绿色建筑能耗及其管理系统的应用
来源：绿建之窗
自绿色建筑建设以来，人们更加关注其能耗问题，各项能耗监测和管理系统应运而生。对绿色建筑的能耗现状进行了简要阐述，并结合当前的技术情况，对绿色建筑能耗管理系统的应用进行了具体分析。
我国的能源耗费量十分巨大，其中，能源耗费最多的工业，其次是交通运输业，接下来便是建筑业。我国的建筑能耗占总能耗的比例远远超过欧美发达国家，因此，对于新增建筑，推崇将其建成绿色建筑。建设绿色建筑可以对土地、水、能源、建筑材料等进行合理、有效的利用，进而降低能源消耗。
1 绿色建筑能源管理系统的结构设计
1.1 绿色建筑能源管理系统简述
绿色能源管理系统主要用于收集各种相关的能耗数据，并通过分析数据，优化设备的运行策略，对建筑能耗加以控制，提高能源的利用率，降低对各项能源的消耗。以华大基因中心的绿建展示系统为例，该系统通过综合运用各种软件和硬件，将整个园区环境监测系统与设备监控系统集成展示，从而对绿色建筑的能源耗费进行管理。图1 所示为绿色能源管理系统的功能框架。从图1 不难看出，通过系统管理、设备管理、计费管理、监控管理和统计分析这五大模块，可以对整个系统进行全面的了解。该系统的基础是监测计量，包括对建筑内水、电、空调的耗能以及燃气的耗费等进行计量。通过实时计量，可以为绿色能源管理系统提供依据，保证其他模块的顺利进行。该系统的核心是统计分析，数据的收集可为节能策略的制订提供依据。但是，要想制订合理的能源控制策略，就需要对数据进行对比和分析，从而实现各项子系统的优化。
图1 绿色建筑能源管理系统功能框架
1.2 绿色建筑能源管理系统结构分析
1.2.1 现场设备层
现场设备层主要由各种智能仪表组成，是对各类能源进行计量的装置设备，其主要负责对基层数据进行采集，为监测系统提供原始数据。能源计量装置包括水表、冷量表以及各种形式的电能表。除此之外，各种控制器还构成了采集终端，通过总线连接的方式，安装分布式 I/O 控制器，将采集的各项建筑能耗数据上传至数据中心。
1.2.2 自动化数据处理执行层
自动化数据处理执行层是绿色建筑能源管理系统的核心部分。通过各种系统软件和硬件设备，对采集的各项能耗数据进行汇总、计算、分析，将建筑的能耗情况以图表、声音或者数显等形式反映出来。数据处理执行层的软件主要运用监测系统，硬件设备主要为计算机、UPS 电源和打印机等。其中，监控主机是数据的主要接口，可以实现对数据的采集和转发；打印机受监控系统的控制，可以实现对图形报表的自动打印。
1.2.3 网络通讯层
数据信息的传递和交换需要借助一定的网络通讯设备来实现，网络通讯层便是数据交换的中间桥梁。以太网设备、通讯管理机和总线网络是网络通讯层运用的主要设备，其中，以太网设备主要采用工业级的以太网交换机。通讯管理机由前置机、数据采集处理机和通讯控制器等组成。借助光纤、无线通讯设备和屏蔽双绞线等通讯介质，网络通讯层在整个系统中担负着上传下达的任务——一方面将现场设备层采集的数据信息传输到数据处理层，另一方面将上位机传出的控制命令转达给现场的各个采集设备。
1.2.4 中央管理层
人机交换的直接窗口在中央管理层。中央管理层通过对数据的综合分析，为决策者提供分析结果，同时，系统操作人员可以将能耗的修正指令通过系统的传输下达至数据处理执行层，并对能耗指标作进一步修改，实现对系统能耗的控制，降低绿色建筑的实际耗能量。
1.3 绿色建筑能源管理系统的特点
