CN201266319Y

CN201266319Y - 基于网络的建筑物能量管理、调度与控制系统

Info

Publication number: CN201266319Y
Application number: CNU2008201723116U
Authority: CN
Inventors: 徐建强
Original assignee: Shandong Guanghui Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Shandong Guanghui Electronic Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-09-27
Filing date: 2008-09-27
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2018-09-27

Abstract

本实用新型涉及一种基于网络的建筑能量管理、调度与控制系统，包括有位于下层的能量数据监测调度分配装置，位于中层的对下层信息融合、数据挖掘和区域通信与管理的数据管理装置，位于上层的对数据进行优化处理并下传优化方案的执行装置，三层装置通过以太连接；所述的能量数据监测调度分配装置包括有能量检测控制器、能量平衡探测器、能量调度控制服务器、阀门及各种传感器。主要创新点为：(1)该系统不但能够监测建筑物内各能耗系统设备运行状况，而且能够监测实际能量需求。(2)对能量的使用进行细化管理、调度与控制，实现最大程度的节能。(3)基于IP网络技术，利用建筑物的综合布线进行系统构建，无须进行大量布线，既符合建筑智能化发展趋势，又降低了成本，易于进行推广。(4)涵盖了智能建筑中传统楼宇自动化系统和集成系统的功能，是新一代的楼宇自控系统。

Description

基于网络的建筑物能量管理、调度与控制系统

技术领域

本发明涉及一种建筑物内节能的检测控制器，特别涉及一种基于网络的建筑能量管理、调度与控制系统。

背景技术

建筑既是人类活动的基本场所，也是大量消耗能源、资源的重要环节。目前我国每年新建建筑中，只有10％—15％能达到国家制定的强制性节能标准，80％以上为高耗能建筑；既有的400亿平方米建筑中，95％以上是高能耗建筑，这对社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染，制约了我国的可持续发展。严峻的事实告诉我们，中国要走可持续发展道路，发展建筑节能已刻不容缓。

我国建筑耗能的数字非常惊人：在建造和使用过程中直接消耗的能源占全社会总能耗的30％，使用的钢材、水泥等建材的生产能耗占16.7％，两项相加，大约占到我国总能耗的一半。

我国建筑不仅耗能高，而且能源利用效率很低，单位建筑能耗比同等气候条件下国家高出2--3倍。仅以建筑供暖为例，我国北方地区一个采暖期的平均能耗为20.6瓦/平方米，而相同气候条件的瑞典、丹麦、芬兰等国家一个采暖期的平均能耗仅为11瓦/平方米。因建筑能耗高，仅北方采暖地区每年就多耗标准煤1800万吨，直接经济损失达70亿元。

说到高耗能行业，人们往往首先想到的是工业。其实，我国建筑直接能耗在社会总能耗中的比例虽然目前为30％左右，但根据发达国家的经验，这一比例将逐步提高到35％左右。所以，建筑在不远的将来会成为我国第一耗能大户，建筑节能也就成为全社会节能工作的首要方面。

世界银行在《中国促进建筑节能的契机》的报告中提出，从2000年到2015年是中国民用建筑发展鼎盛期的中后期，预测到2015年民用建筑保有量的一半是2000年以后新建的。由于“中国没有注重建筑节能，从而导致每年新增7亿--8亿平方米不节能的住宅和商业建筑，这些建筑在未来几十年里将无节制地消耗大量能源。中国在过去10年里已丧失了提高新建筑能效的良机。现在行动可避免最后15年内损失更大”。

据建设部科技司的分析，到2020年底，全国新增的300亿平方米房屋建筑面积中，城市新增130亿平方米，如果这些建筑全部在现有基础上实现50％的节能，则每年大约可节省1.6亿吨标准煤。

