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建筑能耗管理系統
產品時間：2025-03-24
QTouch-EMS建筑能耗管理系統 一、概述 1
QTouch-EMS建筑能耗管理系統
一、概述
1.1.能耗管理的意義
建設工業企業、建筑、醫院、學校等行業的能耗管理系統（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是靠人工定時抄表的方式統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節和重點能耗設備的實時能耗數據。企業能效管理信息系統在線監測整個企業（集團）的生產能耗動態信息，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節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/能效信息統計、管理
企業能效管理系統自動生成的多種能耗信息統計圖形、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，評估節能措施的效果和關聯影響。
系統提供綜合能耗/能效統計報表，采用菜單或光按鈕直接引導界面模式，圖形界面包括企業宏觀的能耗數據和相關信息，快捷、直觀反映企業、生產車間、班組和重要生產環節實時和歷史能耗/能效信息。
3)、歷史能耗數據對比、分析
企業能效管理系統具有強大的歷史能耗數據追溯和分析功能，企業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，從而發現能源消耗結構和過程中存在的深層次問題，對企業能源消耗結構和方式的改進、優化提出方案和建議。
通過動態的單位產量能耗曲線和數據，可以直觀地比較企業生產能耗與國際、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生。用電及能效管理信息系統在線監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境，避免諧波危害和電能質量問題的發生，同時降低供電系統諧波和無功損耗。通常購置諧波監測設備需要較大的投資，本系統能同時實現電能消耗狀況以及諧波監測、分析的雙重功能。
1.2.能源管理系統的目標
建筑/企業能源管理系統旨在提高現有能源管理水平，對建筑/企業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能。系統在能源供應及傳輸系統實時監控的基礎上，對建筑/企業能耗信息、環境信息、設備信息及運營信息進行統計、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。
系統可幫助建筑優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能降耗的技術和管理措施，協助管理者制訂對建筑各區域的能源管理措施和考核辦法。
建筑/企業能源管理系統建成后達到以下目標：
(1)對中低壓變配電系統進行實時監控、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計分析、內部核算的管理體系；
(4)對各公共區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，科學計算和實時監測建筑能源消耗指標，并對各區域當前能耗水平評價考核；
(6)提供多個能效分析工具，幫助管理人員發現不合理用能現象；
(7)為節能技術改造提供數據依據，以及檢驗節能改造效果；
1.3.系統遵循的相關文件、法規及標準
《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統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測系統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測系統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測系統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范
GB50189-2005公共建筑節能設計標準
GB50034-2004建筑照明設計標準
GB/T15316-2009節能監測技術通則
GB50378-2006綠色建筑評價標準
GB12021.3-2010房間空氣調節器能效限定值及能效等級
GB/T18713-2002太陽熱水系統設計、安裝及工程驗收技術規范
GB50019-2003采暖通風與空氣調節設計規范
GB50364-2005民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范
DGJ08-107-2004公共建筑節能設計標準
JGJ26-1995民用建筑節能設計標準
JGJ134-2010夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準
JGJ129-2000既有采暖居住建筑節能改造技術規程
JGJ132-2001采暖居住建筑節能檢驗標準
二、系統設計方案
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域的能源消耗特性和規模，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域。根據每個樓層的業態特性，對樓層中能耗較大的區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，建筑對常規能源的供應質量、持續性和安全性有很高的要求。根據建筑能源消耗的特點和規模，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測內容如表2-2。
2.2能耗計量原則
能耗數據是系統運行的基礎，其準確性和可靠性是決定系統運算、分析結果的根本，其采集范圍決定了系統軟件能實現的功能。因此，系統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系統硬件結構
QTouch-EMS建筑能耗管理系統，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，并充分考慮系統的可擴展性進行配置和布局。系統三層結構分別為應用管理層、通訊網絡層和設備層，系統網絡架構如圖2-2。
圖2-2建筑能源管理系統網絡架構圖
2.3.1應用管理層
應用管理層是系統的核心組成部分，所有能耗數據、設備運行狀態信息、環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和發布大屏幕。
該層軟件配置包括：QTouch-EMS能源管理系統軟件、MySQL數據庫軟件、第三方智能化系統接口驅動程序、WindowsServer2008服務器操作系統、Windows7或以上版本工作站電腦操作系統、MicrosoftOffice2007辦公套件。
