專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)的建筑物能量管理、調(diào)度與控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑物內(nèi)節(jié)能的檢測控制器，特別涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)的建筑能量管 理、調(diào)度與控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
建筑既是人類活動(dòng)的基本場所，也是大量消耗能源、資源的重要環(huán)節(jié)。目前我國每 年新建建筑中，只有10%—15%能達(dá)到國家制定的強(qiáng)制性節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，80%以上為高耗能 建筑；既有的400億平方米建筑中，95%以上是高能耗建筑，這對社會(huì)造成了沉重的能 源負(fù)擔(dān)和嚴(yán)重的環(huán)境污染，制約了我國的可持續(xù)發(fā)展。嚴(yán)峻的事實(shí)告訴我們，中國要走 可持續(xù)發(fā)展道路，發(fā)展建筑節(jié)能已刻不容緩。
我國建筑耗能的數(shù)字非常驚人在建造和使用過程中直接消耗的能源占全社會(huì)總能 耗的30%，使用的鋼材、水泥等建材的生產(chǎn)能耗占16.7%，兩項(xiàng)相加，大約占到我國總 能耗的一半。
我國建筑不僅耗能高，而且能源利用效率很低，單位建筑能耗比同等氣候條件下國 家高出2—3倍。僅以建筑供暖為例，我國北方地區(qū)一個(gè)采暖期的平均能耗為20.6瓦/平 方米，而相同氣候條件的瑞典、丹麥、芬蘭等國家一個(gè)采暖期的平均能耗僅為ll瓦/平 方米。因建筑能耗高，僅北方采暖地區(qū)每年就多耗標(biāo)準(zhǔn)煤1800萬噸，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)70 億元。
說到高耗能行業(yè)，人們往往首先想到的是工業(yè)。其實(shí)，我國建筑直接能耗在社會(huì)總 能耗中的比例雖然目前為30%左右，但根據(jù)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，這一比例將逐步提高到35 %左右。所以，建筑在不遠(yuǎn)的將來會(huì)成為我國第一耗能大戶，建筑節(jié)能也就成為全社會(huì) 節(jié)能工作的首要方面。
世界銀行在《中國促進(jìn)建筑節(jié)能的契機(jī)》的報(bào)告中提出，從2000年到2015年是中國 民用建筑發(fā)展鼎盛期的中后期，預(yù)測到2015年民用建筑保有量的一半是2000年以后新建 的。由于"中國沒有注重建筑節(jié)能，從而導(dǎo)致每年新增7億一8億平方米不節(jié)能的住宅和 商業(yè)建筑，這些建筑在未來幾十年里將無節(jié)制地消耗大量能源。中國在過去10年里已喪 失了提高新建筑能效的良機(jī)?，F(xiàn)在行動(dòng)可避免最后15年內(nèi)損失更大"。
據(jù)建設(shè)部科技司的分析，到2020年底，全國新增的300億平方米房屋建筑面積中， 城市新增130億平方米，如果這些建筑全部在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)50%的節(jié)能，則每年大約 可節(jié)省1.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。因此，進(jìn)行建筑物能量的管理控制是非常必要的，節(jié)能潛力也是巨大的。 從我國的能源利用來看，存在嚴(yán)重的能耗高，能源利用效率低的問題。我國建筑能 耗的總量也在逐年上升，在能源總消費(fèi)量中所占的比例已從上世紀(jì)七十年代末的10%， 上升到占社會(huì)總能耗的1/3。目前我國已有的建筑近400億平方米，每年新建房屋近20億 平方米，95%以上是高能耗建筑，單位建筑面積能耗是發(fā)達(dá)國家的2至3倍，因此，建筑 節(jié)能潛力巨大，而在整個(gè)建筑能耗中暖通空調(diào)、照明及集中供熱等系統(tǒng)占建筑能耗的65% 以上，因此建筑節(jié)能的關(guān)鍵在于對耗能較大的這些系統(tǒng)進(jìn)行管理和優(yōu)化控制，以提高這 些系統(tǒng)的能量效率，達(dá)到節(jié)能的目的。
