摘要：目前全世界建筑物能源消耗占全社會能源消耗總量的40%，是工業能耗的1.5倍，要想實現全球氣候目標，減少建筑物能耗是最為關鍵的因素。本文對我國建筑物耗能現狀做了簡要分析，同時對基于力控軟件平臺的建筑物耗能管理系統平臺做了詳盡介紹。
1 引言
2009年世界可持續發展工商理事會發布一份名為《行業轉型：建筑物能源效率》的報告認為，到2050年，使建筑物的能源使用量減少60%是實現全球氣候目標的關鍵。通過大規模運用節能技術，到2050年建筑物可節約的能源總量相當于全球運輸業目前所使用的能源總量。
2 現狀
隨著我國城市化進程的加速，預計到2020年，全國的城市生活人口數量將達到總人口數量的一半以上。相應的建筑物和配套設施也將成倍增加，因此建筑能耗的大幅增加將不可避免。
目前建筑耗能已與工業耗能、交通耗能并列，成為我國三大“耗能大戶”。我國每年竣工建筑面積約為20億m2,其中公共建筑約有4億m2。2萬m2以上的大型公共建筑面積占城鎮建筑面積的比例不到4%，但是能耗卻占到建筑能耗的20%以上，其中單位面積耗電量更是普通民宅的10到15倍。在公共建筑（特別是大型商場、高檔旅館酒店、高檔辦公樓等）的全年能耗中，大約50%~60%消耗于空調制冷與采暖系統，20%~30%用于照明。根據測算，如果不采取有力措施，到2020年中國建筑能耗是現在的3倍以上。因此，做好大型公共建筑的節能管理工作，對實現“十二五”節能減排規劃目標具有重要意義。
3 BAS系統（Building Automation System）
智能建筑的能耗管理主要是由建筑設備管理系統（BAS系統）來實現的。BAS系統可以對建筑物或建筑群內的電力、照明、空調、給排水、消防、運輸、保安、車庫管理等設備進行最優化的管理，從而達到節能的目的。根據國外工程經驗，建筑設備管理系統（BAS系統）可為新的辦公大樓節能20%左右。
樓宇自動化系統通過對建筑（群）的各種設備實施綜合自動化監控與管理，為業主和用戶提供安全、舒適、便捷高效的工作與生活環境，并使整個系統和其中的各種涉別處在最佳的工作狀態，從而保證系統運行的經濟性和管理的現代化、信息化和智能化。
4 建筑物節能系統架構設計
建筑按能耗可以分為居住建筑和公用建筑兩種。其中公用建筑：包含辦公建筑、商業建筑、旅游建筑、科教文衛建筑、通信建筑，以及交通運輸用房等。對于大型公共建筑按照如上分類，通過對用電設備的分項計量統計各種設備和各類建筑的耗電量。根據現場情況，利用計算機技術、通信技術、自控技術、通過現場的計量設備和數據采集器把能耗實體的實時數據進行統計和收集、并以標準的數據格式和封裝傳送到遠程的通訊服務器，從而為外部環境信息快速分類、統計、分析，為能耗分析決策層的決策提供必要的依據。把水、電、氣等原料消耗、能源消耗量和采集器、計量器的設備狀態等科學地分類，提供給管理層數據庫，從而減少人為干預，提高管理層數據庫的準確性。
建筑物節能系統主要采用分層分布式的網絡架構，可分為三層：現場設備層。網絡通信層、站控管理層。系統架構圖如圖1所示：
圖1 系統架構圖
4.1 現場設備層
現場設備層主要由能耗實體設備構成，包括空調新風系統、用水測量系統、動力配電系統和照明系統等設備。該層主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現場總線連接的分布式I/O控制器構成數據采集終端，向數據中心上傳存儲的建筑能耗數據。測量儀表擔負著最基層的數據采集任務，其監測的能耗數據必須完整、準確并實時傳送至數據中心。圖2所示為能耗實體構成示意圖。
圖2 能耗實體構成示意圖
4.2 網絡通信層
考慮到整個系統現場設備眾多，接口形式多種多樣，通信協議不盡相同，如果將現場設備層數據直接匯總到站控管理層的數據中心會遇到諸多不便。因此我們在網絡通信層配備了力控數據采集網關，該產品擁有高性能的實時數據庫系統，具有多種通訊采集和轉發規約庫。可以實現采集多個不同子系統的數據，進行數據集中匯總、分類和預處理，實現多種通信協議的轉發功能。
