杨爱明，胡晋维

（1.宁波大学建筑设计研究院有限公司，浙江 宁波 315000；2.宁波东源节能科技有限公司，浙江 宁波 315000）

绿色建筑的能源系统主要包括暖通空调系统、电气系统、给排水系统等。由于绿色建筑具有节能、高效的特点，所以对可再生能源的利用及再生水的使用均具有一定的要求。这部分能源系统一般包括地源热泵系统、太阳能热水系统、空气源热泵热水系统、雨水回用系统、太阳能光伏系统等。但若在设计、施工及运营过程中出现偏差，缺乏一个统一的、多维的管理运营平台，常会造成新技术、新工艺的简单堆砌，达不到绿色建筑需求的节能效果。

基于 C# 语言的能源监控平台是一个综合利用计算机网络技术、数据库技术、通信技术、自动控制技术、新型传感技术等的综合智慧管理平台。其可对空调设备、各种电气设备、给水系统等实行智能化管理且可对各项能耗数据进行统计分析，可使各种新技术、新工艺能与绿色建筑的功能需求形成一个有机的整体，实现真正意义上的绿色建筑。

1 概 况

宁波大学科技服务大楼为浙江省宁波市首个获得绿色三星运行标识项目，总建筑面积约为 1.2 万 m2，其中地下1F 为 0.2 万 m2，地上为 1.0 万 m2。

能源监控平台部署于大楼1F 消控室，通过接入相关监控设备及能耗采集设备实现以下功能。① 电量分项计量系统。② 水量分项计量系统。③ 地源热泵中央空调智能监控系统。④ 地下室车库 CO 智能监控系统。⑤1F 活动室 CO2智能监控系统。⑥ 太阳能光伏发电远程监测系统。⑦ 中水能耗监测系统。⑧ 太阳能预热+风冷热泵能耗监测系统。

2 平台架构

能源监控平台提供了一种以计算机技术为基础、基于远程集中管理监控模式的自动化、智能化和高效率的技术手段。其由现场数据中心处理工作站、PLC 采集控制器及各类传感器、执行机构组成，应用“互联网+”、虚拟化、大数据等技术，以 C/S 框架作为整个系统的开发架构，能够完成远程监控、数据分析存储、故障实时报警的网络系统。

能源管控平台的结构为以下3个层次[1]。

（1）现场层。负责采集仪表数据和监控各类设备。如远传电表、远传水表、温度传感器、压力传感器、CO 传感器、CO2传感器、新风机组、水源多连主机、水泵等。若设备点位类型为 DI/DO 或 AI/AO，则将对应点位接入采集控制器后输入串口服务器，若设备集成数据远传功能，则直接输入串口服务器，利用光纤传输给自动化层。

（2）现场管理层。通过光纤转换器转换成485总线接入工作站，从而实现工作站对现场层的监控。工作站对现场设备监控和数据采集记录分析。平台采用最新的三层架构，即前台操作、后台服务处理及数据库服务。前台和后台都是采用主流 C# 语言作为开发工具，数据库采用 SQL Server。

（3）远程监控层。基于云服务器及互联网，通过远程监控平台对多个项目的运行情况进行实时监控，一旦发现问题，可由专家远程指导现场管理人员工作。

3 软件设计

3.1 软件整体架构

软件采用3层架构[2]，分别为表现层（UI）、业务逻辑层（BLL）、数据访问层（DAL）。表现层主要实现与用户的交互，接收用户请求或返回用户请求的数据结果的展现，而具体的数据处理则交给业务逻辑层和数据访问层去处理。业务逻辑层承上启下，用于对上下交互的数据进行逻辑处理，实现业务目标。数据访问层用于实现与数据库的交互和访问，从数据库获取数据或保存数据到数据库的部分。

