物聯網控制的智能建筑能源管理系統

趙 翔

（安徽理工大學 電氣與信息工程學院，安徽 淮南 232001）

0 引 言

當前，全國現有的房屋建筑面積達400億平方米，在建筑的建造和使用過程中能源消耗高、利用率低的問題十分突出。有關部門統計數據表明，建筑能耗已經占到目前全社會能耗的30%左右。在國家大力推行節約型社會的今天，人們開始意識到大型辦公樓、酒店、商場等能耗較大的公共建筑在設備運行過程中能耗過高的問題。因此，將照明、空調等電氣設備進行智能化改造是一種簡單高效的節能手段。伴隨著國家節能減排政策的不斷深入，建筑的智能化改造需求也將逐步擴大，為廣大從事智能化的企業留下廣闊的發展空間。

1 建筑能源管理系統的概念

建筑能源管理系統是將建筑物或者建筑物群內的變電站、照明、電梯、空調、供熱、給排水等使用情況進行集中監視、管理和分散控制的系統，是實現建筑物能耗在線檢測和動態分析功能的硬件系統和軟件系統的統稱。建筑能源管理系統由各種計量裝置、數據采集器和能耗數據管理軟件系統組成。

2 建筑能源管理系統的功能

隨著建筑物控制和管理的需求、計算機技術的進步和網絡通信技術的發展，所有的自控設備都可以相互傳遞信息，形成統一的系統，進行建筑能源的綜合控制和管理，即分散監控和集中管理。因此，新一代建筑能源管理系統應具備網絡化、系統開放性和互操作性、優化控制等功能。

2.1 網絡化

物聯網技術在建筑能源管理系統中的應用如下：

（1）通過網絡實現遠程監控和操作以及對綜合信息數據庫的訪問；

（2）增強系統之間的信息和數據交換能力，并與網絡通過防火墻實現無縫連接；

（3）直接使用建筑物中的綜合布線系統；

（4）通過遠程電腦，甚至電話、手機查詢能源系統的運行狀態，進行遠程故障診斷和識別。

2.2 系統開放性和互操作性

標準網絡通信協議一般是開放的，可以把不同廠家生產的各種機器連接在一起實現預期結果。

2.3 優化控制

能源管理系統必須從系統層面上對能耗進行診斷、識別、預測和優化，其關鍵技術是相關預測和優化算法。

3 能源管理系統的結構

建筑能源管理系統的結構概念如圖1所示。從圖1可以看出，能源管理系統由能源管理單元和控制接口兩部分組成。各種信息被一一分配在能源處理單元，經過對話單元傳送到控制接口。各單元之間相互作用，從而實現為用戶服務、收發信息以及完成用戶指令等功能。通過控制接口，用戶指令可以在能源管理的各單元起作用，最終控制建筑物設備。能源數據處理單元進行信息處理、節能運行診斷；控制接口單元分析能源管理單元傳遞的數據信息，并以圖例樣式傳輸給管理人員，方便查詢系統的實時運行數據和歷史數據，了解設備系統的工作狀態，做出科學的管理決策。

圖1 建筑能源管理系統的結構概念

能源管理系統的結構框架如圖2所示。從圖2可以看出，能源管理系統由用戶接口、中央處理器、本地用戶控制三部分構成，可通過SIEMENS公司的Apogee三層網絡結構和Insight軟件對建筑能源管理系統做全面了解。用戶接口部分通過用戶接口站把中央服務器和本地用戶控制兩部分連接起來，用以收發信息和傳輸指令。在工作站的建造過程中，設置若干不同權限的密碼十分必要，按照個人需求和權限對建筑物的控制網絡加以設置。通過Insight的System Profile功能，用戶對能源管理系統網絡的組態一目了然，同時也可對本地控制層和用戶接口部分增添裝置（網端、工作站等），并設置相應參數（名稱、地址、通信速率等），完成網絡設置，用戶可通過網絡結構清楚地看到設備的狀態。

Insight系統的網絡管理結構如圖3所示。從圖3可以看出，控制部分在Apogee系統中由模塊（樓層控制MBC和建筑物控制器MEC）以及網關直接連接而成。在工作站上對MBC，MEC完成設置管理。建筑物的能源單元由網關與網絡連接而成，MBC連接樓層能源設備，由網絡監控管理。MBC和MEC擁有較多監控模塊，能夠解決各種能源管理問題，如尖峰負載控制、周期性節能等，可用來進行復雜的程序控制，以便找到最佳的節能方法。

圖3 Insight系統的網絡管理結構

4 結 語

綜上所述，通過成熟的能源數據采集、獲取、傳輸以及海量數據管理平臺，建筑能效管理系統可實時對建筑能源消耗做出分析、設備維護管理以及提出維護優化方案，實現對建筑能源的有效管理和節能增效。