针对环境监测点数量大、监测系统布线复杂、监测点分布密集等各种特点，建立了绿色建筑能源管理系统。通过运用网络技术，能够对绿色建筑的能耗进行可视化管理，同时系统地分析节能策略，有效降低绿色建筑的能耗量。绿色建筑能源管理系统的特点主要有以下几个：①绿色建筑能源管理系统主要以模块化管理为主，结构框架简单，便于管理各项能耗。一方面，系统的模块管理可以将系统功能有效扩展，更好地满足客户的需求。另一方面，模块化结构操作更加灵活。如果系统出现故障，可以通过增加或者减少传感节点，以方便系统的维修，保障系统的正常工作。②随着网络技术的进步和广泛应用，绿色建筑能源管理系统逐渐完善。将网络技术应用于该系统中，能够对建筑能耗和环境进行统一监测，对各项能耗数据进行采集和传输，并将综合评价结果予以落实，通过多媒体显示的方式将各种能耗呈现给大众。除此之外，也可以通过手机APP 的形式实时查看相关监测数据。③环境监测系统的传感层主要运用的是无线传感技术。该项技术可以减少网络布线，以无线传感网络为主开展工作，对现有的现场设备无需作任何改造。因此，环境监测系统和能耗管理系统的施工量相对较少，建筑的施工投资会有所下降，工程的施工工期也会相应地缩短，极大地促进了绿色建筑工程的建设。④绿色建筑能源管理系统实现了可视化管理。以华大基因中心的绿建展示系统为例，该系统中各项数据指标以图2 所示的形式展现，包括各种图表、声音以及其他形式的动态图画等，将建筑环境和建筑能耗的分析结果展示出来，便于系统操作人员观察和操作。
图2 绿建展示系统各指标显示图
2 绿色建筑能源管理系统的具体应用
2.1 建筑设备监控系统的应用
绿色建筑能源管理系统由多个子系统构成，建筑设备监控系统便是其中之一。该系统主要采用分布式智能控制，对建筑公共区域的通风系统、中央空调系统、污水处理系统和给排水系统等进行监控管理，通过传感器的传导，实现可视化管理。建筑设备监控系统由多种软件和硬件设备组成，其中，软件包括控制层和管理层的各种软件，硬件设备主要有服务器、路由器、工作站、现场控制器、传感器等。该系统通过独立运行实现对建筑设备的监控，并最终与绿色建筑能源管理系统集成。
2.2 智能照明控制系统的应用
智能照明控制系统主要对公共场所的照明进行监控，以提高绿色建筑的节能效果。该系统可以对电梯厅、走廊、大堂和地下停车场的照明进行自动监控，通过相应的条件设置，实现声控照明等，从而起到节能的效果。驱动控制模块、时钟模块、电源模块、服务器、网络通信设备、智能控制面板等组成了智能照明控制系统。该系统通过独立运行实现对绿色建筑照明的控制，并最终与绿色建筑能源管理系统集成。
2.3 多表综合计费系统的应用
多表综合计费系统主要是对建筑内居民的用水、用电量等进行计量。将网络电子水表、网络电表和超声波冷量表安装在用户系统的末端，通过对以上各种能耗数据进行采集和运算，在综合处理以后，计量设备会自动计费，用户可以直接看到费用结果，从而有效提高用户的节能意识。多表综合计费系统可独立运行，主要运用现场设备层的计量装置，通过监控室的管理服务器对数据进行加工处理，形成报表，从而实现自动计费。运用该系统不仅可以降低物业的管理成本，还可以在很大程度上提升物业管理水平。
2.4 建筑电力监控系统的应用
与以上三种系统相同，建筑电力监控系统作为绿色建筑能源管理系统的子系统，可以独立运行，最终与总系统集成。建筑电力监控系统由数据采集单元、通信管理机、通讯网络和服务器和工作站组成，同时还包含各种应用软件。该系统可以对绿色建筑内的各种电力设备进行监测和控制。建筑内有多种电力设备，比如变压器、发电机组、高低压配电系统等。这些设备关系到居民的正常用电，对其进行监控至关重要。建筑电力监控系统具有监测、统计输出、故障分析、故障预警等功能，可以实现对电力设备的自动控制。
3 结束语
随着人们节能意识的逐渐提高，绿色建筑急需有效的能源管理系统对建筑能源和建筑环境进行监测和控制，节约各项能源。绿色能源管理系统可以有效提高建筑能源的利用率，降低建筑内用户的各项能耗，从而节约自然资源，为经济建设贡献力量。
