国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心武汉430000
摘要：随着我国智能建筑领域的快速发展，以及国家对建筑节能的日益重视，新建公共建筑设计理念不断朝着智能化、集成化方向发展，已建大型公共建筑智能化改造、节能改造也成为一种新趋势。本文以武汉市某办公楼为例，该建筑因设计原因，未考虑能源的智能监控系统，导致后期能源管理十分不便，节能减排措施也无法系统化制定。本文以该办公楼中能源智能监控系统为研究对象，根据实际情况着重分析其水、电、气、照明、设备等系统的组成及运行现状，并在智能改造的基础上总结得到各自的智能监测和控制方案。
关键词：智能；监控系统；节能
引言
随着城镇化的快速发展，大型公共建筑的兴建以及中央空调的应用逐渐增加，建筑能耗亦随之上升，全球范围的能源消耗与短缺日趋严重。目前，我国建筑能耗具有三个显著特点:(1)在总能耗中，建筑能耗所占的比重迅速上升;(2)单位建筑面积产生的能耗普遍较高;(3)能源结构不合理。结合建筑能耗特点，从可持续发展的角度出发，建筑节能的关键在于使用可再生能源、提高能源的利用效率。目前，与国际先进水平相比，我国资源利用率较世界先进水平低约20%～30%。在建筑运行过程中采用自控系统优化运行管理，一方面能够保障建筑节能设计成果;另一方面，能通过合理的运行弥补设计不尽合理的建筑与能源系统带来的不足(例如满负荷设计、低负荷运行的状况)。在智能建筑能源管理中采用自控系统，可以提高能量利用效率，达到节能、减排的目的，也为旧建筑的生态化改造提供了新的思路。本研究以武汉市某办公楼中的能源智能监控系统为研究对象，着重分析其水电气、空调、照明等部分自控系统的组成及运行现状，总结各自的优化控制方法。并以系统集成的角度分析了能源智能监控系统对于建筑能源管理的节能作用，以期为能源智能监控系统在建筑节能改造中的推广与应用提供一定的参考。
图2现有楼层空调配电箱
1.研究目标建筑能源系统现状分析
该建筑占地面积：47106.25㎡，建筑面积：81840.45㎡，包括三座主楼1#楼、2#楼、3#楼、5#楼，三座裙楼6#楼、7#楼，1号楼有8层、2号楼有17层、3号楼有9层，5号楼有3层为食堂，6号楼有1层为展览厅，7号楼有1层为报告大厅1#、2#、3#为主楼，5#、6#、7#裙楼，地下共两层。总高度约134米，地上37层，地下2层。该办公楼能源监控系统的主要研究对象为暖通空调系统、配电系统、照明系统、水系统、燃气系统等。
1.1园区建设有电、水、天然气及空调系统，其中，电力系统的中心配电间和低压配电间可实现运行数据的自动记录；水、气及空调无远程监控功能，需现场手动控制。
1.2无分级计量，除各楼层水管井设一机械式水表外，电、天然气均无分级计量表；无灯控，所有灯光需逐个按键开启关闭，无定时、声控等技术；无温控，空调风机盘管控制终端不能起到温控作用。
1.3热源系统是由2台锅炉、2台热水循环泵组成，制冷系统是由3台制冷机、3台冷却塔风机、4台冷却水泵、4台冷冻水泵，均无运行状态监控、故障报警，远程启停控制等功能。冷水主机每台46KW，冷冻水泵每台55KW，冷却水泵每台55KW，热水泵每台30KW。暖通机房所控设备总计668KW。
1.4空调系统由105台风柜和1194台风机盘管组成，均无运行状态监控、故障报警、手自动状态，远程启停控制等功能。所有房间风机盘管为机械式控制面板，无远程传输接口，不能做到集中监视。
图3现有风机盘管控制面板
图4现有冷冻/冷却水泵/热水泵控制柜
2.研究目标建筑能源监控系统改造方案分析
为实现对研究项目园区内各类能耗进行实时在线监视，对能耗数据进行自动采集、储存及查询，及时了解各设备各时段能耗数据，同时对水、电、气、空调等设备进行远程控制和启停自动设定等，实现智能化管理。该项目建筑能源监控系统改造方案研究主要包含水系统控制、照明系统控制、燃气系统控制、空调系统控制、设备系统控制等几个方面。
2.1水系统控制
主要是对园区的生活水用量和消防用水量进行计量和远程抄表的系统；实现分级计量（总表--楼栋--到每层），系统主要由前端的网络智能水表和通讯管理器组成。
