基于信息化管理的建筑电气节能平台系统研究论文

SCI论文（www.lunwensci.com）

　　摘要： 电气设备是现代建筑建设的基础保障，也是建筑业能源消耗的重要原因。为了给建筑电气节能信 息化管理提供一些参考，文章结合建筑电气节能需求，利用信息化管理技术，构建了建筑电气节能平台 系统。同时，结合建筑电气节能信息化管理平台系统物理架构，探究系统逻辑架构设置方法，论述建筑 电气节能信息化管理平台系统的功能。研究得出，建筑电气节能信息化管理平台系统架构由主机、中心 交换机、交换机、管理器、末端控制系统这几个部分组成，可以满足电梯电气节能、照明电气节能、电 机电气节能、通风电气节能等建筑电气节能需求。因此，现代建筑企业应合理应用建筑电气节能信息化 管理平台系统，发挥建筑电气节能信息化管理优势，提升建筑综合自动化水平，确保建筑电气节能高效 运行。

　　关键词： 信息化,建筑,电气节能平台


　　Abstract: Electrical equipment is the basic guarantee of modern buildings and an important source of building energy consumption. In order to provide some reference for the information management of building electrical energy saving, the paper constructs the building electrical energy saving platform system based on the building electrical energy saving demand and the information management technology. Combined with the physical architecture of the building electrical energy saving information management platform system, the system logical architecture setting method is explored, and the system function of the building electrical energy saving information management platform is discussed. It is concluded that the system architecture of the building electrical energy-saving information management platform is composed of the host, central switch, switch, manager and terminal control system, which can meet the needs of building electrical energy-saving such as elevator electrical energy-saving, lighting electrical energy-saving, motor electrical energy-saving and ventilation electrical energy-saving. Therefore, modern buildings should reasonably apply the building electrical energy- saving information platform system, give play to the advantages of building electrical energy-saving information management, the comprehensive automation level of buildings, and ensure the efficient operation of building electrical energy-saving.

　　Key words: information; building; electrical energy saving platform

　　智能建筑是大势所趋。在现有技术水平下，建 筑建设可集成应用数字监控技术、变配电技术、保 安监控技术、变频技术等，实现楼宇自动化、通信 自动化、办公自动化。但是，在建筑电气设备运行 过程中，存在诸多能量损耗节点，致使建筑工程总 体能耗显著提升。加之传统建筑电气节能不受重视， 缺乏健全的建筑节能管理系统，导致建筑企业难以 高效率运行。因此，分析建筑电气节能信息化管理 非常必要。

　　一、建筑电气节能管理需求

　　一建筑总面积为 14526m2 ，为地下 5 层 + 地上20层结构，其中地下1层设有弱电机房、餐厅、厨房， 配套内设风机盘管、新风机组、空调室外机;地下 2 层为车库与风机房，设诱导通风装置;地下 3 层 至 5 层均设有厨房、餐厅及配套房(设风机盘管、 新风机组与空调室外机)。


　　依据公共建筑标准能耗模型，建筑能耗中的电 气能耗涉及厨房用电、照明插座用电(室内照明、 走廊公共照明、室外景观照明、室内风机盘管插座 用电等)、空调用电(室外空调机组用电)与电机 动力用电(消防风机、排污泵、电梯、弱电机房、 应急照明等)等内容。建筑电气节能管理需求为根据近期区域公共建筑能量损耗调查结果，借鉴节能 诊断及改造工程经验，以建筑实际面积为依据，实 时收集并分析区域内各时间段的耗电量、电能消耗 时间分布与功率因数波动数据，关联大型电气设备 使用频率，确定电气设备电能消耗数据，寻找能源 成本管控途径，以达到能耗降低 20% 的目标 [1] 。

　　二、基于信息化管理的建筑电气节能平台系统 架构

　　(一)物理架构

　　基于信息化管理的建筑电气节能平台系统物理 架构如图 1 所示。


　　由图 1 可知，建筑电气节能信息化管理平台 包括主机、中心交换机、交换机、管理器及末端控 制系统这几个部分。其中，主机经 RS485 总线与主 控制柜进行信息交互，经主控制柜向冷冻水泵控制 柜、冷却水泵控制柜、冷却塔控制柜与传感器箱等 中央空调节能系统传递指令。主机与中心交换机之 间 则 经 TCP/IP(TransmissionControlProtocol/ InternetProtocol) 进行信息交互; 交换机包括电 机交换机、照明交换机、电梯交换机、末端交换机等， 对应的管理器为调节管理器、控制管理器、回馈管 理器、节能管理器;末端控制系统则为电机调节器、 照明管理器、电梯动能回馈器与末端风机节能器 [2]。

