定。2.1 國際標準1）IEEE

4、 Std 739-1995, IEEE Recommended Practice for Energy Management in Industrial and Commercial Facilities由美國電氣電子工程師學(xué)會頒布，給出了工業(yè)和商業(yè)企業(yè)系統(tǒng)中各系統(tǒng)和設(shè)備能量消耗監(jiān)控和管理的指導(dǎo)性建議。如何做能源審計，以考察各設(shè)備有無能源浪費現(xiàn)象。對于照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、電機、空壓機等系統(tǒng)分別給出了能效判斷和提高能效的方法。2）IPMVP 國際節(jié)能效果測量和認證規(guī)程由國際節(jié)能效果測量和認證規(guī)程委員會頒布，MVP為確認能效、節(jié)水和可再生能源項目實施效果提供了現(xiàn)有最佳技術(shù)的總體情況。2.2 國內(nèi)標

5、準為能耗統(tǒng)計、能源審計、能效公示、用能定額和超定額加價等制度的建立準備條件，促使辦公建筑和大型公共建筑提高節(jié)能運行管理水平，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在 2008 年 6 月正式頒布了一套國家機關(guān)辦公建筑及大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則，共包括 5 個導(dǎo)則（以下統(tǒng)稱導(dǎo)則）：分項能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則；分項能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則；樓宇分項計量設(shè)計安裝技術(shù)導(dǎo)則；數(shù)據(jù)中心建設(shè)與維護技術(shù)導(dǎo)則；系統(tǒng)建設(shè)、驗收與運行管理規(guī)范。在進行產(chǎn)品設(shè)計時，主要參考了分項能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則、分項能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則和樓宇分項計量設(shè)計安裝技術(shù)導(dǎo)則。分項能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則規(guī)定了統(tǒng)一的能耗數(shù)據(jù)分類、分項方法及編碼規(guī)則，為實現(xiàn)分項能耗

6、數(shù)據(jù)的實時采集、準確傳輸、科學(xué)處理、有效儲存提供支持。分項能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則規(guī)定了能耗監(jiān)測系統(tǒng)中能耗計量裝置、數(shù)據(jù)采集器和各級數(shù)據(jù)中心之間的能耗數(shù)據(jù)傳輸過程和格式。樓宇分項計量設(shè)計安裝技術(shù)導(dǎo)則統(tǒng)一了樓宇分項計量和冷熱量計量的方法。根據(jù)建筑的使用功能和用能特點，導(dǎo)則將國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分為 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（指除上述 7 種建筑類型外的建筑）。對于每一類建筑，需要采集的數(shù)據(jù)指標分為建筑基本情況數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)采集指標大兩類。建筑基本情況數(shù)據(jù)包括建筑名稱、建筑地址、建設(shè)年代

7、、建筑層數(shù)、建筑功能、建筑總面積、空調(diào)面積、采暖面積、建筑空調(diào)系統(tǒng)形式等表征建筑規(guī)模、建筑功能、建筑用能特點的參數(shù)。能耗數(shù)據(jù)采集指標包括各分類能耗和分項能耗的逐時、逐日、逐月和逐年數(shù)據(jù)，以及各類相關(guān)能耗指標。各分類能耗、分項能耗以及相關(guān)能耗指標的具體內(nèi)容見下表。分類能耗電量 水耗量燃氣量(天然氣量或煤氣量)集中供熱耗熱量集中供冷耗冷量分項能耗照明插座用電（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）（將分類能耗中電空調(diào)用電（冷熱站用電、空調(diào)末端用電）量分項，其他不分）動力用電（電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機用電）特殊用電（信息中心、廚房餐廳等其他特殊用電）能耗指標建筑總能耗（折算標準煤量

8、）總用電量分類能耗量分項用電量單位建筑面積用電量單位空調(diào)面積用電量單位建筑面積分類能耗量單位空調(diào)面積分類能耗量單位建筑面積分項用電量單位空調(diào)面積分項用電量導(dǎo)則中規(guī)定了能耗數(shù)據(jù)圖表展示方式應(yīng)直觀反映和對比各項采集數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢和分布情況，并給出了多種數(shù)據(jù)圖表展示方式的建議，比如餅圖、柱狀圖、線圖、區(qū)域圖、分布圖、混合圖、甘特圖、儀表盤或動畫等。為保證能耗數(shù)據(jù)可進行計算機或人工識別和處理，保證數(shù)據(jù)得到有效的管理和支持高效率的查詢服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)組織、存儲及交換的一致性，導(dǎo)則制定了能耗數(shù)據(jù)遠傳的編碼規(guī)則，并詳細制定了代碼結(jié)構(gòu)。3 研華樓宇能源管理系統(tǒng)研華樓宇能源管理系統(tǒng) BEMS 的設(shè)計開

