物联网控制的智能建筑能源管理系统

引 言

当前，全国现有的房屋建筑面积达 400 亿平方米，在建筑的建造和使用过程中能源消耗高、利用率低的问题十分突出。有关部门统计数据表明，建筑能耗已经占到目前全社会能耗的30% 左右。在国家大力推行节约型社会的今天，人们开始意识到大型办公楼、酒店、商场等能耗较大的公共建筑在设备运行过程中能耗过高的问题。因此，将照明、空调等电气设备进行智能化改造是一种简单高效的节能手段。伴随着国家节能减排政策的不断深入，建筑的智能化改造需求也将逐步扩大，为广大从事智能化的企业留下广阔的发展空间。

1 建筑能源管理系统的概念

建筑能源管理系统是将建筑物或者建筑物群内的变电站、照明、电梯、空调、供热、给排水等使用情况进行集中监视、管理和分散控制的系统，是实现建筑物能耗在线检测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。建筑能源管理系统由各种计量装置、数据采集器和能耗数据管理软件系统组成。

2 建筑能源管理系统的功能

随着建筑物控制和管理的需求、计算机技术的进步和网络通信技术的发展，所有的自控设备都可以相互传递信息，形成统一的系统，进行建筑能源的综合控制和管理，即分散监控和集中管理。因此，新一代建筑能源管理系统应具备网络化、系统开放性和互操作性、优化控制等功能。

2.1 网络化

物联网技术在建筑能源管理系统中的应用如下：

(1) 通过网络实现远程监控和操作以及对综合信息数据库的访问；

(2) 增强系统之间的信息和数据交换能力，并与网络通过防火墙实现无缝连接 ；

(3) 直接使用建筑物中的综合布线系统 ；

(4) 通过远程电脑，甚至电话、手机查询能源系统的运行状态，进行远程故障诊断和识别。

2.2 系统开放性和互操作性

标准网络通信协议一般是开放的，可以把不同厂家生产的各种机器连接在一起实现预期结果。

2.3 优化控制

能源管理系统必须从系统层面上对能耗进行诊断、识别、预测和优化，其关键技术是相关预测和优化算法。

3 能源管理系统的结构

建筑能源管理系统的结构概念如图 1 所示。从图 1 可以看出，能源管理系统由能源管理单元和控制接口两部分组成。各种信息被一一分配在能源处理单元，经过对话单元传送到控制接口。各单元之间相互作用，从而实现为用户服务、收发信息以及完成用户指令等功能。通过控制接口，用户指令可以在能源管理的各单元起作用，最终控制建筑物设备。能源数据处理单元进行信息处理、节能运行诊断；控制接口单元分析能源管理单元传递的数据信息，并以图例样式传输给管理人员， 方便查询系统的实时运行数据和历史数据，了解设备系统的工作状态，做出科学的管理决策。

能源管理系统的结构框架如图 2 所示。从图 2 可以看出，能源管理系统由用户接口、中央处理器、本地用户控制三部分构成，可通过 SIEMENS 公司的Apogee 三层网络结构和Insight 软件对建筑能源管理系统做全面了解。用户接口部分通过用户接口站把中央服务器和本地用户控制两部分连接起来，用以收发信息和传输指令。在工作站的建造过程中，设置若干不同权限的密码十分必要，按照个人需求和权限对建筑物的控制网络加以设置。通过 Insight 的System Profile 功能，用户对能源管理系统网络的组态一目了然，同时也可对本地控制层和用户接口部分增添装置（网端、工作站等），并设置相应参数（名称、地址、通信速率等），完成网络设置，用户可通过网络结构清楚地看到设备的状态。

Insight 系统的网络管理结构如图 3 所示。从图 3 可以看出，控制部分在 Apogee 系统中由模块（楼层控制 MBC 和建筑物控制器 MEC）以及网关直接连接而成。在工作站上对MBC，MEC 完成设置管理。建筑物的能源单元由网关与网络连接而成，MBC 连接楼层能源设备，由网络监控管理。MBC和 MEC 拥有较多监控模块，能够解决各种能源管理问题，如尖峰负载控制、周期性节能等，可用来进行复杂的程序控制，以便找到最佳的节能方法。

4 结 语

综上所述，通过成熟的能源数据采集、获取、传输以及海量数据管理平台，建筑能效管理系统可实时对建筑能源消耗做出分析、设备维护管理以及提出维护优化方案，实现对建筑能源的有效管理和节能增效。