2.2照明系统控制
主要是对公共区域照明（室内/室外/地库）、办公区域走道照明进行远程自动控制，对用户的用电量进行计量和远程抄表的系统，主要包括1#楼、2#楼、3#楼办公楼过道区域（共计630个回路）、重要会议室（20个回路）、园区景观照明（16个回路）、园区外围照明（16个回路），系统主要由前端的网络智能电表和通讯管理器组成。
2.3燃气系统控制
燃气系统主要分两部分，一部分是锅炉制暖用气，包括两台锅炉，一部分是食堂用气，包括三层分支。实现分级计量和远程控制（总表—每台锅炉燃气表—食堂每层燃气表），系统主要由前端的网络智能燃气表和通讯管理器组成。
2.4空调系统控制
通过在风机盘管的支路入口处设置流量表、供回水压差变送器与温度传感器等监控模块，对风机盘管的水阀进行实时监测和控制。现有所有空调面板控制器均为机械式控制器，需更换成带有通讯功能的面板控制器，面板控制器连接监控模块，通过网络连接到软件平台，进行启停及运行和节能控制，包括相关条件参数和控制参数的检测、运行控制、设备运行状态显示、手自动转换、故障报警、相关联动控制、运行数据记录等等。控制人员可在监控软件平台上自动地、实时监视并记录各种参数，如风机状态、故障、室内的温湿度的运行情况，并可动态显示水阀和风门位置，超限自动报警等。控制人员可按照启用的时间，结合节能模式做到最佳时间启停控制以节约能源。还可在监控软件平台上随时修改各种参数设定值(温度设定值)等，实现集中控制的方式。系统主要由前端的传感器、网络智能控制面板和通讯管理器组成。
2.5设备系统控制
现有设备系统主要包括热源系统（由2台锅炉、2台热水循环泵组成）、制冷系统（由3台制冷机、3台冷却塔风机、4台冷却水泵、4台冷冻水泵）、配电系统（由1个高压配电室、4个低压配电室组成），均无运行状态监控、故障报警，远程启停控制等功能。需加装智能网关或其他网络控制模块，实现设备运行状态的实时监控、故障报警、自动启停控制等功能。
2.6能源智能监控系统的主要目标
（1）对各类能耗进行实时在线监视，对能耗数据进行自动采集、储存及查询；
（2）通过后台软件导出以excel格式分类设备各时段能耗数据；
（3）对能耗进行分项计量管理、分区域管理、工艺流程管理；
（4）实现单设备、工艺段等能耗指标设定功能并基于设定指标进行评价考
核；
（5）对能源消耗实时监控，及时发现设备异常和低效运行现象，可邮件或
短信等通知区域协调员；提供多个能源分析工具，帮助管理人员发现不合理用能现象。
2.7能源智能监控系统的主要构架
能源智能监控系统结构宜采用“系统后台主站层---通讯间隔层---现场设备层”的分层分布式设计思路，各个系统层详细介绍如下：
（1）现场设备层：智能监控装置空调、照明、其他需要监测的电气设备如泵、制冷机、锅炉、高压配电室、低压配电室等。负责采集现场的各类数据和信息状态，发送给通讯间隔层；同时也作为执行单元，执行通讯间隔层下发的各类指令；
（2）通讯间隔层：负责与现场设备层的各类装置进行通讯，采集各类装置的数据、参数，进行处理后集中打包传输到主站层；同时作为中转单元，接受后台主站层下发的指令，转发给现场设备层各类装置；
（3）系统采用智能通讯单元：安装在采集柜中，实现数据收集和传送，可独立运行，并支持通过Web显示现场实时数据，需提供专业专用的配置和分析软件；
（4）后台主站层：位于控制室内。具体包括：安装有智能楼宇管理系统的后台服务器等相关外设。负责将通讯间隔层上传的数据解包，进行集中管理和分析，执行相关操作，负责整个智能楼宇系统的整体监控；
（5）系统应支持支持与用户的上级系统联网，支持信息共享和网络开放。
3.结语
建筑能源管理中采用有效的智能监控系统为实现建筑节能、旧建筑生态化改造提供了新的思路。在大型公共建筑的能源系统中，暖通空调系统和照明系统的控制是主要任务。尤其是对于老的大型公共建筑，能源智能监控系统不但能够节省运营管理费用，而且对于后期的节能改造方案的制定也起到至关重要的作用。
作者简介
郭靖（1986-09），男，汉族，籍贯：籍贯:湖北省黄冈市，当前职称：助理研究员，学历：硕士，研究方向：建筑领域。