医院建筑能源节能管理方案.docx
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医院建筑能源节能管理方案
中国中医科学院眼科医院
现代建筑能源智能化节能管理方案
北京市亚太安机电安装有限责任公司
2018-09-20
1.系统概述
当今能源问题已经成为我们生活中普遍关注的问题，一直以来，公用建筑是能源消耗的大户，对于我们这个发展中国家而言，显然是急需解决的一个问题。
随着《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》（国发[2007]15号）精神的不断贯彻落实，以及根据《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》（建科[2007]245号）的发布，中国建筑节能的趋势已经越来越明显。
为了积极响应中央节能减排降耗的号召，按照建设“资源节约型、环境友好型、科技创新型和人性化服务建筑”的要求，应该加快发展建筑循环经济，促进建筑资源环境的可持续发展。
许多建筑未建立统一的能源调度信息网络体系，能源调度信息分散和滞后，影响了建筑体系的能源发展战略、规划的及时制订和调整，进而影响着低耗高效和可持续发展。
能源计量是节能的前提，只有清楚能源的利用情况，才能有目的、合理的节能，因此目前问题主要体现在以下三个方面：
（1）建筑现有的能耗统计数据都是通过人工记录而且只进行建筑总体的宏观统计，并没有对建筑的能耗的微观部分进行统计，而这对于的节能尤为关键。
许多建筑只了解建筑的总体能源消耗，而没有对各种细致的分项能源消耗单独计量。
建筑的主要能耗如电、水、燃气的分项能耗数据如建筑物的耗冷量指标、耗热量指标、空调采暖年耗电量、单位面积耗电量等也是没有分项统计，并且没有反映建筑的综合能耗性能，也不知道逐月、逐年分项能耗数据及其最大值、最小值与平均值。
这样，建筑用能的各个环节无法了解，能耗不合理的现象被掩盖。
因此，对建筑的主要能耗如电、水、燃气的分项能耗数据进行分析、整理，确定实体、属性及它们之间的联系，使资料管理工作规范化，程序化，并提高信息处理的速度和准确性，能够及时、准确、有效地查询和修改资料是所有建筑当前面临的一项巨大问题。
（2）建筑各个单独能耗单位的各自计量也带来了信息孤岛，由此带来建筑的信息不统一、缺乏统一标准导致信息不“兼容”，各能耗实体所用的能耗统计方式不同，不同单位之间的数据定义、分类标准不同，形成一个个信息孤岛；数据难以共享，不能实现跨部门的信息共享;数据更新不同步，大量冗余的信息堆积，导致统计的各种数据统计频频出错等，这些症状在建筑能耗统计中表现得极为突出。
这些弊端都导致了建筑对自身能源节能管理的不准确。
（3）没有一个统一的建筑集成能源一体化管理系统，主管部门和决策机构无法进行精细化管理和战略决策，对于节能减排工作的落实增加了很大的困难。
“节能降耗，数据先行”，建筑内的大量的能耗与设备数据是建筑节能的基础。
只有收集了详尽的建筑相关数据，才能有效地对建筑物的能效进行全面综合的分析。
通过建立能耗模型，监控能耗设备运行状态，优化设备配置，达到节能降耗的目的。
因此，如何有效的收集建筑物、建筑群的能耗数据并有效地组织分析数据使之为建筑节能服务，成为首要问题。
中国中医科学院眼科医院于1986年经卫生部批准筹建，成立于1994年，是中医、中西医结合三级甲等专科医院，世界中医药学联合会、中华中医药学会等眼科专业委员会挂牌单位，国家中医药管理局“十五重点专科”、“十五重点学科”、“北京市中医眼科特色诊疗中心”项目建设单位。
医院发挥着全国中医眼科中心的龙头作用，科研、医疗、教学等综合能力在全国中医眼科界处于先进水平。
医院总用地面积33031㎡，现有建筑面积24000㎡，门诊综合楼和专科用房；新建眼科医院综合楼近10万㎡，设计使用功能如下：
