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建筑能耗管理系統(tǒng)
產品時間：2021-11-11
QTouch-EMS建筑能耗管理系統(tǒng) 一、概述 1
QTouch-EMS建筑能耗管理系統(tǒng)
一、概述
1.1.能耗管理的意義
建設工業(yè)企業(yè)、建筑、醫(yī)院、學校等行業(yè)的能耗管理系統(tǒng)（EMS）具有如下重要意義：
1)、能源消耗過程的信息化、可視化
目前國內大多數企業(yè)是靠人工定時抄表的方式統(tǒng)計用電及能源消耗狀況，這種方式存在數據滯后、時效性差、數據單一等問題，不能及時掌握各生產環(huán)節(jié)和重點能耗設備的實時能耗數據。企業(yè)能效管理信息系統(tǒng)在線監(jiān)測整個企業(yè)（集團）的生產能耗動態(tài)信息，并將這些能耗數據與相對應的設備、車間、班組生產數據相結合，現場運行管理人員可了解和掌握生產環(huán)節(jié)和重點設備的實時能耗狀況、單位能耗數據、能耗變化趨勢和實時運行參數等信息。
2)、能耗/能效信息統(tǒng)計、管理
企業(yè)能效管理系統(tǒng)自動生成的多種能耗信息統(tǒng)計圖形、曲線和報表，如以日、周、月、年為周期的電、水、氣、煤等能耗統(tǒng)計報表，報表類型分為全礦、車間、重要耗能設備三個層次，為用戶提供能源消耗結構和能源消耗成本分析依據，評估節(jié)能措施的效果和關聯(lián)影響。
系統(tǒng)提供綜合能耗/能效統(tǒng)計報表，采用菜單或光按鈕直接引導界面模式，圖形界面包括企業(yè)宏觀的能耗數據和相關信息，快捷、直觀反映企業(yè)、生產車間、班組和重要生產環(huán)節(jié)實時和歷史能耗/能效信息。
3)、歷史能耗數據對比、分析
企業(yè)能效管理系統(tǒng)具有強大的歷史能耗數據追溯和分析功能，企業(yè)能效管理及生產工藝分析人員可按不同需要靈活設置工作點參數，在不同時段下生成各種能耗數據報表與能耗曲線：如設備單耗、生產線和班組單耗等，用多種方法對主要能耗設備和生產線的能耗數據進行查詢和追溯，并可對多種參量的變化趨勢進行對比、分析，從而發(fā)現能源消耗結構和過程中存在的深層次問題，對企業(yè)能源消耗結構和方式的改進、優(yōu)化提出方案和建議。
通過動態(tài)的單位產量能耗曲線和數據，可以直觀地比較企業(yè)生產能耗與國際、國內標準的差距，從而對生產、管理、工藝及時進行指導和調整，使企業(yè)生產過程的單位能耗和能源效率保持在科學、合理水平。
4）電能質量及諧波監(jiān)測、分析
電力電子技術在電氣化鐵路、電解工廠、電弧爐冶煉和電機變頻調速等領域的廣泛應用，在提高生產效率的同時也產生了大量的諧波污染電網，導致諧波和電能質量問題的發(fā)生。用電及能效管理信息系統(tǒng)在線監(jiān)測電能質量和諧波分量，通過諧波分量圖和趨勢圖，使用戶及時了解真實用電環(huán)境，避免諧波危害和電能質量問題的發(fā)生，同時降低供電系統(tǒng)諧波和無功損耗。通常購置諧波監(jiān)測設備需要較大的投資，本系統(tǒng)能同時實現電能消耗狀況以及諧波監(jiān)測、分析的雙重功能。
1.2.能源管理系統(tǒng)的目標
建筑/企業(yè)能源管理系統(tǒng)旨在提高現有能源管理水平，對建筑/企業(yè)的日常運行維護和用戶耗能行為方式實施有效的管理，通過科學可行的能效改善策略實現節(jié)能。系統(tǒng)在能源供應及傳輸系統(tǒng)實時監(jiān)控的基礎上，對建筑/企業(yè)能耗信息、環(huán)境信息、設備信息及運營信息進行統(tǒng)計、分析，得出與能源消耗及能源效率相關的決策性數據和信息，幫助管理人員了解歷史和當前的能源使用狀況，輔助管理人員作出正確的能效改善策略。
