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(jì)的不斷發(fā)展和科技的突飛猛進(jìn)，人們對(duì)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(dá)國家的建筑能耗達(dá)到總能耗的40%50%，我國的建筑能耗也達(dá)到30%以上。而目前人類所消費(fèi)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(jì)，按目前的消費(fèi)增長(zhǎng)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(yán)峻的地步，“保護(hù)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(jì)社會(huì)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(yùn)行，而能耗是次要問題，因此那時(shí)的控制根本談不上節(jié)約能耗，比如冷機(jī)的啟/停、性能調(diào)節(jié)等基本是手動(dòng)的，也有氣動(dòng)或電動(dòng)比例分析監(jiān)控設(shè)備。例如用手動(dòng)或氣動(dòng)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(jī)，使空調(diào)控制在滿足負(fù)荷、保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的條件下開始注意節(jié)能，這時(shí)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(shí)間，新風(fēng)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(dú)立，實(shí)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(dāng)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(shí)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(duì)設(shè)備進(jìn)行綜合管理，給出設(shè)定值及各種時(shí)變運(yùn)行模式，方便用戶的使用和管理。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)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(chǎng)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(tái)上，樓宇自控系統(tǒng)、冷水機(jī)組、電量計(jì)量系統(tǒng)、熱量計(jì)量系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等各個(gè)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(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。在建筑系統(tǒng)集成平臺(tái)上，對(duì)建筑進(jìn)行綜合能耗管理，使實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)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(jìn)的Internet技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)，以建筑節(jié)能為目標(biāo)，在其InteBASE成系統(tǒng)上對(duì)建筑設(shè)備進(jìn)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(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能為目標(biāo)，以強(qiáng)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(píng)價(jià)指標(biāo)，以客戶的多元需求為服務(wù)宗旨，本著實(shí)際、實(shí)用、有效的原則，開發(fā)了本套軟件并在實(shí)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(tái)上，根據(jù)各個(gè)集成子系統(tǒng)的上傳數(shù)據(jù)，從整個(gè)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(duì)監(jiān)控設(shè)備參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。針對(duì)既有建筑的節(jié)能改造，根據(jù)節(jié)能改造要求，可單獨(dú)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(yùn)行策略、能耗分析、維護(hù)服務(wù)、系統(tǒng)管理等功能。系統(tǒng)采用上位機(jī)軟件管理功能、下位機(jī)程序功能的方式，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。冷源節(jié)能管理系統(tǒng)采用先進(jìn)的節(jié)能理念，有效的節(jié)能措施，如：1） 增加負(fù)荷的預(yù)測(cè)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(jìn)行系統(tǒng)的預(yù)測(cè)，增強(qiáng)冷源系統(tǒng)的預(yù)測(cè)能力

6、；2） 冷水機(jī)組臺(tái)數(shù)優(yōu)化控制：根據(jù)較合理的系統(tǒng)預(yù)測(cè)，系統(tǒng)對(duì)冷機(jī)組使用臺(tái)數(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制，降低了冷機(jī)的起動(dòng)次數(shù)，降低了能耗；3） 冷水機(jī)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(bào)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(jiǎn)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(shí)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(diǎn) “InteBASE”管理專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制方式相比，具有以下特點(diǎn)：（1）技術(shù)先進(jìn)，具有趨勢(shì)預(yù)測(cè)控制功能 充分利用了當(dāng)代最新科技成果，

7、采用具有趨勢(shì)預(yù)測(cè)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(yùn)行環(huán)境及負(fù)荷的變化預(yù)測(cè)并擇優(yōu)選擇最佳的運(yùn)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(zhǎng)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(shí)不限制發(fā)展和降低建筑物的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn),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(yuǎn)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(dòng)態(tài)負(fù)荷跟隨，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能 突破了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)荷的跟隨性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的趨勢(shì)預(yù)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保主機(jī)始終處于優(yōu)化的工作狀態(tài)

