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第八讲：InteBASE能效管理系统我国建筑节能发展现状：随着经济的不断发展和科技的突飞猛进，人们对其生活和工作环境的舒适性要求不断地提高，建筑能耗也逐渐增大，工业发达国家的建筑能耗达到总能耗的40%~50%，我国的建筑能耗也达到30%以上。而目前人类所消费的能源几乎均属于枯竭性能源(石油、煤炭、天然气等矿物燃料及核燃料)，据专家估计，按目前的消费增长率持续下去，枯竭性能源只能维持200~300年左右。能源问题已经到了非常严峻的地步，“保护环境，科技创新，提高能源资源的利用效率，是缓解我国能源资源与经济社会发展矛盾的有效途径之一。”我国政府在“十一五”规划建议明确提出，到2010年单位GDP能耗比“十五”期末降低20％左右，建筑节能工作迫在眉睫。早期建筑设备控制主要用于满足正常运行，而能耗是次要问题，因此那时的控制根本谈不上节约能耗，比如冷机的启/停、性能调节等基本是手动的，也有气动或电动比例分析监控设备。例如用手动或气动恒温器来保持冷却水的供水温度于某一特定温度范围内。70年代的能源危机，使空调控制在满足负荷、保证系统稳定性的条件下开始注意节能，这时的空调控制也逐步开始向更节能方向发展，采取了如优化设备的启停时间，新风量的焓差控制等节能控制策略，但是由于控制设备分散而独立，实现系统的优化控制和管理很困难。近年来，随着直接数字控制器（DDC）的应用，使得控制器间的信息交换非常方便，大大提高了建筑设备的监视和诊断的效率。当今大型中央空调系统的控制通常由楼宇自控系统来完成，它包括低层次的局部控制和较高层次的全局性控制。前者一般通过反馈控制（PID控制器）来实现和维持预先给定的各种设定值；而后者从全局的角度对设备进行综合管理，给出设定值及各种时变运行模式，方便用户的使用和管理。当前，计算机技术的高速发展促使建筑系统集成技术日趋成熟，从而为建筑设备节能提供更广阔的发展条件，一场新的建筑设备控制技术的革命即将引发。在系统集成平台上，楼宇自控系统、冷水机组、电量计量系统、热量计量系统、智能照明系统、消防火灾报警系统、门禁系统等各个子系统的信息可以自由通讯，建筑设备的控制不再仅仅局限于单一设备或单一系统的反馈控制，而是从建筑整体能耗的角度考虑各个系统的协调控制。在建筑系统集成平台上，对建筑进行综合能耗管理，使实现建筑设备系统的协调运行和综合性能优化成为可能。北京中创立方软件有限公司利用先进的Internet技术和系统集成技术，以建筑节能为目标，在其InteBASE成系统上对建筑设备进行节能管理做了有益的尝试。第一节InteBASE—智能楼宇节能管理系统概述：InteBASE节能管理系统以实现建筑节能为目标，以强大的系统集成为基础，以优化的控制算法为核心，以客观的能耗分析为评价指标，以客户的多元需求为服务宗旨，本着实际、实用、有效的原则，开发了本套软件并在实际中推广应用。该系统适用于新、老建建筑的节能控制，在系统集成平台上，根据各个集成子系统的上传数据，从整个智能建筑协调控制角度出发，通过楼宇自控系统对监控设备参数进行优化控制，实现节能。针对既有建筑的节能改造，根据节能改造要求，可单独配置某一节能管理模块，也可配合数据采集工作站使用，方便灵活。我公司的冷水系统节能管理模块为用户提供状态监控、运行策略、能耗分析、维护服务、系统管理等功能。系统采用上位机软件管理功能、下位机程序功能的方式，保证系统的正常运行。冷源节能管理系统采用先进的节能理念，有效的节能措施，如：1）增加负荷的预测能力：根据建筑物自身的环境、周界温度以及人流状况，进行系统的预测，增强冷源系统的预测能力；2）冷水机组台数优化控制：根据较合理的系统预测，系统对冷机组使用台数进行优化控制，降低了冷机的起动次数，降低了能耗；3）冷水机供水及回水温度优化控制。系统根据客户需要，增加了能效分析功能、详尽的报表功能，为客户在管理过程中提供了直接的数据，再次体现了我公司的“让管理更简单”的理念。