本項目系統服務器及能源管理工作主站設置在消防監控中心，在變電所值班室設置電力監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服務器。同時，該層還提供其它智能化系統接入本系統的硬件接口。
該層硬件配置包括：QT240系列通訊管理機、工業網絡交換機、RS232/485工業轉換器、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等為傳輸協議）轉換為應用管理層可識別的信號，實現信號傳輸協議轉換。
工業網絡交換機：實現多臺通訊管理機的數據統一上傳；實現與其它智能化系統的對接和數據交換；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。
RS232/485工業轉換器：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
設備采集層是系統的基礎，絕大部分能耗數據來自該層。該層設備除具有傳統的能源計量功能外，還需要支持RS485通訊，將即現場能耗數據發送至應用管理層。
該層設備主要包括：多功能電力監控儀、多功能電能表、遠傳水表、超聲波能量計等。
三、系統軟件功能
系統采用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個電力監控工作子站。系統從院長、能源經理、能源工程師等不同層級管理者的角度出發，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、業態等。
2.建筑運營數據，如營業收入、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/日用電量及環比、本年/月/日用水量及環比、本年/月/日用冷/熱量及環比、碳排放量及環比等。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）及環比、本年/月/日單位營業收入能耗及環比、本年/月/日人均能耗及環比，以上數據可與自定目標或行業先進值對比。
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。
系統首頁
3.1.2區域能耗監測
系統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域的詳細能耗狀況。
系統為用戶提供以下區域信息：
綜合能耗信息，包括環境參數、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、單位營業收入能耗密度、人均能耗）、能耗趨勢曲線、能耗報告、日需量統計、偏差分析以及相對于歷史數據的對比等
各區域能耗密度排名
能耗區域管理
3.1.3重點設備管理
系統對各重要機電設備進行集中管理，用戶可以從系統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；
對給排水系統設備的能耗及用電參數進行監視、測量和記錄，生成負荷曲線、能耗柱狀圖、運行效率關系圖等；
對電梯系統的能耗及用電參數進行監視，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視，生成負荷曲線、能耗柱狀圖、運行效率關系圖；
對鍋爐系統的能耗及用電參數進行監視，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、聯機分析工具（OLAP），用戶可以輕松尋找能耗漏洞和節能空間，如夜間非正常使用負荷、同類型區域能耗超需求使用、運行效率低下設備等。
能效指標分析
3.1.6能源統計
系統提供靈活、完善的統計功能，對建筑用能、能源損耗、能源指標、能源告警進行數據統計，通過數值、列表、表格、曲線、餅圖等方式展現統計結果，采用報表、報告進行批量輸出?；谀茉唇y計，提供給物業管理者調整用能系統的運行策略，提高能效利用水平。
1.統計能源指標
系統按照地理區域統計以下指標內容：建筑總能耗密度、建筑總用電密度、分區總能耗密度、分區總用電密度、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。
系統按照能耗分項統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、分區總用電、分區總用水、分區總用冷、樓體總用電、樓體總用水、樓體總用冷。能耗指標應支持發布日、月、季、年值。
系統按照設備類型統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。設備指標支持發布日、月、季、年值。
上述指標統計同時，還包括同期變化率、構成比例、變化趨勢等衍生指標。
2.自定義統計能源指標
系統提供指標公式編輯器，允許物業管理人員，創建新的統計能源指標，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。系統提前通知物業管理人員進行錄入，一旦錄入，則不允許更改。
系統支持查詢歷年能源折算值。
能源折算值統計同時，還包括同期變化率、構成比例、變化趨勢等衍生指標。
4.報表
系統默認提供日報表、月報表、季報表、年報表模板，將批量能源統計指標值進行輸出。
系統提供報表編輯器，允許物業管理人員，創建新的統計報表。
統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。
系統可定期對統計報表進行備份，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
系統提供靈活、豐富的告警管理功能，用以對能源實時信息和統計信息進行限值設定，提供給物業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，系統最短可在10秒內發出通知，對重要事件，系統最短可在60秒內發出通知，對一般事件，系統最短可在5分鐘內發出通知。
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?？稍O定每條告警事件所采用的通知方式。
告警通知發出后，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
告警事件發生，系統記錄告警事件名稱、發生時刻、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能源發布
系統提供WEB發布功能，支持局域網訪問和廣域網訪問，提供給建筑信息發布系統數據共享，同時支持移動應用。
1.發布方式
支持中文編碼。
支持主流的網絡協議，如TCP/IP、IPX/SPX、NETBIOS及混合協議。
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。
提供對發布服務器和客戶端的完整病毒防護機制。
提供對發布服務器防火墻機制，防止從局域網和廣域網發起的攻擊。
3.訪問容量
支持正常10個并發用戶的在線訪問，支持100個并發用戶。
4.發布終端
支持信息發布大屏幕和移動客戶端顯示。