系統(tǒng)可幫助建筑優(yōu)化現有的能源管理流程，形成客觀的以數據為依據的能源消耗評價體系，減少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及時了解真實的能耗情況和提出節(jié)能降耗的技術和管理措施，協(xié)助管理者制訂對建筑各區(qū)域的能源管理措施和考核辦法。
建筑/企業(yè)能源管理系統(tǒng)建成后達到以下目標：
(1)對中低壓變配電系統(tǒng)進行實時監(jiān)控、故障告警和自動化管理；
(2)實現各類能耗數據和能效指標在線監(jiān)測、自動采集和儲存，并提供靈活多樣的查詢方式。能耗種類包括：電、水、冷/暖；
(3)建立以物理空間、重點設備、分類分項、租戶為管理維度對能耗進行統(tǒng)計分析、內部核算的管理體系；
(4)對各公共區(qū)域進行獨立的能耗核算，實現能耗費用分攤，實行能耗限額標準管理，規(guī)范能源使用方式，控制能源支出；
(5)通過人工錄入建筑運營數據，科學計算和實時監(jiān)測建筑能源消耗指標，并對各區(qū)域當前能耗水平評價考核；
(6)提供多個能效分析工具，幫助管理人員發(fā)現不合理用能現象；
(7)為節(jié)能技術改造提供數據依據，以及檢驗節(jié)能改造效果；
1.3.系統(tǒng)遵循的相關文件、法規(guī)及標準
《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項能耗數據采集技術導則》
《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項能耗數據傳輸技術導則》
《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)樓宇分項計量設計安裝技術導則》
《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)數據中心建設與維護技術導則》
GB17167用能單位能源計量器具配備和管理通則
GB50093自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范
GB50189-2005公共建筑節(jié)能設計標準
GB50034-2004建筑照明設計標準
GB/T15316-2009節(jié)能監(jiān)測技術通則
GB50378-2006綠色建筑評價標準
GB12021.3-2010房間空氣調節(jié)器能效限定值及能效等級
GB/T18713-2002太陽熱水系統(tǒng)設計、安裝及工程驗收技術規(guī)范
GB50019-2003采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范
GB50364-2005民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術規(guī)范
DGJ08-107-2004公共建筑節(jié)能設計標準
JGJ26-1995民用建筑節(jié)能設計標準
JGJ134-2010夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準
JGJ129-2000既有采暖居住建筑節(jié)能改造技術規(guī)程