综合楼首层分别设置门诊门厅、配镜中心、导医、中医文化展示、中西药房、消防监控室等，综合楼南楼二至五层为各科室门诊、五层为图书馆及科研用房、六层为行政办公区、七层为学术交流中心，综合楼北楼二至五层为医技科室、六层为科研用房、七层为供应科及透析中心、八层为洁净手术室和ICU病房与病区药房；住院部九至十七层，地下一层设营养厨房、餐厅厨房、职工餐厅、中西医药库及病档室等，地下二至四层位车库。
2.设计目标
2.1.设计目标
建筑能源智能化节能管理平台的设计目标为：
1、建筑能源节能管理的目的：
是通过建立控制平台，将暖通空调、给排水、变配电监视、公共照明、夜景照明、电梯监视、能耗计量（水、电、气）等多项智能设备系统的控制管理集成在一个管理界面上，从而实现“降低人工成本”、“保证运行品质”、“降低运行能耗”的目标,促成建筑节能改造和节能运行后可以产生10%-20%的节能效果.管理平台设计应满足以下原则：
1）满足物业管理便捷使用的要求
✓需要监控的弱电系统集中在一个集成平台上，运行管理人员可在中控机房实现建筑各机电系统的远程操作和监控
✓管理平台界面统一，根据物业管理需求量身定制，简化操作流程
✓实时监测各个子系统的关键运行数据，各子系统管理信息一目了然
✓管理人员可以通过管理平台友好的图形界面，方便地对管理逻辑进行编排
✓可以通过网络远程访问平台，在多个地点（现场）监控各子系统
2）满足物业管理安全监控的要求
✓在管理平台上实时显示各子系统重要报警信息，出现异常情况时，管理人员可第一时间获取信息，并通过集成平台远程排查，了解设备现场情况
✓管理平台全面记录重要设备的运行参数、运行状态、运行时间等信息，根据商管经验定制巡检策略，在故障前兆期发现问题，提早反应时间
✓长期记录各子系统运行数据、报警记录等信息，并综合对比，便于管理人员定期对机电系统进行全面诊断
3）满足物业管理绿色运营的要求
✓管理平台对各子系统进行统一管理，通过预设的控制逻辑，使机电系统遵循统一标准，实现自动节能运行
✓集成平台提供长期运行数据记录、编辑修改运行模式、修改具体设备设定参数以及修改自动控制逻辑的功能。
管理平台综合汇总各子系统信息数据，技术人员和高级管理人员定期分析数据，找出能耗漏洞，修正运行控制逻辑，达到进一步节能运行的目的
2、在建筑内建立建筑能耗数据中心，所有被监测的能耗数据统一传输至该中心，建立整体楼宇数据模型，实现统一信息资源层次体系、统一数据元素标准和统一信息编码。
通过对数据的规范化定义，实现数据的唯一性、准确性、完整性、规范性和时效性，实现数据的共享共用，解决数据层面的信息孤岛问题。
3、对各楼宇数据进行数据存储管理的集中优化整合，对现有各类应用系统的数据库进行集中整合，对相关应用系统数据库进行迁移，将现有分散管理的数据库迁移到集中的数据库管理系统平台上。
4、建立数据仓库，为管理决策层提供有效的能效数据服务。
5、实现联机分析处理，为用户提供灵活自由的数据查询和报表生成手段；通过对数据的分析和挖掘，对楼宇使用中的能耗问题提供辅助决策支持。
6、制定信息资源的建设和管理标准，规范各个功能系统的建设。
7、整合建筑营运数据、服务数据以及商业数据，为能源节能管理提供相关的信息。
8、建立建筑能源智能化节能管理体系，将先进的管理方法与建筑实际特点相结合，在坚持全过程控制、运用PDCA循环的理念指导下，以降低能源消耗、提高能源利用效率为目的，通过在组织内各层次应用PDCA概念进行能源因素识别、目标指标和管理方案制定，以及运行控制、检查和管理评审等活动，保持和持续改进能源节能管理的过程能力，最终实现节能工作在运行领域的精细化节能管理。
系统的预防性维修管理模块可以自动产生设备维修工单，自动协调多种资源组合，最大限度地提高了设备管理人员的工作效率、减少了劳动强度，保障了设备的正常运行，进一步提高了设备的生产率。
预防性维护措施的引入将极大限度地改善设备的综合运行管理效率，减少紧急维修率，提升设备的平均无故障运行时间，为节能降耗提供充分扎实的先决条件。
下图反映了集成能源一体化系统的功能框架。