9、發(fā)基于第二節(jié)中所闡述的國際國內(nèi)標準。研華 BEMS 由硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)組成。硬件設(shè)備中計量表和采集器的選型可參照導(dǎo)則中的規(guī)定，用于對用電設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和存儲分析。軟件系統(tǒng)基于 WebAccess 組態(tài)軟件開發(fā)，繼承了 WebAccess 可組態(tài)、可遠程維護等一系列的優(yōu)點。能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)采集、監(jiān)視、管理和控制樓宇中的各種分類和分項能耗數(shù)據(jù)，提供豐富的數(shù)據(jù)圖表和報表展示方式以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能，幫助用戶隨時隨地的掌握能源消耗情況，并找出能源使用異常、建立能源削減計劃。能耗監(jiān)測與管理子系統(tǒng)嵌在 WebAccess 的工程節(jié)點和監(jiān)控節(jié)點，能耗數(shù)據(jù)由 WebAccess 監(jiān)控節(jié)點采集，工程節(jié)點可配

10、置能源管理工程，存儲、統(tǒng)計、分析能耗數(shù)據(jù)，并提供 Web 服務(wù)進行數(shù)據(jù)圖表展示。需要特別指出的是，由于 BEMS 可組態(tài)的優(yōu)點使得 BEMS 的應(yīng)用范圍不僅僅局限于樓宇行業(yè)。對于工業(yè)企業(yè)用電，比如鋼鐵、石油化工等企業(yè)，通過用戶的靈活組態(tài)，同樣可以實現(xiàn)這些企業(yè)的能源管理。研華 BEMS 能源管理系統(tǒng)幫助用戶實現(xiàn)以下需求： 1）建立實時能耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時能耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括各計量裝置、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)采集軟件。實時數(shù)據(jù)保存到能源管理系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)庫中，各級管理人員在自己的辦公室里就可以利用瀏覽器訪問能源管理系統(tǒng)，根據(jù)權(quán)限瀏覽全部或部分相關(guān)能源計量信息。2）建立能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與

11、分析功能提供各分類分項能耗數(shù)據(jù)的逐時、逐日、逐月、逐年的統(tǒng)計圖表和文本報表，以及各類相關(guān)能耗指標的圖表，各級管理人員可以對能源的班用量、日用量、月用量進行比對，分析能源使用過程中的漏洞和不合理情況，調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費，達到節(jié)能降耗之目的。3）建立能源使用計劃根據(jù)目前的能源使用情況，做出能源使用計劃。根據(jù)能源使用需求，制訂能源采購、生產(chǎn)、供應(yīng)計劃，做到生產(chǎn)有目的，使用有計劃，在能源方面保障生產(chǎn)平穩(wěn)且能源使用合理、節(jié)儉，避免浪費現(xiàn)象發(fā)生。4）建立能源折標系統(tǒng)對于不同種類能源的使用情況，必須折合成標準單位才能進行比較和綜合，建立能源折標系統(tǒng)，以便能對不同的能源進行合并比較。3

12、.1 能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)能耗監(jiān)測與管理子系統(tǒng)由各計量裝置、數(shù)據(jù)采集器、管理系統(tǒng)（Web 服務(wù)器）組成，它幫助用戶建立實時能耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析系統(tǒng)、能源使用計劃和能源折標系統(tǒng)。3.1.1 系統(tǒng)架構(gòu)下圖給出了能耗監(jiān)測與管理子系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。系統(tǒng)采用三層的分布式結(jié)構(gòu)。各種計量裝置用來度量各種分類分項能耗，包括電能表（含單相電能表、三相電能表、多功能電能表）、水表、燃氣表、熱（冷）量表等。計量裝置具有數(shù)據(jù)遠傳功能，通過現(xiàn)場總線與數(shù)據(jù)采集器連接，可以采用多種通訊協(xié)議（如 MODBUS 標準開放協(xié)議）將數(shù)據(jù)輸出。WebAccess 的監(jiān)控節(jié)點為能耗監(jiān)測與管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器。管理系統(tǒng)設(shè)

13、在 WebAccess 的工程節(jié)點，數(shù)據(jù)采集器通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳至管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。用戶在 WebAccess 的工程節(jié)點可以對能源管理工程進行組態(tài)和瀏覽能耗數(shù)據(jù)。管理系統(tǒng)的通訊接口可以將能耗數(shù)據(jù)按照國家機關(guān)辦公建筑及大型公共建筑分項能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則遠傳至上層的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站或省部級數(shù)據(jù)中心。3.1.2 數(shù)據(jù)的組織方式能耗監(jiān)測與管理子系統(tǒng)提供靈活的組態(tài)功能，用戶可以根據(jù)實際需要配置能源管理工程。能源管理工程下可包含多個能源管理組，能源管理組包含多個能源管理成員，也可包含能源管理組。以某大樓為例，配置好的能源管理組表示了該大樓的各分類和分項能耗。3.1.3 系統(tǒng)功能1）能耗報告（Energy

