【智能建筑暖通空调系统能源管理平台研究5700字】

智能建筑暖通空调系统能源管理平台研究目录TOC\o"1-3"\h\u32671智能建筑暖通空调系统能源管理平台研究 18545引言 1209251当前暖通空调系统存在的问题 2193791.1系统运行管理水平偏低 263731.2系统故障检测诊断落后 2111392平台的价值与意义 2170852.1平台的技术优势 258242.2平台的管理优势 3309303暖通空调系统能源管理平台 4303913.1总体架构 454843.2实现的功能 687223.3平台的智能算法 7276503.4平台显示界面 7327654、结束语 1027224参考文献： 10摘要：随着我国经济的快速发展，能源的不断消耗与人们对生活品质的追求，智能建筑应运而生。而在智能建筑中，暖通空调系统是不可或缺的。构建暖通空调系统能源管理平台可以实现对暖通空调系统能耗信息的实时采集与监测，不仅有利于管理，而且能够达到节能减排的目的，对智能建筑整体工程质量和效益创造起着很大的影响。关键词：智能建筑、暖通空调、能源管理引言智能建筑是以建筑物为平台，基于对各类智能化信息的综合应用，集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体，具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力，形成以人、建筑、环境互为协调的整合体，为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑。智能建筑涉及的系统应包括信息化应用系统、智能化集成系统、信息设施系统、建筑设备管理系统、公共安全系统、机房工程。暖通空调系统属于建筑的一个部分。智能建筑中的暖通系统也需进行主动式智能化管理，以实现生产生活中对建筑环境的舒适性、安全性的要求，并实现暖通系统安全稳定的运行的同时减少能源的消耗。通过构建暖通系统能源智能管理平台，采集数据、分析数据，可预测故障并远程诊断暖通空调设备异常情况与设备运行特点，制定行之有效的故障解决方案、维修计划表及执行方案等，对于智能建筑的构建、暖通空调系统的节能和推动我国节能减排事业发展具有重要现实意义。1当前暖通空调系统存在的问题1.1系统运行管理水平偏低暖通空调系统通常按最大负荷和一定裕度进行设计，但在大多数情况下由于室内外相关参数的变化，系统的实际负荷远低于设计负荷。暖通空调系统每年负荷少于50％的运行时间占总运行时间的50％以上。制冷机长期处于低负荷状态，甚至频繁停机启动，会造成一定的能源浪费。因此需根据建筑的实际需要、室内外参数的变化合理控制设备的运行状态，使能源消耗更加精确、合理。这对日常管理人员的专业水平与相关经验提出了要求。但我国目前从事暖通系统日常管理工作的人员往往对系统认识不足，经验不够丰富。1.2系统故障检测诊断落后相比发电厂等其他热力系统，暖通空调系统故障检测诊断的问题特点在于：传感器数量甚少且质量不高，多种热质交换和功热转换形式并存，系统复杂且内部耦合度高，负荷动态变化及运行工况范围广。对于缺乏智能化管理的暖通空调系统，一般只有设备出现故障警报或不能正常运行时，运维人员才会介入。但是，大部分暖通空调系统故障发展缓慢，从产生到具有明显征兆或故障报警通常需要相当长的时间，在此过程中常常已经浪费了大量的能源或已造成了设备损坏。此外，很多对系统能耗和安全影响严重的故障需要细致地实测和理论分析才能发现。单纯依靠人工现场检测和诊断故障往往费时费力、效率低下，且对运维人员专业理论水平和相关经验要求较高。2平台的价值与意义2.1平台的技术优势暖通空调系统能源管理平台可实现省、市、区域性政府能耗监测平台和企业集团能耗监测，提供专业的能耗数据采集、上传、统计、对比、分析，建筑信息管理、能效公示等功能与服务。（1）平台可采用功能强大的工业级能耗数据采集终端进行能耗数据采集，提供多种可靠的安全性策略包括支持断点续传功能等，避免数据丢失和迟滞，确保暖通系统安全可靠使用。（2）平台可制定灵活的部署方案，有效控制初投资。不仅提供国家规范的能耗检测功能，更可根据各地政府、能耗企业能源管理需求研发定制专业能源管理功能，提升工作效率。（3）平台中的所有硬件设备都通过快速以太网相连接，单双网皆可，采用标准的TCP/IP、UDP网络通讯协议；系统运行于三层结构模式下，网上各台机器相互冗余，只要一台服务器运行，也可完成监控系统的最基本功能而不致崩溃，安全性好。