JGJ132-2001采暖居住建筑節(jié)能檢驗標準
二、系統(tǒng)設計方案
2.1管理維度劃分
2.1.1物理空間劃分
本項目根據各個功能區(qū)域的能源消耗特性和規(guī)模，結合建筑能源管理的經驗，將建筑按照樓層劃分獨立管理區(qū)域。根據每個樓層的業(yè)態(tài)特性，對樓層中能耗較大的區(qū)域和設備進行獨立計量管理。
2.1.2分類分項
建筑能源類型包括電、水、冷/暖。同時，建筑對常規(guī)能源的供應質量、持續(xù)性和安全性有很高的要求。根據建筑能源消耗的特點和規(guī)模，以及對建筑能源管理的經驗，對能源類型的選擇和劃分如表2-1。
2.1.3重點設備
建筑內重點機電設備的劃分及監(jiān)測內容如表2-2。
2.2能耗計量原則
能耗數據是系統(tǒng)運行的基礎，其準確性和可靠性是決定系統(tǒng)運算、分析結果的根本，其采集范圍決定了系統(tǒng)軟件能實現的功能。因此，系統(tǒng)對能耗計量裝置的選型、性能、安裝方式和安裝位置有一定的要求。
2.2.1電
智能電力儀表根據應用場合的電壓等級、回路用途和所需功能進行配置，詳細配置內容見表2-3。
2.2.2水
水量計量裝置根據應用場合的使用環(huán)境、管徑、安裝方式和所需功能進行配置，詳細配置內容見表2-4。
具體用水采集點待定。
2.2.3冷/熱
冷/熱量計量裝置根據應用場合的使用環(huán)境、管徑、安裝方式和所需功能進行配置，詳細配置內容見表2-5。
具體用冷/熱采集點表待定。
2.3系統(tǒng)硬件結構
QTouch-EMS建筑能耗管理系統(tǒng)，采用分層部署的思想，每一層硬件設備均按照國家標準和維護簡易性進行安裝，并充分考慮系統(tǒng)的可擴展性進行配置和布局。系統(tǒng)三層結構分別為應用管理層、通訊網絡層和設備層，系統(tǒng)網絡架構如圖2-2。
圖2-2建筑能源管理系統(tǒng)網絡架構圖
2.3.1應用管理層
應用管理層是系統(tǒng)的核心組成部分，所有能耗數據、設備運行狀態(tài)信息、環(huán)境條件信息等都在該層進行集中處理、分析、評估，并向用戶發(fā)布當前能效信息，提供給用戶友好的人機界面及工作窗口。
該層硬件配置包括：數據服務器、應用和Web服務器、工作站電腦、維護工作站、打印機、UPS和發(fā)布大屏幕。
該層軟件配置包括：QTouch-EMS能源管理系統(tǒng)軟件、MySQL數據庫軟件、第三方智能化系統(tǒng)接口驅動程序、WindowsServer2008服務器操作系統(tǒng)、Windows7或以上版本工作站電腦操作系統(tǒng)、MicrosoftOffice2007辦公套件。
本項目系統(tǒng)服務器及能源管理工作主站設置在消防監(jiān)控中心，在變電所值班室設置電力監(jiān)控工作子站保障建筑電力供應安全。服務器、工作站等主要設備采用在線式UPS供電，以保證系統(tǒng)數據在停電時可以得到有效保存和備份。
2.3.2網絡匯聚層
網絡匯聚層是連接應用管理層與設備層的中間連接部分，負責把分散的能耗計量裝置所采集的數據上傳到系統(tǒng)服務器。同時，該層還提供其它智能化系統(tǒng)接入本系統(tǒng)的硬件接口。
該層硬件配置包括：QT240系列通訊管理機、工業(yè)網絡交換機、RS232/485工業(yè)轉換器、單模光電轉換器和開關電源。上述設備均安裝在我司定制的通訊機柜內部，通訊機柜的尺寸將根據硬件設備的數量和現場安裝條件設計。
該層設備的用途如下：