本系統中數據經過采集網關之后，經過交換機通過TCP/IP網絡將數據以統一的OPC方式向站控管理層匯總。力控pFieldComm系列工業通訊網關采用高性能的嵌入式計算平臺，服務內核軟件可運行于桌面操作系統或嵌入式操作系統中，是一個脫離于具體硬件設備接口的通訊服務平臺。該系統擁有高性能的實時數據庫系統（原型為Unix下標準C開發），具有多種通訊采集和轉發規約庫。可以實現采集多個不同子系統的數據，進行數據集中匯總、分類和預處理，可以簡化系統中異種協議的轉換和系統聯網過程，異種協議容易接入并可轉換為標準協議（如OPC方式）與其它系統聯網。
該設備支持對多個上級調度平臺系統進行數據轉發與上傳，可作為分布式數據采集裝置、工業協議轉換網關、電力通訊服務器或通訊前置機等使用。同時實現了多個互聯子系統之間的物理級安全隔離，同時結合了軟件和網絡安全技術、遠程組態技術，使得系統更加穩定、易于使用和維護。
4.3 站控管理層
站控管理層是人機交互的直接窗口，直接面對能耗監控中心的工作人員，也是整個系統的最核心部分。
系統平臺軟件配備新一代力控監控組態軟件ForceControl產品，可以構成先進的、分布式冗余、容錯架構。產品采用分布式組件設計，保證了軟件的可“伸縮性”非常強，適應了“e”時代的要求，同時ForceControl具備強大穩定的數據內核，內置的軟件自診斷功能方便構造穩定的監控系統，使大型SCADA調度系統的數據的安全性得到了充分的保障。監控平臺具有良好的人機交互界面，對采集的現場各類數據信息計算、分析與處理，并以圖形、數顯、聲音等方式反映現場的運行狀況。
為了便于日后的數據匯總分析，以及歷史數據存儲，單獨配備力控pSpace實時歷史數據庫作為數據平臺，并且搭建關系數據庫平臺，實現實時數據與關系數據庫的實時轉儲。力控企業級實時歷史數據庫pSpace是一個高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性強、跨網絡系統的開放式實時數據庫系統。產品為完全的分布式結構，可任意組建應用模式，支持C/S和B/S應用。可實現歷史數據的海量存儲，靈活的擴展結構可滿足各種需求。
5 建筑物節能系統功能介紹
5.1 數據采集、存儲、顯示
數據采集、存儲、顯示是整個系統的基礎，主要包括各個能耗實體的運行數據，環境參數，設備運行狀態等。能耗監控中心的工作人員可隨時了解整個建筑的用電量、用水量等能耗數據，并且及時通過現場畫面了解各設備工作狀態。圖3所示為空調系統能耗示意圖，圖4所示為總能耗示意圖。
圖3 空調系統能耗示意圖
圖4 總能耗示意圖
5.2 數據分析、統計
力控軟件平臺根據收集到的數據，可通過曲線、餅圖、棒圖等形式，對建筑物的分項能耗數據進行分析比對。工作人員可查看某時間段內的分類或分項數據，便于互相比較。同時力控軟件平臺強大的報表功能，為能耗分析提供了真實、可靠的數據來源。圖5所示為分項能耗月對比柱狀圖，圖6所示為動力能耗實時比例餅狀圖。
圖5 分項能耗月對比柱狀圖
圖6 動力能耗實時比例餅狀圖
5.3 WEB發布、遠程瀏覽
整個系統支持B/S網絡架構，力控軟件平臺具備網絡發布功能，可將現場畫面通過Internet互聯網實現遠程發布。遠程客戶只要具備上網條件在任何一個地方都能隨時了解現場運行狀況，實時對能耗實體進行遠程監控。
5.4 強大的報警事件、用戶管理功能
強大的分布式報警系統具備報警存儲、統計、分析、顯示、查詢、事件觸發、打印等多種功能。當出現能耗數據超限的情況下支持以多媒體語音、視頻、文本語音轉換、郵件和短信等實時方式的將報警信息及時傳送給工作人員。
力控軟件平臺特有的事件組件可詳細記錄工作人員的操作記錄，并且可對發生事故時的數據進行定位和分析，記錄事故發生時的操作記錄，為事故處理提供了真實的依據。
同時力控軟件平臺提供完備的安全保護機制，以保證運行過程的安全可靠，力控的用戶管理具備多個級別，并可根據級別限制對重要系統參數的修改，以有效避免運行過程中的誤操作。
6 總結
通過力控軟件平臺搭建的建筑物節能系統，利用計算機技術、通信技術和自控技術，實現了對建筑物能耗的分項計量，為做好節能減排工作，實施能源消耗的統計監測，落實責任，打下了堅實的基礎。
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