為了使能效概念更準(zhǔn)確的體現(xiàn)能量使用狀況，可以把能效分為能量傳輸效率和能量 利用效率。能量傳輸效率是指用戶獲得的總能量與輸出總能量之比；能量利用效率表示 傳輸?shù)椒块g、大廳等人們活動(dòng)場所的能量是否合理有效的利用。由于目前針對建筑物的 節(jié)能控制系統(tǒng)，比如樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)，其節(jié)能主要體現(xiàn)在提高能量傳輸效率上。雖然建 筑物的能量傳輸效率有著較大的提高空間，但由于缺乏可操作性的節(jié)能評價(jià)指標(biāo)，導(dǎo)致 當(dāng)前運(yùn)行的這些系統(tǒng)的節(jié)能效果并不明顯。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為了克服以上技術(shù)的不足，提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)的建筑能量管理、調(diào)度 與控制系統(tǒng)，從如何提高能量傳輸效率和能量利用效率入手，(l)研發(fā)檢測能量傳輸效 率和能量利用效率的硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑能耗的量化分析；(2)研發(fā)建筑物的能量調(diào)度 與優(yōu)化控制軟件系統(tǒng)，尋求能量效率最優(yōu)化控制策略；(3)將控制理論與現(xiàn)代通信和計(jì) 算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，基于IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，研發(fā)建筑物能量管理、調(diào)度與控制的"管控一體 化"系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)能。
本實(shí)用新型是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的
本實(shí)用新型涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)的建筑能量管理、調(diào)度與控制系統(tǒng)，其特征在于包 括有位于下層的能量數(shù)據(jù)監(jiān)測調(diào)度分配裝置，位于中層的對下層信息融合、數(shù)據(jù)挖掘和 區(qū)域通信與管理的數(shù)據(jù)管理裝置，位于上層的對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理并下傳優(yōu)化方案的執(zhí) 行裝置，三層裝置通過以太連接；所述的能量數(shù)據(jù)監(jiān)測調(diào)度分配裝置包括有能量檢測控 制器、能量平衡探測器、能量調(diào)度控制服務(wù)器、閥門、溫度傳感器、濕度傳感器、照度 傳感器、感知傳感器、電量傳感器。
該項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下
(1)該系統(tǒng)不但能夠監(jiān)測建^[物內(nèi)各能耗系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀況，而且能夠監(jiān)測實(shí)際采用傳統(tǒng)檢測手段與現(xiàn)代檢測手段相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)低成本的能耗指標(biāo)的采集，對 現(xiàn)有的檢測設(shè)備進(jìn)行改造，基于IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有傳統(tǒng)設(shè)備的無障礙接入新系統(tǒng)， 用于監(jiān)測各能耗設(shè)備的運(yùn)行狀況。根據(jù)需要增加部分感知傳感器，對實(shí)際需求進(jìn)行監(jiān)測， 通過能量的合理調(diào)度，減少在無人狀況下的無謂能源浪費(fèi)。
(2) 從系統(tǒng)地角度，引入管理的理念，將現(xiàn)代控制理論和管理科學(xué)相結(jié)合，對能 量的使用進(jìn)行細(xì)化管理、調(diào)度與控制，實(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)能。
在對整個(gè)建筑物能耗指標(biāo)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)的角度，采用信息技術(shù)、控制 理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，得到全局最優(yōu)控制策略，進(jìn)行節(jié)能的控制實(shí)施。有別于對建 筑的部分設(shè)備進(jìn)行孤立的節(jié)能改造，該課題將整個(gè)建筑物作為研究對象，最終實(shí)現(xiàn)的是 整個(gè)建筑物的全局最優(yōu)化節(jié)能。
(3) 基于IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用建筑物的綜合布線進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建，無須進(jìn)行大量布線， 既符合建筑智能化發(fā)展趨勢，又降低了成本，易于進(jìn)行推廣。