因此，进行建筑物能量的管理控制是非常必要的，节能潜力也是巨大的。

从我国的能源利用来看，存在严重的能耗高，能源利用效率低的问题。我国建筑能耗的总量也在逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10％，上升到占社会总能耗的1/3。目前我国已有的建筑近400亿平方米，每年新建房屋近20亿平方米，95％以上是高能耗建筑，单位建筑面积能耗是发达国家的2至3倍，因此，建筑节能潜力巨大，而在整个建筑能耗中暖通空调、照明及集中供热等系统占建筑能耗的65％以上，因此建筑节能的关键在于对耗能较大的这些系统进行管理和优化控制，以提高这些系统的能量效率，达到节能的目的。

为了使能效概念更准确的体现能量使用状况，可以把能效分为能量传输效率和能量利用效率。能量传输效率是指用户获得的总能量与输出总能量之比；能量利用效率表示传输到房间、大厅等人们活动场所的能量是否合理有效的利用。由于目前针对建筑物的节能控制系统，比如楼宇自动化系统，其节能主要体现在提高能量传输效率上。虽然建筑物的能量传输效率有着较大的提高空间，但由于缺乏可操作性的节能评价指标，导致当前运行的这些系统的节能效果并不明显。

发明内容

本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种基于网络的建筑能量管理、调度与控制系统，从如何提高能量传输效率和能量利用效率入手，(1)研发检测能量传输效率和能量利用效率的硬件系统，实现建筑能耗的量化分析；(2)研发建筑物的能量调度与优化控制软件系统，寻求能量效率最优化控制策略；(3)将控制理论与现代通信和计算机技术相结合，基于IP网络技术，研发建筑物能量管理、调度与控制的“管控一体化”系统，实现最大程度的节能。

本实用新型是通过以下措施来实现的：

本实用新型涉及一种基于网络的建筑能量管理、调度与控制系统，其特征在于：包括有位于下层的能量数据监测调度分配装置，位于中层的对下层信息融合、数据挖掘和区域通信与管理的数据管理装置，位于上层的对数据进行优化处理并下传优化方案的执行装置，三层装置通过以太连接；所述的能量数据监测调度分配装置包括有能量检测控制器、能量平衡探测器、能量调度控制服务器、阀门、温度传感器、湿度传感器、照度传感器、感知传感器、电量传感器。

该项目的主要创新点如下：

(1)该系统不但能够监测建筑物内各能耗系统设备运行状况，而且能够监测实际能量需求。

采用传统检测手段与现代检测手段相结合的方式实现低成本的能耗指标的采集，对现有的检测设备进行改造，基于IP网络技术，实现现有传统设备的无障碍接入新系统，用于监测各能耗设备的运行状况。根据需要增加部分感知传感器，对实际需求进行监测，通过能量的合理调度，减少在无人状况下的无谓能源浪费。

(2)从系统地角度，引入管理的理念，将现代控制理论和管理科学相结合，对能量的使用进行细化管理、调度与控制，实现最大程度的节能。

在对整个建筑物能耗指标进行分析的基础上，从系统的角度，采用信息技术、控制理论与计算机技术相结合，得到全局最优控制策略，进行节能的控制实施。有别于对建筑的部分设备进行孤立的节能改造，该课题将整个建筑物作为研究对象，最终实现的是整个建筑物的全局最优化节能。

(3)基于IP网络技术，利用建筑物的综合布线进行系统构建，无须进行大量布线，既符合建筑智能化发展趋势，又降低了成本，易于进行推广。

(4)涵盖了智能建筑中传统楼宇自动化系统和集成系统的功能，是新一代的楼宇自控系统。

附图说明

附图1为本实用新型的结构框图

具体实施方式

下面结合具体实施对本实用新型的技术方案作详细的描述。

基于IP网络的建筑物能量管理、调度与控制系统的研发拟采取以下的研究方法和技术路线：

首先开发能够监测能量分布的传感器，即开发能够检测温度、湿度、照度、用电状况和感知(感知人是否存在)数据融合的智能传感器，传感器具有总线或以太网传输能力。将这些传感器布设在建筑物内，监测建筑物内能量的利用状况。从采集数据的角度考虑，传感器数量越多越好，但会造成成本的增加，造成节能不节钱的现象。所以在开发传感器的同时，寻求建立传感器在建筑物内优化布设模型，从理论上解决传感器的布设原则和布设位置问题。目前我们已经建立了“典型区域测量法”这种模型，并作了较为深入的研究，准备在此基础上进一步完善相关理论，并探索新的更优的平衡成本与检测精度的传感器布设方法。

