基于iopeNet技術(shù)的建筑能源管理

松下電器研究開發(fā)（中國）有限公司 PEW中國系統(tǒng)技術(shù)中心 滿容妍

引言

“到2020年單位GDP碳排放比2005年下降40%～45%。”這是我國政府在2009年11月最新提出的控制溫室氣體排放的行動(dòng)目標(biāo)。與此同時(shí)，國家發(fā)改委也明確提出了要加快建設(shè)以低碳為特征的工業(yè)、建筑和交通體系，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在這樣的背景下，“低碳建筑”的思想在國內(nèi)越來越受到重視。所謂“低碳建筑”，不僅需要在施工建造階段采用各種手段減少能源的使用，還需要在建筑物使用過程中，通過科學(xué)的手段進(jìn)行能源管理，實(shí)現(xiàn)更高效的節(jié)能。因此，我們提出基于iopeNet技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑能源管理的概念，從綜合管理和節(jié)能服務(wù)的角度提升建筑能源管理水平，為推動(dòng)“低碳建筑”的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。

1 建筑能源管理

以往我們提到的建筑節(jié)能，更多的是通過設(shè)備本身和提高個(gè)人的節(jié)能意識(shí)來實(shí)現(xiàn)。但這種方式產(chǎn)生的節(jié)能效果有限，如果想要進(jìn)一步地提高節(jié)能效果，就比較困難了。

那么如何實(shí)現(xiàn)持續(xù)高效的節(jié)能呢？那就需要通過建筑能源管理來實(shí)現(xiàn)。建筑能源管理本身包括了利用太陽能、風(fēng)能的“創(chuàng)能”、利用蓄電池的“蓄能”和“節(jié)能”。本文所提到的基于iopeNet的建筑能源管理，是指通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行一元化管理的方式實(shí)現(xiàn)的建筑能源管理（不包括創(chuàng)能和蓄能），包含了非住宅和住宅在內(nèi)。從廣義上來看，非住宅和住宅所包含的系統(tǒng)（設(shè)備）都是相似的，比如照明、空調(diào)等，只是控制的復(fù)雜度、手段有所不同而已，從能源管理的角度講，兩者是相通的。

2 關(guān)于iopeNet

為實(shí)現(xiàn)建筑能源管理，我們提出了對(duì)于建筑物（包括住宅和公共建筑）或特定區(qū)域?qū)嵤┮辉O(shè)備管理的全新理念，而實(shí)現(xiàn)這一理念的便是中國建筑設(shè)計(jì)研究院與Panasonic歷時(shí)3年共同研發(fā)出來的iopeNet開放式建筑機(jī)電設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。通過該網(wǎng)絡(luò)，可以在住宅、辦公樓、公園以及其他特定區(qū)域內(nèi)，針對(duì)照明、空調(diào)、安防等各子系統(tǒng)提供開放式的建筑機(jī)電設(shè)備管理平臺(tái)。iopeNet采用可以輕松支持嵌入式產(chǎn)品的輕量化協(xié)議，通過多協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)各廠商/各類別設(shè)備的綜合管理，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)間的相互通信，通過這種一元化管理將產(chǎn)生規(guī)模管理效益，從而提高節(jié)能效果。

iopeNet是構(gòu)建在IP技術(shù)上的綜合設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。為滿足日益增長的遠(yuǎn)程管理需求，iopeNet支持IPv6。IPv6相比IPv4，具有廣泛的地址空間，安全性也更有保障。因此，通過iopeNet不僅可以對(duì)單個(gè)建筑實(shí)施能源管理、更可以將管理的范圍擴(kuò)展到體育場館、各類公共建筑、社區(qū)乃至整個(gè)城市。iopeNet以能源技術(shù)與信息技術(shù)的結(jié)合為建設(shè)生態(tài)友好型城市提供了有效的手段。

圖1 iopeNet開放式建筑機(jī)電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

3 基于iopeNet實(shí)現(xiàn)建筑能源管理的方式

為實(shí)現(xiàn)建筑能源管理，至少需要具備以下兩個(gè)條件：①能夠準(zhǔn)確掌握（監(jiān)測）能源管理中所需的數(shù)據(jù)；②能夠根據(jù)掌握的準(zhǔn)確信息采取具體的處理（控制）措施。

在非住宅領(lǐng)域，目前智能建筑中由于通信協(xié)議的不統(tǒng)一，不同協(xié)議的設(shè)備底層數(shù)據(jù)難以采集，這已成為掌握管理數(shù)據(jù)的一大障礙，因此迫切需要一種開放式通信協(xié)議，而iopeNet正符合這種需求。不僅如此，iopeNet還將技術(shù)與服務(wù)相結(jié)合的理念引入到建筑物能源管理中。我們將節(jié)能周期劃分為四個(gè)階段，即計(jì)劃、測量、分析、改善：