QT240系列通訊管理機：將現場總線數據包（以MODBUS、DNP、CDT、103、PROFIBUS等為傳輸協(xié)議）轉換為應用管理層可識別的信號，實現信號傳輸協(xié)議轉換。
工業(yè)網絡交換機：實現多臺通訊管理機的數據統(tǒng)一上傳；實現與其它智能化系統(tǒng)的對接和數據交換；實現應用管理層設備，如數據服務器、WEB服務器、工作主站等，之間的數據互聯(lián)。
RS232/485工業(yè)轉換器：將設備層采用的RS485總線接口轉換成通訊管理機可支持的RS232接口，同時起到隔離保護的作用，避免由于人為接線錯誤導致強電竄入通訊線路從而燒壞通訊管理機，以及降低浪涌對通訊管理機的影響。
單模光電轉換器：當通訊管理機與應用管理層設備距離超過100米時，會采用光纖傳輸數據，此時需要使用光電轉換器完成光信號與電信號之間的轉換。
開關電源：通訊機柜內安裝的設備部分需要12~36VDC供電，中間需要電源轉換模塊將220VAC的電源轉換成設備所需的電源。
網絡匯聚層采用以下三種傳輸介質，即RS485總線（RVSP2*1.0屏蔽雙絞線或者RVSP4*1.0屏蔽雙絞線）、單模光纖（GYXTW-4）和超五類網線（UTP5）。其中RS485總線負責能耗計量裝置與通訊管理機的連接，單條RS485總線鏈路最多可連接32臺能耗計量裝置，傳輸距離不超過1200米；單模光纖和超五類網線負責通訊管理機與應用管理層之間的連接，若中間的距離超過100米選擇單模光纖，否則選擇超五類網線。
2.3.3設備層
設備采集層是系統(tǒng)的基礎，絕大部分能耗數據來自該層。該層設備除具有傳統(tǒng)的能源計量功能外，還需要支持RS485通訊，將即現場能耗數據發(fā)送至應用管理層。
該層設備主要包括：多功能電力監(jiān)控儀、多功能電能表、遠傳水表、超聲波能量計等。
三、系統(tǒng)軟件功能
系統(tǒng)采用B/S軟件架構，可同時滿足數據處理效率及多用戶遠程訪問的要求。根據建筑能源管理的需求，設1個能源管理工作主站和1個電力監(jiān)控工作子站。系統(tǒng)從院長、能源經理、能源工程師等不同層級管理者的角度出發(fā)，訂制相應的管理頁面，用戶可以使用相應的賬號和密碼登陸，訪問專屬的管理頁面。
3.1能源管理工作主站功能
3.1.1能耗概覽
系統(tǒng)實時更新建筑能耗概覽信息，且能耗概覽內容可以自由定義，主要包括：
1.建筑建筑概況，如建筑面積、建筑布局、使用年限、業(yè)態(tài)等。
2.建筑運營數據，如營業(yè)收入、入住率等。運營數據可以通過人工定期錄入。
3.建筑能耗概況，如本年/月/日用電量及環(huán)比、本年/月/日用水量及環(huán)比、本年/月/日用冷/熱量及環(huán)比、碳排放量及環(huán)比等。以上數據可以數值、曲線圖、柱狀圖、堆積圖、餅圖等多種形式展示，并可與自定目標或行業(yè)先進值對比。
4.建筑能效指標，如本年/月/日單位面積能耗（電/水/冷/熱）及環(huán)比、本年/月/日單位營業(yè)收入能耗及環(huán)比、本年/月/日人均能耗及環(huán)比，以上數據可與自定目標或行業(yè)先進值對比。
5.能效評價，可根據建筑能耗量或能效指標對當前能源使用情況進行評價，評價共分為5個等級，1級為以綠色表示，5級為最差以紅色表示。
系統(tǒng)首頁
3.1.2區(qū)域能耗監(jiān)測
系統(tǒng)可導入建筑導航地圖，通過鼠標移動可以看到各棟建筑的信息和總體能耗狀況。點擊進入之后可以看到該棟建筑內各區(qū)域的詳細能耗狀況。
系統(tǒng)為用戶提供以下區(qū)域信息：
綜合能耗信息，包括環(huán)境參數、實時負荷、日/月/年能耗量、能耗組成餅圖、能效指標、能耗費用