　　(二)逻辑架构

　　基于信息化管理的建筑电气节能平台系统逻辑 架构如图 2 所示。


　　由图 2 可知，在基于信息化管理的建筑电气节 能平台系统的逻辑架构中，管理层与建筑数据库直接相连， 兼顾电量采集、结算、计算与变压器损耗、 线路损耗、电气设备损耗考核功能，可以自动收集 电量数据并进行结算;网络层主要经前置服务网络 协议 TCP/IP 及通信网络 RS485 与管理层、现场设 备层进行信息交互;现场设备层则面向建筑现场， 经串口信道(切换箱—终端服务器—主站通信服务 器)或 GPRS 信道(路由器—通信地址段路由)接 入建筑电气设备终端，支持低压智能仪表统计建筑 各层多时间短耗电量、功率因数波动数据、电能消 耗时间分布等数据，为能源成本降低方案的制订提 供充足的数据支持 [3]。

　　三、基于信息化管理的建筑电气节能平台系统 功能

　　(一)照明电气节能信息化管理

　　照明电气耗电是建筑物总能耗的重要组成部 分，传统的建筑照明系统控制管理性能不佳，不仅 限制了照明系统灯光效果的优化，而且会产生极大 的电力能源损耗量。信息化管理平台可以根据建筑 照明场景，考虑自然光反射补充室内照明的情况， 经主机计算建筑物所在高度与经纬度下的太阳照射 方向、高度，确定自然光强度后，进行建筑内部光 照角度、方向、时间的自适应调控，满足差异化光 照需求 [4]。换言之， 在照明控制管理器的支持下， 系统能够根据建筑照明环境变化，依据事先设定的 光照条件切换照明参数，满足多场景照明需求。同 时，以照明电压控制为依据，利用软启动 / 软关断 技术，降低建筑内部灯具运行电压，削弱电网内过 载电压与浪涌、灯丝热冲击，增强光线柔和度与照 明均匀度，稳定灯具输出电压整体水平。


　　在基于照明控制管理器的建筑内部光照自适应 调控过程中，系统可以以照明控制管理器为中心， 实现控制照明群组操作，将建筑公共区域照明划分 为若干组，制订控制模式，遥控时段灯、开关亮 灯。比如，系统可根据建筑所在地经纬度，按建筑 所在地 365 天的日出、日落时间设定开启 / 关闭建 筑公共照明时间，并将计算的开启 / 关闭公共照明 时间下载到中心计算机内，由中心计算机遥控照明 控制管理器自动执行公共区域照明的开启 / 关闭操 作，而后经电力载波调制解调器将执行结果上传至 中心计算机。同时，系统会在每天早晨关闭建筑公 共区域照明灯具前的时间采集建筑公共区域的照明 数据，在中心屏幕上显示数据及相应数据对应的照 明灯具。在这个基础上引入监控节能控制功能，经 电力线载波 + 电力载波调制解调分析每一盏灯具的 公共区域照明方式，可合理调节开关时间，降低照 明电气能源损耗。

　　(二)电机电气节能信息化管理

　　建筑内部电机在运行过程中，会受现场诸多 因素的影响，如建筑电气供配电系统变压器异常 会导致电机能源利用率下降，进而产生电力能源 浪费现象 [5] 。基于此，研究人员可以依据通用电 机信息化管控思路，借助 PID 运算(Proportional 比例， Integral 积分， Derivative 微分) 和 PLC (Programmable Logic Controller， 可编程逻辑 控制器)，设置节能调节管理器，即在采集电机水 流量、温度、压力、水阀水位、浓度等参数的基础 上，经 PID 运算将参数转化为模拟量输入 PLC 内， 由 PLC 对比实际检测值与设定阈值，输出控制信号 模拟量至变频器完成电机定子绕组供电频率调节。 在电机磁极对数、转差率一定的情况下改善电机运 转速度，能降低电机运转过程中的电能损耗。