（4）平台采用内存数据库方式以满足监控系统对数据实时性和标准性的双重要求；系统所保存的历史数据都按标准的商用数据库格式存放，支持MySQL语言查询，数据接口完全开放。（5）平台采用现场数据采集技术采集数据为主，手工录入为辅，采集并存储现场的实时数据、对实时及历史能源数据处理进行系统分析和处理，剥离对人工输入的依赖性，规避了人工输入过程中数据出错的风险，提高了数据的准确性，绘制能源消耗的实时曲线，实时反映能源消耗情况。2.2平台的管理优势通过建设的暖通空调系统能源管理中心这一套先进的、可靠的、安全的能源系统运行、操作和管理平台，可以改变传统的分散的能源生产管理方式，并使其转变为公司扁平化的高效管理方式。图2-1能源管理层级图（1）对能源系统采用分散控制和集中管理 针对能源工艺系统的分散和能源管理要求集中的特点，建立能源管理中心系统可以满足能源工艺系统特点的分散控制和集中管理，使能源站的能源管理水平适应企业的战略发展需要。（2）完善能源信息的采集、存储、管理和利用 完善的能源信息采集系统，便于获得第一手资料，实时掌握系统运行情况、及时采取调度措施，使系统尽可能运行在最佳状态，并将事故的影响降到最低。（3）减少能源管理环节，优化能源管理流程能源管理中心系统的建设，可实现在信息分析基础上的能源监控和能源管理的流程优化再造，实现能源设备管理、运行管理、停复役管理等自动化和无纸化，有效实施客观的以数据为依据的能源分析，减少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及时了解真实的能耗情况和提出节能降耗的技术和管理措施，向能源管理要效益。（4）减少能源系统运行管理成本，提高劳动生产率 能源站的能源系统规模较大，结构比较复杂，区域纵横交错。传统的现场管理、运行值班和检修及其管理的工作量大，成本高，将构成能源站能源系统成本的重要组成部分。能源管理中心系统的建设，将为能源站的管理体制改革中发挥重要示范作用。系统的最终目标可以实现简化能源运行管理，减少日常管理的人力投入，节约人力资源成本，提高劳动生产率。（5）加快能源系统的故障和异常处理，提高对全站性能源事故的反应能力 能源调度可以通过系统迅速从全局的角度了解系统的运行状况，故障的影响程度等，及时采取系统的措施，限制故障范围的进一步扩大，并有效恢复系统的正常运行。这在能源系统非常情况下特别有效。（6）通过优化能源调度和平衡指挥系统，节约能源和改善环境 能源管理中心系统的建成，将通过优化能源管理的方式和方法，改进能源平衡的技术手段，实时了解能源站的能源需求和消耗的状况，有效分析和判断各设备的运行情况，减少低效的浪费能源现象，提高设备和系统运行效率，使能源的合理利用达到一个新的水平。（7）实现能源管理由经验化管理向科学定量化管理转变将能源供需计划作为公司能源生产计划的一部分。对产品结构对能源消耗的影响进行分析。对生产物流对能源消耗的影响进行分析。（8）实现能源管理由事后管理向事前管理转变编制能源供需计划，按计划组织能源生产。根据计划安排能源设备运转、检修计划。预测能源消耗指标，制定能源管理措施。实现能源计划精度管理。3暖通空调系统能源管理平台3.1总体架构平台主要分为主站系统和子站系统：主站系统是整个系统平台的核心部分，起到非常重要的作用。在监控中心可以对接入能源站点的子系统进行统一的监控。主站系统位于集中控制室内，一般由服务器、监控站、打印机、通讯设备及不间断电源等组成，实现配电设备的遥测、遥信、遥控、遥调、报警显示、数据存储、统计报表和优化运行控制等功能。子站系统通过物联网数据采集装置将数据采集、数据监控、数据转发和规约转换等多功能于一体，将各能源站的设备运行数据、空调等设备运行数据和温湿度等环境数据等数据信息进行汇集、过滤、处理后上传给公司监控中心（主站系统），起到承上启下作用。子站系统为多个能源站/开关站/配电室组成的监控群，站端系统设备主要是指能源站/开关站/配电室内部的数据采集器和配电设备。智能建筑中暖通空调系统能源管理平台的硬件功能架构如图3-1所示，软件功能架构如图3-2所示。平台可实现所系统所有设备的数据关联和融合，并通过大数据分析将监测与数据进行深度融合。在保障暖通系统安全性的前提下，实现系统的可靠性、开放性、扩展性、先进性和规范性，尽量降低系统的初期投资成本。