2.2.设计依据
建筑能源智能化节能管理平台总体设计方案遵循以下标准：
✓《智能建筑设计标准》（GB/T50314-2006）
✓《建筑及居住区数字化技术应用系列标准》（GB/TGB/T20299-2006）
✓《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）
✓《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）
✓《计算机软件开发规范》（GB8566-87）
✓《计算机软件开发质量及配套管理计划规范》（GB12504-12509-90）
✓《信息技术互连国际标准》（ISO/IEC11801-95）
✓《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）
✓《软件工程国家标准》（2006）
✓《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》
✓《智能建筑工程质量验收规范》（GB50339-2006）
✓业主提供的招标文件及技术资料等
2.3.设计原则
1）标准化
智能监控系统的总体设计主要采用的是标准化通讯协议，能够将不同厂商的设备与系统便捷地综合在一个平台上，施工快捷且使用方便；在软硬件配置上具备足够的冗余能力，使系统能在将来得以方便的扩充，满足通用性和可替换性。
2）模块化
智能监控系统的总体结构采用是模块化，可以根据用户的需求选用不同功能模块组合，各个模块即相互独立，又无缝连接。
系统功能的增减只是对应模块的增减，不必重新建构系统，不会影响整个系统的工作，能够在整个生命周期内，满足客户发展、扩充的需求。
3）开放性
对于系统管理平台来说，开放性是其必备的特性。
智能监控系统可对各智能化子系统进行分散式控制，集中统一式管理和监控。
而集成后的系统应是一个开放系统，使不同的子系统和产品间接口和协议达到互操作性。
它应当提供标准数据接口、网络接口，系统和应用软件接口。
开放性将满足客户对系统的可扩展性、灵活性、兼容性、可移植性、可维护性、全生命周期的要求。
4）互连性
互连性表现在以结构化综合布线系统等传输媒体为基础，实现各种网络设备的配置；各种网络互连设备的配置；以及各类机电设备、话音/视频设备和各类控制设备等的配置。
子网之间互连采用基于网络的标准化协议，并采用时间同步管理，保证各子系统时间一致。
5）安全性、可靠性和容错性
系统一定要保证有极高的安全性、可靠性和容错性。
为了将来的系统维护以及技术支持，所以必须选用当今最可靠的系统架构技术、数据传输技术与最优秀的软件产品。
6）高效率性
高效的服务器响应数据库请求的能力；
高效的通信传输速率和带宽；
高效的系统实时响应与控制能力；
高效的网络的吞吐能力。
7）经济性
经济成本是系统集成必须考虑的因素之一，要求系统设计应从系统目标和现实需求出发，经过充分论证，选择合适的产品，在满足用户要求的前提下，尽量降低投资成本。
8）先进性
系统使用先进的计算机技术、网络通讯技术和数据库技术，建立一个可扩展的集成能源一体化系统，并利用其优越的技术性能实现节能服务的要求。
能源分析系统设计在技术上将适当超前，所采用的设备产品和软件不仅成熟而且能代表当今世界的技术水平。
3.节能管理系统的选择
系统的选择要遵循“高性价比”原则，要充分考虑其技术的先进性、系统的开放性、可靠性及可扩展性（或灵活性）。
在选用产品时，首先应从该智能建筑的要求出发，要充分分析和考虑市场可供商品的特性及其产品的市场定位，选择适合于自己建筑特性的产品。
院方在选择管理节能系统产品时首先要对产品进行性能、价格比较，其次一定要与自控集成商和使用单位一起对建筑物的自控系统方案进行优化，根据自己的投资预算和实际需求，合理选择最具有节能功能、方便管理的自控方案，使自控系统达到先进、完善、易用的水平。