① 對(duì)要測量的負(fù)載進(jìn)行分類，確定節(jié)能推進(jìn)計(jì)劃；

② 之后對(duì)目標(biāo)負(fù)載的使用現(xiàn)狀進(jìn)行測量；

③ 通過采集數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，選擇最合理的控制方法；

④ 最后根據(jù)實(shí)際情況對(duì)設(shè)備進(jìn)行改善、維護(hù)。

這種能源管理方式也可在家庭、小區(qū)網(wǎng)絡(luò)化的條件下，引入到住宅能源管理領(lǐng)域。例如通過無線或其他技術(shù)，將家用電器接入網(wǎng)絡(luò)，通過物業(yè)管理中心對(duì)家庭能耗進(jìn)行監(jiān)測、管理，以及提供相關(guān)的服務(wù)。

下面，我們把通過構(gòu)筑iopeNet開放式設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行能源管理的方式分為監(jiān)測型和控制型兩大類[2]，分別對(duì)它們的特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

3.1 “監(jiān)測型”節(jié)能

監(jiān)測型節(jié)能通過長期不斷地監(jiān)測能源使用狀況、設(shè)備使用信息等，檢查出設(shè)備老化、調(diào)試不佳以及設(shè)備使用過程中出現(xiàn)的問題，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置。根據(jù)情況，有時(shí)還要通過更換、改造設(shè)備來提高節(jié)能效率。

這種“監(jiān)測型”模式還可通過IPv6技術(shù)延伸為遠(yuǎn)程建筑群管理模式，不僅可以成為那些在各地分布有辦公機(jī)構(gòu)的企業(yè)的管理工具，更可以使用戶通過遠(yuǎn)程享受到由專業(yè)人員提供的能源管理服務(wù)。

隨著我國政府對(duì)建筑節(jié)能重視程度的加深，一些地方政府也開始實(shí)施建筑電能監(jiān)測試點(diǎn)工程。基于iopeNet的能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以滿足上述需求，如圖2所示。底層計(jì)量設(shè)備對(duì)各個(gè)建筑的照明插座、空調(diào)、動(dòng)力、特殊用電分別進(jìn)行測量，通過iopeNet開放式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)將采集上來的數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為iopeNet數(shù)據(jù)通信，最終匯總到節(jié)能總控制中心。不僅可以在網(wǎng)頁上看到當(dāng)日月季年的電量統(tǒng)計(jì)，還可以清晰地看到用電量的數(shù)據(jù)對(duì)比，方便管理部門了解建筑用電的整體情況，制定節(jié)能計(jì)劃。

3.2 “控制型”節(jié)能

圖2 iopeNet能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

“控制型”節(jié)能是指除了根據(jù)掌握的實(shí)際情況采取合理措施之外，還能充分發(fā)揮開放式設(shè)備管理平臺(tái)優(yōu)勢的節(jié)能應(yīng)用。下面介紹的是利用日光節(jié)能方面的應(yīng)用實(shí)例。日光利用是一項(xiàng)被認(rèn)為今后很有發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用自然資源型節(jié)能技術(shù)。該技術(shù)通過在白天開關(guān)百葉窗的方式,積極利用日光,削減照明能耗。但是,存在的問題是,如果積極利用日光,將會(huì)導(dǎo)致熱量流入室內(nèi),進(jìn)而增加空調(diào)能耗。

傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)之間缺乏相互協(xié)調(diào),不能對(duì)它們同時(shí)進(jìn)行控制使總能耗最小。但在開放式系統(tǒng)平臺(tái)條件下，通過專用算法實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)控制則變成了可能，不同設(shè)備間能夠相互通信，聯(lián)動(dòng)自然成了一件輕而易舉的事。如圖3所示，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能夠?qū)γ總€(gè)樓層的百葉窗、空調(diào)、照明系統(tǒng)進(jìn)行集成化處理，使之相互協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“控制型”綜合節(jié)能。

圖3 協(xié)調(diào)控制示意圖

4 結(jié)束語

隨著我國節(jié)能減排力度的不斷深入，建筑能源管理必將成為一個(gè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。iopeNet作為建筑能源管理的解決方案，通過運(yùn)用開放式通信協(xié)議，靈活對(duì)應(yīng)各種設(shè)備，保證系統(tǒng)使用安全，為用戶提供兼具節(jié)能和管理的高附加值服務(wù)。

[1]Panasonic集團(tuán).綠色創(chuàng)意報(bào)告[M].2009.

[2] 寺野真明，十河知也，福永雅一，黃吉文.開放式通信協(xié)議與節(jié)能[J].智能建筑電氣技術(shù),2008,2(2): 31-33.