在实际的工程中按照“典型区域测量法”布设传感器，实际检验“典型区域测量法”的效果并探索新的更优的能量利用效率检测原理与方法，比如怎样利用建筑物内的智能化系统(楼宇自动化系统、安全防范系统、一卡通系统等)来获得与能量传输效率和能量利用效率所需要的数据。将楼宇自动化系统提供的设备运行数据、安全防范系统提供的人是否存在的信息与传感器检测的信息进行融合，利用信息提取技术得到更准确的能量传输效率和能量利用效率。因为能量利用效率的获得是实现建筑物节能的非常关键的因素，因此需要对上述检测方法获得结果的有效性进行确认。可通过传统测量仪表与人工观察相结合的方式完成这种确认。

在得到能量传输效率和能量利用效率数据的前提下，下一步根据这些数据以能量为对象，研究并实现对能量的控制与调度。对照明系统进行控制和调度的实现相对比较简单，但对于暖通空调、供热系统进行调度就比较困难。如前所述由于这两个系统的能量传输介质是水和空气等流体，在进行能量调度和控制的同时，还必须符合流体力学的要求，因此基于能效的建筑物能量管理、调度与控制系统还必须有检测水压平衡及水流量分配的功能。探索和研究建筑物能量分配数学模型，该模型既能用于能量的分配，又能抛开复杂的流体力学计算便于在实际工程中应用。课题组目前已经研究发展了一种利用水路末端压力平衡调解水流量的模型和方法，并在实际工程中进行了应用，保证了某些极限能量需求情况下，比如只在某几个水路末端有能量需求时，可以使供应的能量尽可能接近需求量，能效接近可能达到的最优值。

因为暖通空调、照明、供热系统在不同的建筑物中的设计都有所差别，因此建筑物能量管理、调度与控制系统也必须能够在不同的建筑物中实现提高能效的目的。课题组有承担实际工程项目的能力，所以这个问题也可以随着实际工程项目的实施得以解决。

本实用新型的基于IP网络的建筑物能量管理、调度与控制系统结构框图如附图1所示：由三层装置组成，三层装置通过以太连接，最下层是能量数据监测调度分配装置，可以对能量数据的监测与能量调度和分配，包括各种传感器、能量检测控制器、能量平衡探测器、能量调度控制服务器和阀门等执行机构。中层是数据管理装置，为区域信息融合、数据挖掘和区域通信与管理中心，这一层是为了便于区域的管理和区域数学模型的建立与调整。最上层是执行装置，为数据集成与管理层，数据集成是利用以太网将建筑物内与能效相关的数据读取到能量管理系统数据处理中心，对这些信息进行融合挖掘出有用信息，将这些信息输入针对特定建筑物所建立的能量调度和管理模型，计算出优化的能量调度方案，下传到能量调度控制服务器和阀门去执行相应的控制工作。对于无法通过自动控制实现能量管理，比如某些部门存在不良的用能习惯，利用管理中心给出各部门能效报告的方式来实施管理。

Claims

1.一种基于网络的建筑能量管理、调度与控制系统，其特征在于：包括有位于下层的能量数据监测调度分配装置，位于中层的对下层信息融合、数据挖掘和区域通信与管理的数据管理装置，位于上层的对数据进行优化处理并下传优化方案的执行装置，三层装置通过以太连接；所述的能量数据监测调度分配装置包括有能量检测控制器、能量平衡探测器、能量调度控制服务器、阀门、温度传感器、湿度传感器、照度传感器、感知传感器、电量传感器。