在本工程中我们选择了澳大利亚HYSINE现代建筑能源智能化节能管理系统，采用该产品基于以下原因：
3.1.开放性的控制系统
建筑能源智能化节能管理系统内部和与外部其它子系统协同工作的核心在于通讯。
因此，建筑能源智能化节能管理系统所采用的通讯协议应该是开放的，不为某家公司私有，同时得到多数弱电厂商的支持。
BACnet是迄今为止唯一通过ISO国际标准化组织认定的、全球暖通空调行业的标准数据通讯协议，ISO-16484-5.即楼宇自动化和控制网络的数据通讯协议。
Hysine系统正是采用的BACnet通讯协议。
该协议的宗旨在于解决计算机系统之间的互操作，从而使得院方在选择新的控制系统或对已有BACnet系统进行扩展时有充分的自主权。
3.2.可靠的通讯方式
早期系统的通讯方式，大多为主从结构，即现场DDC与主控工作站间、以及现场DDC之间的数据交换要靠通讯控制器来协调和指挥。
这种通讯方式的缺点是不容忽视的：
通讯过程过于依赖主控制器，如果主控制器故障会导致系统通讯终止。
所以主从通讯主要应用在数据采集系统，而非控制系统。
Hysine系统采用无主从通讯方式，即DDC传递通讯令牌、轮流坐庄。
在无主从通讯模式下，计算机和现场网络的中间连接部分叫路由，而不是网络控制器。
也就是说现场级设备（如路由、DDC等）是对等的（PeerToPeer）。
DDC可以根据定义的通讯权限，主动地在网络上进行数据的索取和发送，而无需专门的网络控制器指挥，极大地提高了系统通讯的可靠性。
3.3.真正的集散系统
系统网络结构要符合集中管理、分散控制（DistributedControlSystem即DCS系统）原则，即网络结构要有层次、单个DDC的监控点数不易过多。
Hysine系统网络结构层次清晰，可分为管理层、系统集成层、现场控制层、末端层；DDC种类丰富、I/O点数设置合理（最大可到36；但最小可以是6个点），因此Hysine系统可将危险彻底分散，即DDC与被控设备实现一对一配置，极大地提高了系统可靠性。
3.4.充分体现以人为本的观念
控制系统处处体现了对人的关怀，从系统的研发直到售后服务，先进的技术无处不在，但决非仅仅为了‘先进’，而是带来实际的方便。
例如：
远程I/O模块降低了现场布线的工作量、DDC上的服务接口避免调试和维修工程师在各楼层跑来跑去、多媒体的采用使报警不再是枯燥的‘嘟嘟嘟’的声音，而是‘请注意，一号通风机不转了’的语音信号等等。
3.5.具有高性能、价格比
Hysine系统易掌握、易安装、易调试、易操作，即系统组态、编程简单，便于工程商掌握；操作习惯与Windows吻合，易于业主使用；可为使用者提供丰富的画面、应用程序库，加快编程、调试速度；网络结构合理，使工程施工简便、布线量减少。
4.节能管理结构和系统功能
4.1.系统软件特点
4.1.1.体系结构
建筑能源智能化节能管理系统可汇集能效管理系统的信息，实时掌握能源消耗状况，监控各个运营环节的能耗异常情况，对各类功能用能系统（供配电、供水系统、供热系统、制冷系统等）进行集中监控、统一调度。
以用户的能源结构、业务特点和管理模式为基础，具备能源节能管理首页、能源数据实时计量、能源消耗统计分析、能源计划与考核、成本分摊及能耗对标、用能趋势预测、节能效果分析及能耗公示与审计功能。
建筑能源智能化节能管理系统在政务内外网和互联网上构建了一系列的节能应用，为业务人员、研究人员、系统管理员、建筑业主和社会公众提供有关建筑能耗的各类信息服务。
系统的体系结构如图所示：
建筑能源智能化管理节能系统可根据系统运行和管理要求来配置，可方便、灵活、简单地实现应用软件功能的增减，而且这些改变无需调整和增添管理工作站的硬件配置。
智能化集成系统应用软件不得受监控点数的限制，即当系统扩容时，无需重购或升级软件。
控制中心应能够通过图形方式反映弱电系统工程每个层次、区域、房间的概貌以及设备监测和控制点的工作状态，图形界面必须直观形象生动。
以电子地图的方式，对设备进行点击查询，对集成信息进行检索和统计。