我公司致力于成为更加专业的节能管理专家，系统能做到更加节能的，用户使用更加方便的，实现高程度的系统集成，成为一套建筑设备节能管理专家系统。“InteBASE”管理专家系统的特点“InteBASE”管理专家系统与传统控制方式相比，具有以下特点：（1）技术先进，具有趋势预测控制功能充分利用了当代最新科技成果，采用具有趋势预测控制功能，使系统具有优化控制功能，可以根据空调系统运行环境及负荷的变化预测并择优选择最佳的运行参量和控制方案。（2）按需供给其核心思想是：改变过去单纯以增加资源供给来满足日益增长的需求的做法,将提高需求侧的能源利用率从而节约的资源统一作为一种替代资源,以提高资源的利用效率和利用效益;同时不限制发展和降低建筑物的服务标准,将有限的资金投入能耗终端(需求侧)的节能所产生的效益要远高于投资能源生产的效益,建立终端节能优先的思想。（3）动态负荷跟随，实现高效节能突破了传统空调系统的运行方式，实现系统负荷的跟随性，实现系统运行的趋势预测和动态调整，确保主机始终处于优化的工作状态下，使主机始终保持高的热转换效率，既确保空调系统的舒适性，又实现节能。（4）多参量控制，运行安全可靠----有效克服控制过程的振荡采用系统模型控制，在系统出现外来扰动（如负荷变化）时，能自适应地调整系统并消除扰动，使系统能很快趋于新的优化的运行状态，不会引起振荡．系统运行稳定可靠。----全面的保护功能---有效的抗干扰措施系统设置了操作权限管理功能，可有效防止非授权人员的无意或蓄意访问系统，确保系统数据的采集、传递、储存、使用的安全性。（5）人性化设计，使用操作简便遵循“以人为本”的人性化设计理念，系统的软、硬件设计都从用户操作使用的方便出发，提供了全汉化的中文软件界面，以及非常直观的图形和图表，以满足不同管理人员和操作人员的使用习惯，使操作人员易于理解、易于学习，让不熟悉计算机的人员也能快速掌握和操作整个系统，很快胜任运行管理工作。第二节、InteBASE节能出发点：1节能概念：基于可持续发展的要求我们采用DSM(需求侧能源管理)和IRP(综合资源规划方法)。其核心思想是：改变过去单纯以增加资源供给来满足日益增长的需求的做法,将提高需求侧的能源利用率从而节约的资源统一作为一种替代资源,以提高资源的利用效率和利用效益;同时不限制发展和降低建筑物的服务标准,将有限的资金投入能耗终端(需求侧)的节能所产生的效益要远高于投资能源生产的效益,建立终端节能优先的思想。2节能工作思路：提高能源利用率需求量越大,所需要的资源就越多,能耗也就越高,而服务曲线的斜率就是资源利用效率的倒数,可见能源利用效率越高,服务曲线越平坦,满足等量需求所需要的能耗就会降低。如果试图在能耗不变的情况下不降低服务标准,也就是要服务曲线越平坦,办法只有提高能源的利用效率。DSM和IRP的主旨是提高能源的利用效率和利用效益,用最少的资源和能源代价取得最大的经济、社会和环境效益,终端节能优先。据测算,终端节能的投入与生产等量的能源的投入之比为1:5,经济效益和社会效益巨大。蓄冷空调就是这种思想的典型产物。无论是从科学原理上说还是从技术经济的角度来说蓄冷空调是绝不节能的,但他们恰恰反映了DSM和IRP的核心思想:提高需求侧的能源利用效率,终端节能优先。以蓄冷空调为例,蓄冷空调转移IKW电力负荷的成本大约为800—1200元,而建一座60万KW的火电厂需要约36亿元资金,平均每KW约6000元,是末端投入的5—7.5倍,而且末端节能的社会效益和环境效益是不可估量的。美国是DSM和IRP技术应用最广泛的国家。美国的许多州政府规定电力公司如果将其大部分固定资产投入终端节能领域,其利润率就可保持在8.5%—12.5%,否则就只能保持在8.2%。美国环保署(EPA)于1992年发起和参与了“能源之星(EnergyStar)”计划,由EPA向建筑业主提供无偿咨询服务,但业主需分5步对自己的建筑进行终端节能技术改造,这些改造项目马上就取得了立竿见影的效果,公共建筑能耗大幅降低，每年约减少40%—50%。