8、下，使主機(jī)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(shí)現(xiàn)節(jié)能。 （4）多參量控制，運(yùn)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(dòng)（如負(fù)荷變化）時(shí)，能自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)并消除擾動(dòng)，使系統(tǒng)能很快趨于新的優(yōu)化的運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)引起振蕩系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 -全面的保護(hù)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(chǔ)存、使用的安全性。 （5） 人性化設(shè)計(jì)，使用操作簡(jiǎn)便 遵循“以人為本”的人性化設(shè)計(jì)理念，系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)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(xí)慣，使操作人員易于理解、易于學(xué)習(xí)，讓不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能快速掌握和操作整個(gè)系統(tǒng)，很快勝任運(yùn)行管理工作。第二節(jié)、InteBASE節(jié)能出發(fā)點(diǎn)：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(zhǎng)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(shí)不限制發(fā)展和降低建筑物的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn),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(yuǎn)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(huì)降低。如果試圖在能耗不變的情況下不降低服務(wù)標(biāo)準(zhǔn),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(jià)取得最大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益,終端節(jié)能優(yōu)先。據(jù)測(cè)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(jì)效益和社會(huì)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(xué)原理上說還是從技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(fù)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(huì)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(rùn)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(jì)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(duì)自己的建筑進(jìn)行終端節(jié)能技術(shù)改造,這些改造項(xiàng)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(huì)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(duì)室內(nèi)舒適性的要求，從而對(duì)空調(diào)有了更多依賴。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)系統(tǒng)的能耗已經(jīng)上升到建筑物運(yùn)行能耗的40%。而多數(shù)建筑物空調(diào)系統(tǒng)在50% 負(fù)荷以下運(yùn)行時(shí)間超過7成 。在傳統(tǒng)的定流量系統(tǒng)中，部分負(fù)荷下大流量小溫差現(xiàn)象嚴(yán)重，耗費(fèi)了泵系統(tǒng)的輸送動(dòng)力。換言之，當(dāng)今的能源利用存在著較嚴(yán)重的供冷與需求不匹配、能源無端耗費(fèi)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(jì)熱負(fù)荷來選定，且留有余量。而在實(shí)際運(yùn)行中由于季節(jié)、晝夜和使用率的變化，實(shí)際熱負(fù)荷在絕大部分時(shí)間內(nèi)變動(dòng)劇烈，使機(jī)組多數(shù)時(shí)間在偏離系統(tǒng)最佳負(fù)荷下運(yùn)行。由于空調(diào)在負(fù)荷劇烈變動(dòng)時(shí)工作效率明顯降低，導(dǎo)致在同等輸出量下，過低或過高負(fù)荷時(shí)耗電量同比最佳負(fù)荷時(shí)明顯上升。建筑設(shè)備控制中最為復(fù)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(gè)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(gè)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?jī)?yōu)化方案，盡管這些控制方案可以達(dá)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(shí)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(gè)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(duì)設(shè)備管理上缺乏協(xié)調(diào)級(jí)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(jī)臺(tái)數(shù)不是孤立存在的。當(dāng)末端用冷需求降低時(shí)，壓差增大，調(diào)節(jié)泵變頻運(yùn)行，降低流量或在不適宜量調(diào)節(jié)的場(chǎng)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(dú)立分散，PID將對(duì)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(dú)立分散的弊端。PID控制更趨向于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的相對(duì)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(yùn)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(jī)、冷卻水泵、冷凍水泵能耗4部分組成。每一個(gè)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(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，能量在設(shè)備間如何分配，怎樣實(shí)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(duì)建筑內(nèi)各類設(shè)備的能耗進(jìn)行檢測(cè)，利用能量管理系統(tǒng)進(jìn)行能耗分

16、析，獲得能源使用狀況，結(jié)合大樓的運(yùn)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(yùn)行指導(dǎo)意見，調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行策略，便于充分利用能量，減少浪費(fèi)。3實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)：建筑集成技術(shù)與智能控制完美結(jié)合計(jì)算機(jī)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(chǎng)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(tái)上，樓宇自控系統(tǒng)、冷水機(jī)組、電量計(jì)量系統(tǒng)、熱量計(jì)量系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等各個(gè)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(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。在建筑系統(tǒng)集成平臺(tái)上，對(duì)建筑進(jìn)

17、行綜合能耗管理，使實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行和綜合性能優(yōu)化成為可能。 4 優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn)條件第一：有一個(gè)高度網(wǎng)絡(luò)化的信息平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控。 InterBASE系統(tǒng)集成平臺(tái)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(jī)組內(nèi)部的詳細(xì)參數(shù)，樓宇自控系統(tǒng)的監(jiān)控點(diǎn)，能量計(jì)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(gè)準(zhǔn)確而高效的優(yōu)化控制預(yù)測(cè)模型，能夠?qū)崟r(shí)在線預(yù)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)?；究刂乒?jié)能控制優(yōu)化控制第三：優(yōu)化計(jì)算方法能夠快速獲得優(yōu)化解，并能夠適應(yīng)在線檢測(cè)信號(hào)帶有噪聲的特點(diǎn)，并且從而給出使整個(gè)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(cè)和趨勢(shì)預(yù)測(cè)模塊；2.專家和節(jié)能運(yùn)行模塊；3.節(jié)能控制模式；4.節(jié)能效果的測(cè)量與驗(yàn)證。一、能耗檢測(cè)和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，系統(tǒng)具備一種自學(xué)習(xí)的功能，可以自動(dòng)將數(shù)據(jù)分析，采用自校正的方法，對(duì)下一時(shí)刻的能耗有所預(yù)測(cè)，進(jìn)行下一個(gè)時(shí)刻能源最優(yōu)化的配置。 二、專家模式和節(jié)能運(yùn)行模式專家模式和節(jié)能運(yùn)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(yùn)行模式。某一個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)行，根據(jù)一周幾天的時(shí)間分別采取不同的控制方式，比如時(shí)間表、智能控制、手動(dòng)控制分別進(jìn)行記錄，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(shí)處而不僅僅是停留于建議階段。四、節(jié)能效果的測(cè)量與驗(yàn)證InteBASE能效管理系統(tǒng)擁有專家控制系統(tǒng)，在知識(shí)庫中輸入若干實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，需要不斷驗(yàn)證，包括采用目標(biāo)函數(shù)、預(yù)測(cè)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(gè)樓宇進(jìn)行分析處理，而不是作為一各環(huán)節(jié)獨(dú)立控制，這就是我們InteBASE能效管理系