对全局事件进行综合处理，实现全面自动化与智能化的管理。
实现各应用系统设备之间的跨系统联动，增强对突发事件的响应能力，更有效地进行全局信息和控制联动管理。
对应用系统之间发生的信息与控制联动，智能化集成系统应能确认联动是否已实际发生。
建筑能源智能化节能管理系统必须是一个可靠性和容错性较高的系统，能够不间断正常运行和有足够的延时来处理系统的故障，以确保在发生意外故障和突发事件时，系统都应该保持正常运行。
对于数据库服务器和运行服务器提供热备，同时提供磁带机或外挂硬盘等冷备份方式进行数据备份，最大程度保障系统数据的可靠性和安全性。
在智能化总控机房内设置智能化集成系统服务器和智能化集成系统主控工作站，在不同功能区域的分控机房内可设置智能化集成系统分控工作站，分别授予不同的管理权限。
4.1.2.软件架构
整个系统分为系统平台部分、数据库部分和客户端部分。
系统采用B/S或者B/S+C/S软件体系结构。
为了提高实时性、可靠性和功能的丰富性，可开发C/S结构的监控平台供专职管理人员使用，而其他人员通过浏览器浏览（B/S结构）各种信息，并对系统进行管理。
系统平台：
系统平台部分包括了两类应用程序，核心服务和应用模型。
核心服务的功能是整个系统数据、信息处理的关键。
其包括了不同功能的若干服务。
系统所有的数据传递、信息处理、计算分析等均基于相应的服务完成。
其中主要的数据流方向包括如下一些：
Ø从接口计算机将数据采集远程传递到服务器的数据库
Ø核心服务中数据处理完后将所需存储的数据提交到SQLServer数据库或对SQL数据库进行查询
Ø从标准客户端发出数据查询的请求到服务器获取所需数据
客户界面程序：
客户界面程序按照类型可以分为标准客户端和系统管理员工具客户端。
Ø标准客户端为可内置于IE浏览器中的具备常规信息分析管理工具、图表的客户端，日常的分析和信息查询工作均通过标准客户端进行。
Ø系统管理员工具客户端则是一个专供系统管理人员使用的界面，可以通过其进行系统服务的管理，诊断等工作。
数据库存储：
数据库存储基于SQLServer进行，在SQLServer中根据不同的功能需求，系统将建立多个数据库。
系统存储通过数据采集器采集的或在系统运行过程中实时计算得到的数据。
Integration是存储外部系统、决策报表等集成数据的数据库。
4.1.3.数据结构
系统数据库分为实时数据库、历史数据库，满足系统基本功能所需的全部诗句，并适合所需的各种数据类型。
采用SOL、ORCAL等关系型数据库。
为了保证建筑集成能源一体化的建设能满足楼宇的能耗业务需要，系统在数据结构上分为数据获取层、数据存储层和数据访问层三层架构方式。
其中数据获取层又分为数据来源、抽取、清洗/转换/加载三个子层，数据访问层又分为展示方式和分析人员两个子层。
数据获取层主要完成的是从分项计量系统中将相关楼宇数据进行抽取（Extract）、转换（Transfer）的并加载（Load）到数据仓库中，在数据仓库中形成基础的分析数据的功能。
数据存储层是系统的核心。
数据存储层设计是企业级数据存储、数据及时加载和信息快速、灵活展现的保证。
而且各个应用服务可以根据自身的需要在数据仓库上建立适合自身应用的数据集市。
数据访问层解决方案使用户可以通过WEB浏览器访问数据中心，以报表、OLAP分析、即席查询、数据挖掘等形式向系统使用人员进行展现。
4.1.4.服务架构
SOA描述了一套完善的开发模式来帮助客户端应用连接到服务上。
这些模式定制了系列机制用于描述服务、通知及发现服务、与服务进行通信。
在建筑集成能源一体化的架构设计中，系统平台包含多种服务，这些服务为应用模块提供数据信息，并进行各种分析和数据操作。
系统的设计思想就是基于目前流行的SOA服务的体系。
在上述体系下，系统核心与外部数据和信息系统的交流通过WebService方式进行。
上图描述提供了使用基于SOA架构集成的系统应用的高级视图。