3.2 软件实现串口通信代码节选

4 能源监控平台现场设计方案和分析

4.1 能源监控平台网络架构

能源监控平台选用工控机与采集控制器、电表、水表进行通信，采集现场的水、电、传感器等能源信息。再将这些动态能源信息存入数据库并以报表、图表等形式在平台上进行展示。

4.2 现场设计方案制定和实施

4.2.1 现场设备信号分析

（1）远传电表。这是智能电网数据采集的基本设备之一，承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务，是实现信息集成、分析优化和信息展现的基础。本次选用远程电表支持 MODBUS-RTU 通信协议。

（2）远传水表。一种利用现代微电子技术、现代传感技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。本次选用远程电表支持 MODBUS-RTU 通信协议。

（3）采集控制器[3]。采集控制器选用三菱可编程逻辑控制器，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。采用一种可编程的存储器，在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。同时支持 MODBUS-RTU 通信协议。

4.2.2 数据通信和传输方式

工作站和现场设备之间采用 MODBUS-RTU 通信协议传输[4]。MODBUS 是一种串行通信协议，由 Modicon 公司于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。MODBUS 已经成为工业领域通信协议的业界标准，还是工业电子设备之间常用的连接方式。

5 节能优化

在实施能源管控平台的过程中，根据项目特点及绿色建筑的要求，对原设计进行了优化调整。其既提高了能源利用效率，又有利于能源系统的管理。

5.1 节能优化措施

（1）优化照明灯具控制。① 走廊灯根据室内照度自动加减载开灯数量；路灯根据室外照度自动开关。② 室内灯根据各使用情况，设定自动关灯时间段，避免忘记关灯带来能源浪费。

（2）优化中央空调控制[5]。① 将水泵控制调整为根据供回水主管温差加减载水泵数量及变频控制。② 根据室外温度，调整末端允许设定的最高/最低温度。③ 根据各房间使用情况，设定自动关闭末端风机盘管时间段，避免因忘记关空调带来能源浪费。

（3）优化用水异常预警。当用水量异常时报警，避免不必要的用水浪费。

（4）实现对实时监测数据的统计分析。若发现用能异常，调整运行及管理策略，达到降低能耗的目的。

5.2 运行能耗数据及分析

平台实施完成后，系统运行良好，对大楼2019年的运行能耗进行了分项统计，结果如表1所示。其用电量曲线图及用电量分项占比如图 1、图2所示。

表1 能耗分项统计表

图1 大楼2019年用电量曲线图

经节能措施优化后，2019年全年年平方米耗电量 57.6 kWh/(m2·a)。

根据 GB/T 51161—2016《民用建筑能耗标准》对能耗指标进行修正，办公建筑非供暖能耗指标实测值的修正值应按公式（1）～式（3）计算。

式中：EOC—办公建筑非供暖能耗指标实测值的修正值；

E0—办公建筑非供暖能耗指标实测值；

γ1—办公建筑使用时间修正系数；

γ2—办公建筑人员密度修正系数；

T0—年使用时间，办公建筑中T0取2500 h/a；

T—办公建筑年实际使用时间，h/a；

S—实际人均建筑面积，为建筑面积与实际使用人员数的比值，m2/人；

S0—人均建筑面积，办公建筑中S0取10m2/人。

图2 大楼2019年用电分项占比

因本楼主要为建筑设计单位办公用房，具有比普通办公楼工作日上班时间长、节假日加班多等情况，经统计分析T0取3250 h/a，实际使用人员数为800人，计算后EOC=52.44 kWh/(m2·a)。参照 GB/T 51161—2016《民用建筑能耗标准》中的 A 类办公建筑夏热冬冷低区能耗指标— 约束值为70kWh/(m2·a),引导值为55kWh/（m2·a）。经计算，本大楼能耗低于引导值，节能运行效果显著。

6 结语

本能源监控平台，通过基于 C# 的上位机程序、WCF 程序和阿里云服务器对底层的各个点位实现监控，从而构成一个网络化、规范化的监控平台，便于用户实现远程监控、远程运维。

该平台已实现近2a 稳定运行，运行效果良好。通过对数据的分析及日常运行状况的监控，逐步优化完善平台功能，持续改进，不断提高。同时，平台定时将能耗数据发送至市建筑能耗监测平台，为市级管理部门提供准确的能耗数据及决策依据。