由此可见，关注终端节能，转换解决问题的突破口，会为我们创造更高收益。3节能的主要问题物质水平的飞升提高了人们对室内舒适性的要求，从而对空调有了更多依赖。据统计，空调系统的能耗已经上升到建筑物运行能耗的40%。而多数建筑物空调系统在50%负荷以下运行时间超过7成。在传统的定流量系统中，部分负荷下大流量小温差现象严重，耗费了泵系统的输送动力。换言之，当今的能源利用存在着较严重的供冷与需求不匹配、能源无端耗费的问题。空调系统的选型一般是按照建筑产最大设计热负荷来选定，且留有余量。而在实际运行中由于季节、昼夜和使用率的变化，实际热负荷在绝大部分时间内变动剧烈，使机组多数时间在偏离系统最佳负荷下运行。由于空调在负荷剧烈变动时工作效率明显降低，导致在同等输出量下，过低或过高负荷时耗电量同比最佳负荷时明显上升。建筑设备控制中最为复杂的就是空调系统的控制，监控设备多，控制变量多并且往往相互联系相互影响的，其中某个控制变量的改变和调整，不仅影响该变量所在的局部能耗，而且还将影响整个系统的能耗。而目前应用的节能控制方法多局限于局部优化方案，尽管这些控制方案可以达到一定节能和提高室内舒适性的效果，但由于它们只考虑系统的某些局部特性，因而有可能损害或降低系统其他局部的控制质量。因此，要真正实现楼宇空调的优化管理和控制，必须从系统的层次上综合考虑整个系统的控制特性，优化控制和管理各控制回路的控制设定值。4节能控制现状目前在对设备管理上缺乏协调级的控制策略，多数为基于PID的控制策略，所以造成了整体能源利用率低，问题就是冷冻水供水温度、冷却水回水温度、冷冻水流量、末端压差及冷机台数不是孤立存在的。当末端用冷需求降低时，压差增大，调节泵变频运行，降低流量或在不适宜量调节的场合作适度温差降低的质调节。由此可见，量调节与质调节存在耦合关系，那么究竟让哪些因素变、变多少？PID控制造成控制独立分散，PID将对这些参数的控制分立化，如温度回路、湿度回路、压力回路等等，各信息之间不存在相互关联，造成控制上独立分散的弊端。PID控制更趋向于点对点的相对分散的监控，不利于系统集成。在这样的控制思路下，之前需要解决的探索参数间内部关联，使流程内外协调运作的预想变得不再可能。第三节、InteBASE节能解决思路1节能解决思路系统以能源最优化分配为思路，即按需分配，如冷冻站系统能耗主要由冷却塔、制冷机、冷却水泵、冷冻水泵能耗4部分组成。每一个设备都有自身的最优工况，而我们所要关注的是整个系统的协调运转，能量在设备间如何分配，怎样实现这种分配才能使总能耗最低？2节能管理系统的宗旨通过对建筑内各类设备的能耗进行检测，利用能量管理系统进行能耗分析，获得能源使用状况，结合大楼的运行模式给出能量使用的合理性分析，并据此给出相应的优化运行指导意见，调整系统的运行策略，便于充分利用能量，减少浪费。3实现基础：建筑集成技术与智能控制完美结合计算机技术的高速发展促使建筑系统集成技术日趋成熟，从而为建筑设备节能提供更广阔的发展条件，一场新的建筑设备控制技术的革命即将引发。在系统集成平台上，楼宇自控系统、冷水机组、电量计量系统、热量计量系统、智能照明系统、消防火灾报警系统、门禁系统等各个子系统的信息可以自由通讯，建筑设备的控制不再仅仅局限于单一设备或单一系统的反馈控制，而是从建筑整体能耗的角度考虑各个系统的协调控制。在建筑系统集成平台上，对建筑进行综合能耗管理，使实现建筑设备系统的协调运行和综合性能优化成为可能。4优化控制实现条件第一：有一个高度网络化的信息平台，进行数据的采集与监控。InterBASE系统集成平台提供了必要条件，可自由读写来自不同通讯协议的设备的信息，如冷水机组内部的详细参数，楼宇自控系统的监控点，能量计量系统的数据，照明系统的状态，门禁系统的数据。第二：有一个准确而高效的优化控制预测模型，能够实时在线预测系统动态响应。第三：优化计算方法能够快速获得优化解，并能够适应在线检测信号带有噪声的特点，并且从而给出使整个系统总