(4) 涵蓋了智能建筑中傳統(tǒng)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)和集成系統(tǒng)的功能，是新一代的樓宇 自控系統(tǒng)。


附圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作詳細(xì)的描述。
基于IP網(wǎng)絡(luò)的建筑物能量管理、調(diào)度與控制系統(tǒng)的研發(fā)擬采取以下的研究方法和技 術(shù)路線
首先開發(fā)能夠監(jiān)測能量分布的傳感器，即開發(fā)能夠檢測溫度、濕度、照度、用電狀 況和感知(感知人是否存在)數(shù)據(jù)融合的智能傳感器，傳感器具有總線或以太網(wǎng)傳輸能 力。將這些傳感器布設(shè)在建筑物內(nèi)，監(jiān)測建筑物內(nèi)能量的利用狀況。從采集數(shù)據(jù)的角度 考慮，傳感器數(shù)量越多越好，但會(huì)造成成本的增加，造成節(jié)能不節(jié)錢的現(xiàn)象。所以在開 發(fā)傳感器的同時(shí)，尋求建立傳感器在建筑物內(nèi)優(yōu)化布設(shè)模型，從理論上解決傳感器的布 設(shè)原則和布設(shè)位置問題。目前我們已經(jīng)建立了 "典型區(qū)域測量法"這種模型，并作了較 為深入的研究，準(zhǔn)備在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善相關(guān)理論，并探索新的更優(yōu)的平衡成本與檢 測精度的傳感器布設(shè)方法。
在實(shí)際的工程中按照"典型區(qū)域測量法"布設(shè)傳感器，實(shí)際檢驗(yàn)"典型區(qū)域測量法" 的效果并探索新的更優(yōu)的能量利用效率檢測原理與方法，比如怎樣利用建筑物內(nèi)的智能化系統(tǒng)(樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、 一卡通系統(tǒng)等)來獲得與能量傳輸效率和能 量利用效率所需要的數(shù)據(jù)。將樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)提供的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、安全防范系統(tǒng)提供 的人是否存在的信息與傳感器檢測的信息進(jìn)行融合，利用信息提取技術(shù)得到更準(zhǔn)確的能 量傳輸效率和能量利用效率。因?yàn)槟芰坷眯实墨@得是實(shí)現(xiàn)建筑物節(jié)能的非常關(guān)鍵的 因素，因此需要對上述檢測方法獲得結(jié)果的有效性進(jìn)行確認(rèn)?？赏ㄟ^傳統(tǒng)測量儀表與人 工觀察相結(jié)合的方式完成這種確認(rèn)。
在得到能量傳輸效率和能量利用效率數(shù)據(jù)的前提下，下一步根據(jù)這些數(shù)據(jù)以能量為 對象，研究并實(shí)現(xiàn)對能量的控制與調(diào)度。對照明系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)度的實(shí)現(xiàn)相對比較簡 單，但對于暖通空調(diào)、供熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度就比較困難。如前所述由于這兩個(gè)系統(tǒng)的能量 傳輸介質(zhì)是水和空氣等流體，在進(jìn)行能量調(diào)度和控制的同時(shí)，還必須符合流體力學(xué)的要 求，因此基于能效的建筑物能量管理、調(diào)度與控制系統(tǒng)還必須有檢測水壓平衡及水流量 分配的功能。探索和研究建筑物能量分配數(shù)學(xué)模型，該模型既能用于能量的分配，又能 拋開復(fù)雜的流體力學(xué)計(jì)算便于在實(shí)際工程中應(yīng)用。課題組目前已經(jīng)研究發(fā)展了一種利用 水路末端壓力平衡調(diào)解水流量的模型和方法，并在實(shí)際工程中進(jìn)行了應(yīng)用，保證了某些 極限能量需求情況下，比如只在某幾個(gè)水路末端有能量需求時(shí)，可以使供應(yīng)的能量盡可 能接近需求量，能效接近可能達(dá)到的最優(yōu)值。
因?yàn)榕照{(diào)、照明、供熱系統(tǒng)在不同的建筑物中的設(shè)計(jì)都有所差別，因此建筑物 能量管理、調(diào)度與控制系統(tǒng)也必須能夠在不同的建筑物中實(shí)現(xiàn)提高能效的目的。課題組 有承擔(dān)實(shí)際工程項(xiàng)目的能力，所以這個(gè)問題也可以隨著實(shí)際工程項(xiàng)目的實(shí)施得以解決。