14、Profile）各能源管理組逐時、逐日、逐月、逐年能耗值報告，幫助用戶掌握自己的能源消耗情況，找出能源消耗異常值。單位面積能耗（EUI）等多種相關(guān)能耗指標報告為能耗統(tǒng)計、能源審計提供數(shù)據(jù)支持。溫度、濕度參考功能幫助分析能耗數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)的相關(guān)性。2）能耗排名（Energy Ranking）不同時間范圍下能源管理組的能耗值排序，幫助找出能效最低和最高的設(shè)備單位。3）能耗比較（Energy Comparison）不同時間范圍內(nèi)能源管理組能耗值的比較。4）日平均報告（Average Daily Profile）任何一天每 15 分鐘平均能耗需求的報告。幫助用戶了解自己的能耗模式并找出超出預(yù)期的峰值需

15、求，為與電力公司簽訂合同時提供參考。5）偏差分析（Deviation Report）任何一天不同時段能耗值與管理設(shè)定值的偏差表示。紅色偏差值表示實際能耗值超出了能耗使用計劃值，指出能源消耗的增加傾向。6）最大值/最小值分析（Max/Min Value Analysis）不同時間范圍內(nèi)能耗值的最大值/最小值分析。可以分析各系統(tǒng)和設(shè)備能源消耗與時間的相關(guān)關(guān)系。7）一次能源折算（Primary Energy Profile）將企業(yè)能耗值折算為熱量(MJ)、標準煤以及原油、原煤等一次能源消耗量和相對的 CO2 釋放量。8）成本報告（Cost Profile）各能源管理組逐日、逐月、逐年能耗費用報告。根

16、據(jù)能量表的數(shù)據(jù)和費率結(jié)構(gòu)計算能耗費用，幫助管理能源成本。用戶可以設(shè)定能耗成本基準，根據(jù)與實際成本偏差去設(shè)定預(yù)算，有助于減少能源采購中的風(fēng)險。9）成本排名（Cost Ranking）不同時間范圍下能源管理組的成本值排序。幫助找出能源消費最低和最高的設(shè)備單位。10）統(tǒng)計報表（Statistical Report）分類和分項能耗數(shù)據(jù)的年/月/日統(tǒng)計報表。讓用戶對企業(yè)能源消耗情況一目了然，并能幫助用戶合理分配能源使用結(jié)構(gòu)。3.1.4 數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器采用研華提供的智能數(shù)據(jù)采集終端，具有如下特點：l無風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)，永不當機l鋁鎂外殼超薄設(shè)計，前面板符合 NEMA4/IP65 標準l預(yù)裝嵌入式操作系統(tǒng)

17、，支持遠程界面維護l預(yù)裝嵌入式數(shù)據(jù)采集軟件與 XML 數(shù)據(jù)通訊軟件l自動數(shù)據(jù)采集和存儲，自動上傳數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫l符合數(shù)據(jù)采集器的相關(guān)軟硬件標準規(guī)格：CPU：Celeron-M 1GHz，集成 256/512MB DDR（默認 256MB DDR）電池備份 RAM：512KB RAMVGA/鍵盤/鼠標：DB-15VGA 接口，PS/2 鍵盤和鼠標串口：2RS-232 和 2RS232/422/485，DB-9 接口- RS-485 數(shù)據(jù)流自動控制- RS-485 隔離 1500VRMS- RS-232 最大傳輸距離： 15m- RS-485 最大傳輸距離： 1.2km串口速度： RS-23

18、2 50 115.2kbps RS-422/485 50 921.6kbps以太網(wǎng)接口：2 個 10/100BASE-T RJ-45 端口USB 接口：2 個 USB 端口，符合 USB UHC1 Rev. 1.1 規(guī)格LED 指示燈：電源、IDE、RAM 電池備份報警PC/104：2 個 PC/104 擴展硬盤：內(nèi)置硬盤托架，安裝 2.5 寸硬盤電源：9 36VDC （建議 24 VDC） 功耗：22W（典型）電源要求：最小 48W，+24V2A工作溫度：-1050（14122） 585%相對濕度相對濕度：95%40尺寸（W×D×H）：255×152×50mm（10 ×6.0 ×2.0）3.1.4 智能儀表DTSD342 三相電子式多功能電能表DTSD342/DSSD332-1W 三相電子式多功能電能表是一款集電網(wǎng)有功電能計、 LCD 顯示、RS485 通信于一體的多功能電儀表。功能特點1計功能：計總及分相的有功電能；反向是否計入正向可選擇（事先按用戶合同要求廠內(nèi)預(yù)制）2象限指示：可通過 LCD 指示儀表當前運的象限。3通信功能：支持Modbus/RTU 協(xié)議。4功脈沖：儀表提供空節(jié)點有功脈沖輸出 ,脈沖輸出寬為 (80±5)ms, 最大容許通過電為5