与传统的企业应用集成架构的主要区别在于该系统使用基于标准的服务，并包括过程/数据服务、编排和组合。
基于标准的服务成了应用间的集成点。
服务的编排和组合增加了服务的灵活性、重用性和集成性。
系统核心服务起到了SOA面向服务架构的信息总线功能，系统核心服务从数据采集端和数据查询端提供读写双向WebService，这样使得不同系统之间的集成和数据交换均可以基于WebService完成，使系统变得极其方便。
下图描述了系统服务之间的数据工作流程，如图所示：
4.2.系统硬件特点
Hysine可编程控制器是一个高性能可编程的通用控制器，可用于中央设备系统，空调机组，大型末端设备或其他过程控制设备。
每个控制器自带BACnetMS/TP接口的控制器，因此不需要专用的芯片组就可紧密地集成到BACnet系统。
控制器使用标准BACnet协议在一个BACnetMS/TP局域网上进行通讯，通讯速度可达76.8Kbps。
每个控制器可作为独立的控制器使用。
它可以支持和欣的OP-800液晶触摸屏，通过组态方式显示现场控制器的数据并能修改其设定值和发送控制命令。
可编程控制器使用和欣控制的简单易学的编程语言──Viewlogic。
这个编程语言自带的函数库可以使你完成整个灵活的控制策略。
每个可以包括巨大的运算回路，这些控制回路可以控制设备的各个部分或单元。
控制器处理速度高，内部执行时间为100毫秒，可编程计时器分辨率也保持100毫秒。
10位高分辨率的通用输入，通过跳线设定为热敏电阻、干触点、4-20mA、0-10VDC的输入信号。
数字输出带LED显示反映设备开关状态，单独的MS/TP局域网通讯状态指示灯。
4.2.1.楼宇监控控制器
Hysine的控制器种类较多，这样可以使用户有充分的选择余地，做到物尽其用，现场控制器的综合特点如下:
现场控制器BCU-1666
BCU-1666是完全可编程的、真正的BACnet应用控制器，可使用BACnetMS/TP协议通过RS-485网络通讯。
这种控制器的设计满足了中等数量现场I/O的需求，享有很宽的应用范围。
功能与特性
输入输出特点
16路10位分辨率通用输入，6路数字量输出，6路8位分辨率模拟量输出。
互操作性
在MS/TP局域网上与BACnet完全兼容，通讯速度可达76.8kbps
多功能
可编程与可独立操作，用于中央设备系统（冷冻站，热力站）空调机组以及其它控制设备。
高可靠
4层印制板整体滤波,全部程序数据在FLASH中备份。
快速
内部逻辑环周期仅为100毫秒
技术参数
电源：
24VADC@10VA.电源采用半波整流,这样保证了可以使用同一交流24VAC变压器给
多个BCU控制器供电。
24VADC电源和控制器共地。
通用输入：
16路10位分辨率通用输入，通过跳线设置（IN0---IN15）输入通道为热敏电阻、数字量、4-20mA或0-10VDC输入。
数字量输出：
6路继电器输出，每个触点负载能力277VAC,2A。
模拟量输出:
6路8位分辨率通用模拟量输出。
通过跳线（AO0---AO5）可以配置输出通道为0-10VDC或4-20mA.；4-20mA输出，要求负载电流最后要回到BCU控制器的地，4-20mA输出的最大负载电阻为1000ohm；0-10VDC输出的最小负载电阻为500hm。
24VDC输出:
2个接线端子，最大负载能力24VDC，200mA给传感器和其他设备供电。
现场控制器BCU-843
BCU-843是完全可编程的、真正的BACnet应用控制器，可使用BACnetMS/TP协议通过RS-485网络通讯。
这种控制器的设计满足了小数量现场I/O的需求，主要控制新风机组等。
功能与特性
输入输出特点
8路10位分辨率通用输入，4路数字量输出，3路8位分辨率模拟量输出。
互操作性
在MS/TP局域网上与BACnet完全兼容，通讯速度可达76.8
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