本實(shí)用新型的基于IP網(wǎng)絡(luò)的建筑物能量管理、調(diào)度與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如附圖1 所示由三層裝置組成，三層裝置通過以太連接，最下層是能量數(shù)據(jù)監(jiān)測調(diào)度分配裝置， 可以對能量數(shù)據(jù)的監(jiān)測與能量調(diào)度和分配，包括各種傳感器、能量檢測控制器、能量平 衡探測器、能量調(diào)度控制服務(wù)器和閥門等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。中層是數(shù)據(jù)管理裝置，為區(qū)域信息 融合、數(shù)據(jù)挖掘和區(qū)域通信與管理中心，這一層是為了便于區(qū)域的管理和區(qū)域數(shù)學(xué)模型 的建立與調(diào)整。最上層是執(zhí)行裝置，為數(shù)據(jù)集成與管理層，數(shù)據(jù)集成是利用以太網(wǎng)將建 筑物內(nèi)與能效相關(guān)的數(shù)據(jù)讀取到能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心，對這些信息進(jìn)行融合挖掘 出有用信息，將這些信息輸入針對特定建筑物所建立的能量調(diào)度和管理模型，計(jì)算出優(yōu) 化的能量調(diào)度方案，下傳到能量調(diào)度控制服務(wù)器和閥門去執(zhí)行相應(yīng)的控制工作。對于無 法通過自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)能量管理，比如某些部門存在不良的用能習(xí)慣，利用管理中心給出 各部門能效報(bào)告的方式來實(shí)施管理。
權(quán)利要求1. 一種基于網(wǎng)絡(luò)的建筑能量管理、調(diào)度與控制系統(tǒng)，其特征在于包括有位于下層的能量數(shù)據(jù)監(jiān)測調(diào)度分配裝置，位于中層的對下層信息融合、數(shù)據(jù)挖掘和區(qū)域通信與管理的數(shù)據(jù)管理裝置，位于上層的對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理并下傳優(yōu)化方案的執(zhí)行裝置，三層裝置通過以太連接；所述的能量數(shù)據(jù)監(jiān)測調(diào)度分配裝置包括有能量檢測控制器、能量平衡探測器、能量調(diào)度控制服務(wù)器、閥門、溫度傳感器、濕度傳感器、照度傳感器、感知傳感器、電量傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)的建筑能量管理、調(diào)度與控制系統(tǒng)，包括有位于下層的能量數(shù)據(jù)監(jiān)測調(diào)度分配裝置，位于中層的對下層信息融合、數(shù)據(jù)挖掘和區(qū)域通信與管理的數(shù)據(jù)管理裝置，位于上層的對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理并下傳優(yōu)化方案的執(zhí)行裝置，三層裝置通過以太連接；所述的能量數(shù)據(jù)監(jiān)測調(diào)度分配裝置包括有能量檢測控制器、能量平衡探測器、能量調(diào)度控制服務(wù)器、閥門及各種傳感器。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為(1)該系統(tǒng)不但能夠監(jiān)測建筑物內(nèi)各能耗系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀況，而且能夠監(jiān)測實(shí)際能量需求。(2)對能量的使用進(jìn)行細(xì)化管理、調(diào)度與控制，實(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)能。(3)基于IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用建筑物的綜合布線進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建，無須進(jìn)行大量布線，既符合建筑智能化發(fā)展趨勢，又降低了成本，易于進(jìn)行推廣。(4)涵蓋了智能建筑中傳統(tǒng)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)和集成系統(tǒng)的功能，是新一代的樓宇自控系統(tǒng)。
文檔編號G05B19/418GK201266319SQ20082017231
公開日2009年7月1日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者徐建強(qiáng) 申請人:山東光輝電子工程有限公司