　　针对个别电机用量较大的建筑，相关工作人员 可以利用监控系统进行实时能耗监测，监测内容包 括电机电压、电流、频率、电能及电机的故障、停 止、起动、报警状态。同时，现场设备层实时采集 电机电气系统的各种电度量、模拟量、开关量数据， 对采集数据量进行数字滤波与有用性检查，利用有 用数据进行电度计算，获取应用价值较高的电流、 电度、无功功率、有功功率、功率因数等数据。监 测数据可作为节能依据，经系统进行节能控制，如 一键执行变频控制操作等。建筑管理者可在监控屏 幕内了解电机运行情况与实际能源损耗，根据屏幕 显示结果修改电机节能保护定值，并下载到现场电 机装置内，以达到节约电机能源损耗量的效果。

　　(三)电梯电气节能信息化管理

　　电梯拖拽系统既是现代建筑人性化服务的体 现，也是巨大的能耗部分。受系统维护、自动化水 平低等因素影响，电梯拖拽系统长期处于低效运行 状态，能耗量持续增加。基于此，工作人员可以借 助基于信息化的电梯回馈制动节能控制方法，即以 电动机拖拽减速运动时释放的机械能为对象，将其 转换为电能进行回馈再生利用，降低电力能源损耗。 同时，工作人员可以利用信息化技术搭建建筑电梯 群控系统。在用户等待电梯并按键召唤电梯时，上 位主机全程扫描厅外召唤信号，确定召唤脉冲信号 后，智能分析最适宜的运行方式，并向调度中心发 配调度信号，由调度中心制订调度方案，降低电梯 轻载、空载比例，缩短厅外召唤信号回应时长，降低电梯能耗。

　　(四)风机电气节能信息化管理

　　风机是空调末端电气设备，可在满足建筑内部 通风要求的同时协调建筑冷热源。但是，当前建筑风机的电气设计容量远高于实际需求能量，存在电 能损耗现象。因此，可以以回风 / 送风温度、送风 机 / 回风机、回风 / 送风湿度为主要控制对象，由 节能管理器实时监测、调控。例如， 在空调冷负荷、 回风温度均向高水平发展且温度检测值超出温度设 定值时，提高输出风机运行频率，提升送风机运转 速度，增加送风量，使回风温度下降并趋于稳定; 而在空调冷负荷、回风温度均向低水平发展且温度 检测值小于温度设定值时，输出风机维持低频率运 行，以较低的运转速度与较小的风量运行，使回风 温度上升到设定值并趋于稳定，满足温度调节需求。

　　在空调热负荷、回风温度分别朝着高水平、低 水平发展且温度检测值小于温度设定值时，工作人 员可调高输出风机运行频率，使送风机维持大转速、 大风量运转，确保回风温度在一定时间内上升到设 定值并趋于稳定;反之则调小输出风机运行频率， 使送风机维持小转速、小风量运转，确保回风温度 在一定时间内下降到设定值并趋于稳定，避免风机 “大马拉小车”而出现能耗虚高现象。

　　四、结语

　　现代建筑是依靠机电控制系统实现人性化运行 的建筑，随着机电控制系统调节类型的增加，系统 内部结构愈发多样化，系统总能耗量显著增大。因 此，为满足建筑照明、电机、电梯与空调风机等机 电设备节能要求，从业人员可以引入信息化管理技 术，经传感器测量并记录电气设备能耗量，然后根 据记录数值制订适宜的电气节能方案，为建筑电气 高效率运行提供支持。

　　【参考文献】

　　[1]谢祎文.节能环保理念在绿色建筑设计中的融入 [J].工业建筑,2022(4).

　　[2]王进.建筑电气自动化系统设计与实现[J].微型电 脑应用,2019(4).

　　[3]娄艳华.节能改造技术在城市建筑规划中的应用 [J].工业建筑,2022(4).

　　[4]罗鸿宇.基于节能降耗的医院建筑电气照明系统 设计[J].电子设计工程,2022(3).

　　[5]陈玮吉.绿色建筑空调通风系统节能影响因素分 析及验证[J].微型电脑应用,2022(6).

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