能效指標包括：能耗密度（單位面積能耗密度、單位營業(yè)收入能耗密度、人均能耗）、能耗趨勢曲線、能耗報告、日需量統(tǒng)計、偏差分析以及相對于歷史數據的對比等
各區(qū)域能耗密度排名
能耗區(qū)域管理
3.1.3重點設備管理
系統(tǒng)對各重要機電設備進行集中管理，用戶可以從系統(tǒng)獲取各重要機電設備的名稱、安裝位置、額定參數、運行時間、運行效率等信息，同時生成相應的分析圖表。具體內容如下：
對供配電系統(tǒng)的電能質量進行分析；
對空調設備的能耗及用電參數進行監(jiān)視、測量和記錄，生成負荷曲線、能耗柱狀圖、運行效率關系圖等；
對給排水系統(tǒng)設備的能耗及用電參數進行監(jiān)視、測量和記錄，生成負荷曲線、能耗柱狀圖、運行效率關系圖等；
對電梯系統(tǒng)的能耗及用電參數進行監(jiān)視，生成負荷曲線、能耗柱狀圖、運行效率關系圖；
對送/排風機的能耗及用電參數進行監(jiān)視，生成負荷曲線、能耗柱狀圖、運行效率關系圖；
對鍋爐系統(tǒng)的能耗及用電參數進行監(jiān)視，生成負荷曲線、能耗柱狀圖、運行效率關系圖。
3.1.4能耗分類分項計量
按照《國家機關辦公建筑和大型公共建筑分項能耗數據采集技術導則》的定義，系統(tǒng)可對能源數據進行分類管理。
能耗一級分項包括電、水、氣、冷等；能耗二級分項包括照明、空調、動力、特殊等；能耗三級分項包括室內照明、景觀照明、冷凍主機、冷水泵、通風泵、電梯等。
可自行創(chuàng)建、修改、刪除任一能耗分項表，在分項表中可以新增、刪除任一能源數據點，并可對能耗分項屬性進行編輯。
用電分項計量
3.1.5能耗分析
系統(tǒng)可對歷史年/月/日或時段的各類能耗數據在物理空間、部門/科室、分類分項、重點設備等維度上進行分析。通過圖形工具、數值列表工具、聯(lián)機分析工具（OLAP），用戶可以輕松尋找能耗漏洞和節(jié)能空間，如夜間非正常使用負荷、同類型區(qū)域能耗超需求使用、運行效率低下設備等。
能效指標分析
3.1.6能源統(tǒng)計
系統(tǒng)提供靈活、完善的統(tǒng)計功能，對建筑用能、能源損耗、能源指標、能源告警進行數據統(tǒng)計，通過數值、列表、表格、曲線、餅圖等方式展現統(tǒng)計結果，采用報表、報告進行批量輸出。基于能源統(tǒng)計，提供給物業(yè)管理者調整用能系統(tǒng)的運行策略，提高能效利用水平。
1.統(tǒng)計能源指標
系統(tǒng)按照地理區(qū)域統(tǒng)計以下指標內容：建筑總能耗密度、建筑總用電密度、分區(qū)總能耗密度、分區(qū)總用電密度、樓體總能耗密度、樓體總用電密度。能耗密度指標應支持發(fā)布日、月、季、年值。密度指標包括按照單位面積和單位人流兩個維度。
系統(tǒng)按照能耗分項統(tǒng)計至少以下指標內容：建筑總用電、建筑總用水、建筑總用冷/熱、分區(qū)總用電、分區(qū)總用水、分區(qū)總用冷、樓體總用電、樓體總用水、樓體總用冷。能耗指標應支持發(fā)布日、月、季、年值。
系統(tǒng)按照設備類型統(tǒng)計至少以下指標內容：設備用電、設備運行時間、設備運維次數、設備平均負荷率、設備能效指標。設備指標支持發(fā)布日、月、季、年值。
上述指標統(tǒng)計同時，還包括同期變化率、構成比例、變化趨勢等衍生指標。
2.自定義統(tǒng)計能源指標
系統(tǒng)提供指標公式編輯器，允許物業(yè)管理人員，創(chuàng)建新的統(tǒng)計能源指標，例如PUE值、空調COP值、線路諧波電能損耗率等。