图3-1暖通空调系统能源管理平台的硬件功能架构图3-2暖通空调系统能源管理平台的软件功能架构3.2实现的功能平台的主要功能如下：（1）实现暖通空调系统全能源数据采集和集成：通过电、水、热等计量仪表的安装，采集器、交换机等的安装，通讯线的布线等，对能源站的各种能源数据、设备运行数据进行采集处理，实现对电、水、热等能源数据的统一集成监控。平台可获取能源的使用量和能源使用性能等信息，及时发现异常情况并做相应的处理，提高能源使用效率。（2）实现暖通系统空调能源采集数据监测与分析：利用数据采集系统，结合能源站的计量采集和相关空调设备情况，在采集数据的基础上，并对采集的数据进行处理及实时显示、统计分析、趋势记录和报警，实现对各个站点能源介质的生产、输送、消耗流程的实时监控和对动能系统进行调度。此外，通过特有的数据分析模块，平台可实现如下的延伸功能：（1）土壤热平衡分析通过传感器实时监测地埋管进出水流量、温度以及不同的埋管、钻井深度的单位井深换热量并加以计算分析，掌握土壤源热泵地埋管的实际运行情况，获取地源侧排热量和取热量的相关数据，计算每年的排热量/取热量的比值，若处于[0.8~1.2]区间内，则判定为土壤当年达到热平衡状态，若超出，则判定为非热平衡状态；根据测温井不同深度的温度，分析出地源测温井周边土壤温度值、温升（温降）数值、土壤温度变化趋势、土壤温度恢复特性，并根据不同土壤温度对机组性能的影响，判断出土壤温度偏高或偏低。（2）空调系统能耗分析对冷热源系统的参数进行测量，如机组输入功率、用户侧进出口水温及流量等，根据进出口温差和流量计算出系统的冷热量，同时对冷却侧的参数进行监测。根据空调系统实际的能耗情况，平台可诊断出空调系统与空调系统内主要用能设备的运行能效及其限制因素，由此确定符合该空调系统的科学、合理的节能改造方案，达到节约能源、减小成本、提高效率的目的。（3）管网特性分析平台采用先进的测试技术，在管网系统上两次直接测量管网的水压力、流量，平台应用工程流体力学和水力学原理获得管网水力特性，确定管网的水力特性。进行管网内部流动能量损失分析从而实现管网的节能和稳定运行，在管网能耗少的同时满足流量和扬程的需求。（4）水泵特性分析根据能耗监测系统得到的冷冻水泵/冷却水泵实际流量、扬程、功率等参数，进而可以使用水泵效率计算公式计算循环水泵的实际运行效率。根据分析工况点是否在水泵运行的高效区，可以判断此水泵是否适合此特定管网。当平台判断当水泵和管网无法匹配时，及时更换水泵、采用水泵叶轮切割或电机变频技术，从而达到节电效果。3.3平台的智能算法通过数据的采集与监测，并运用基于数据分析的算法，可实现具有自我控制能力的算法。进一步把智能控制算法和暖通系统能源管理平台结合，从而构造智慧建筑。平台根据中央空调冷冻水系统特征及循环周期，可通过神经网络算法推理预测出未来时刻空调系统的负荷，并据此获得未来时刻系统的运行参数，在保证工艺性续期的前提下，使供给的冷量与需求冷量匹配，最大限度减少能量浪费并降低输送能耗。根据冷却水的历史运行情况和当前工况，自动适时建立冷冻机房在不同负荷率及温度(蒸发和冷凝)条件下系统的能效比(系统COP)数据库，利用模糊优化控制方法，并结合改进的遗传算法、粒子群算法等先进算法进行全局优化，从而调节冷却水流量和冷却塔风量，使空调冷冻机房在当前条件下达到系统效率最高。3.4平台显示界面该平台具有信息交换、数据共享及数据监测、联动处理等能力，整个系统采用了一体化、开放化、数字化、网络化、智能化设计。平台界面如图3-3～3-6所示。如图3-3所示，用户需输入用户名密码后进行登录，如果用户名密码错误，将会有相应的提示。本平台共分五类用户，分别为业主用户、一般用户、远程管理员和管理员。每类用户的配置数量上限和功能权限各不相同。图3-3暖通空调系统能源管理平台界面一如图3-4所示，该界面主要展示本平台所监测的系统模型图（针对重点项目，可支持3D系统图动态展示）、传感器监测点位分布图，让用户对监测系统有总体的了解。此外，还可有层次地展示所监控的系统运行的关键数据指标的实时数据，并针对展示内容和顺序提供编辑功能，用户可以自主地根据项目的特点，选择性地展示不同的关键数据指标。图3-4暖通空调系统能源管理平台界面二该界面主要展示本监测平台所监测的系统的各运行设备的异常情况，当点位监测数据超过预设的正常值范围时，便会显示在该界面，包括运行异常的时间、类型、是否被处理、处理过程和处理结果。用