指標公式編輯器支持加、減、乘、除等基本運算符，支持時間維度的定義。
自定義指標統(tǒng)計同時，還包括同期變化率、構成比例、變化趨勢等衍生指標。
3.能源折算
系統(tǒng)支持指標能源折算，將用能指標轉換成等效標煤、等效碳排放值。
能源折算值支持每年定期輸入，按照本年度國家公布的折算值進行錄入。系統(tǒng)提前通知物業(yè)管理人員進行錄入，一旦錄入，則不允許更改。
系統(tǒng)支持查詢歷年能源折算值。
能源折算值統(tǒng)計同時，還包括同期變化率、構成比例、變化趨勢等衍生指標。
4.報表
系統(tǒng)默認提供日報表、月報表、季報表、年報表模板，將批量能源統(tǒng)計指標值進行輸出。
系統(tǒng)提供報表編輯器，允許物業(yè)管理人員，創(chuàng)建新的統(tǒng)計報表。
統(tǒng)計報表支持自動打印和召喚打印。自動打印的時間周期可以編輯。
系統(tǒng)可定期對統(tǒng)計報表進行備份，備份周期可調整，最小1個月，12個月，步長1個月。
備份數據保存在服務器硬盤中，支持存儲5年的報表。
能耗報表
3.1.7能源告警
系統(tǒng)提供靈活、豐富的告警管理功能，用以對能源實時信息和統(tǒng)計信息進行限值設定，提供給物業(yè)管理人員對預先設定的告警事件進行管理，以提升安全和能效。
1.告警事件
可設定對電壓、電流、功率、頻率、溫度等模擬數據量設定上限、上上限、下限、下下限值。
可設定對斷路器變位、保護信號變位等狀態(tài)數據量設定變位條件。
可設定對用電量、用水量、用冷量等累計數據量設定上限、上上限值。
可設定對能源指標等統(tǒng)計數據量設定上限、上上限值、下限、下下限值。
告警事件應支持緊急、重要和一般三級劃分。對緊急事件，系統(tǒng)最短可在10秒內發(fā)出通知，對重要事件，系統(tǒng)最短可在60秒內發(fā)出通知，對一般事件，系統(tǒng)最短可在5分鐘內發(fā)出通知。
2.告警通知
告警通知包括畫面推出、語音提示、短信和郵件通知等方式。可設定每條告警事件所采用的通知方式。
告警通知發(fā)出后，接收到通知的管理人員需確認后，方可解除告警。
告警解除支持單一確認和批量確認。
3.事件記錄
告警事件發(fā)生，系統(tǒng)記錄告警事件名稱、發(fā)生時刻、越限參數等信息，便于管理人員進行分析。
錄入數據庫的告警事件只有在權限許可條件下，方可清除。
系統(tǒng)可定期備份告警事件，備份周期可調整，最小1個月，12個月，步長1個月。
備份數據保存在服務器硬盤中，支持存儲5年的數據量。
能耗告警頁面
3.1.8能源發(fā)布
系統(tǒng)提供WEB發(fā)布功能，支持局域網訪問和廣域網訪問，提供給建筑信息發(fā)布系統(tǒng)數據共享，同時支持移動應用。
1.發(fā)布方式
支持中文編碼。
支持主流的網絡協(xié)議，如TCP/IP、IPX/SPX、NETBIOS及混合協(xié)議。
支持IE、FireFox、Opera、Chrome主流瀏覽器。
2.安全機制
具備有效的安全管理機制，支持身份驗證等對數據進行加密。
具備數據過濾功能，按照身份和權限級別等多種方式設置數據過濾機制。
提供對發(fā)布服務器和客戶端的完整病毒防護機制。
提供對發(fā)布服務器防火墻機制，防止從局域網和廣域網發(fā)起的攻擊。
3.訪問容量
支持正常10個并發(fā)用戶的在線訪問，支持100個并發(fā)用戶。
4.發(fā)布終端
支持信息發(fā)布大屏幕和移動客戶端顯示。
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