QTouch-EMS建筑能耗管理系统
一、概述
1.1.能耗管理的意义
建设工业企业、建筑、医院、学校等行业的能耗管理系统（EMS）具有如下重要意义：
1)、能源消耗过程的信息化、可视化
目前国内大多数企业是靠人工定时抄表的方式统计用电及能源消耗状况，这种方式存在数据滞后、时效性差、数据单一等问题，不能及时掌握各生产环节和重点能耗设备的实时能耗数据。企业能效管理信息系统在线监测整个企业（集团）的生产能耗动态信息，并将这些能耗数据与相对应的设备、车间、班组生产数据相结合，现场运行管理人员可了解和掌握生产环节和重点设备的实时能耗状况、单位能耗数据、能耗变化趋势和实时运行参数等信息。
2)、能耗/能效信息统计、管理
企业能效管理系统自动生成的多种能耗信息统计图形、曲线和报表，如以日、周、月、年为周期的电、水、气、煤等能耗统计报表，报表类型分为全矿、车间、重要耗能设备三个层次，为用户提供能源消耗结构和能源消耗成本分析依据，评估节能措施的效果和关联影响。
系统提供综合能耗/能效统计报表，采用菜单或光按钮直接引导界面模式，图形界面包括企业宏观的能耗数据和相关信息，快捷、直观反映企业、生产车间、班组和重要生产环节实时和历史能耗/能效信息。
3)、历史能耗数据对比、分析
企业能效管理系统具有强大的历史能耗数据追溯和分析功能，企业能效管理及生产工艺分析人员可按不同需要灵活设置工作点参数，在不同时段下生成各种能耗数据报表与能耗曲线：如设备单耗、生产线和班组单耗等，用多种方法对主要能耗设备和生产线的能耗数据进行查询和追溯，并可对多种参量的变化趋势进行对比、分析，从而发现能源消耗结构和过程中存在的深层次问题，对企业能源消耗结构和方式的改进、优化提出方案和建议。
通过动态的单位产量能耗曲线和数据，可以直观地比较企业生产能耗与国际、国内标准的差距，从而对生产、管理、工艺及时进行指导和调整，使企业生产过程的单位能耗和能源效率保持在科学、合理水平。
4）电能质量及谐波监测、分析
电力电子技术在电气化铁路、电解工厂、电弧炉冶炼和电机变频调速等领域的广泛应用，在提高生产效率的同时也产生了大量的谐波污染电网，导致谐波和电能质量问题的发生。用电及能效管理信息系统在线监测电能质量和谐波分量，通过谐波分量图和趋势图，使用户及时了解真实用电环境，避免谐波危害和电能质量问题的发生，同时降低供电系统谐波和无功损耗。通常购置谐波监测设备需要较大的投资，本系统能同时实现电能消耗状况以及谐波监测、分析的双重功能。
1.2.能源管理系统的目标
建筑/企业能源管理系统旨在提高现有能源管理水平，对建筑/企业的日常运行维护和用户耗能行为方式实施有效的管理，通过科学可行的能效改善策略实现节能。系统在能源供应及传输系统实时监控的基础上，对建筑/企业能耗信息、环境信息、设备信息及运营信息进行统计、分析，得出与能源消耗及能源效率相关的决策性数据和信息，帮助管理人员了解历史和当前的能源使用状况，辅助管理人员作出正确的能效改善策略。
系统可帮助建筑优化现有的能源管理流程，形成客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，减少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及时了解真实的能耗情况和提出节能降耗的技术和管理措施，协助管理者制订对建筑各区域的能源管理措施和考核办法。
建筑/企业能源管理系统建成后达到以下目标：
(1)对中低压变配电系统进行实时监控、故障告警和自动化管理；
(2)实现各类能耗数据和能效指标在线监测、自动采集和储存，并提供灵活多样的查询方式。能耗种类包括：电、水、冷/暖；
(3)建立以物理空间、重点设备、分类分项、租户为管理维度对能耗进行统计分析、内部核算的管理体系；
(4)对各公共区域进行独立的能耗核算，实现能耗费用分摊，实行能耗限额标准管理，规范能源使用方式，控制能源支出；
(5)通过人工录入建筑运营数据，科学计算和实时监测建筑能源消耗指标，并对各区域当前能耗水平评价考核；
(6)提供多个能效分析工具，帮助管理人员发现不合理用能现象；
(7)为节能技术改造提供数据依据，以及检验节能改造效果；
1.3.系统遵循的相关文件、法规及标准
《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》
《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传输技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术导则》
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统数据中心建设与维护技术导则》
GB17167用能单位能源计量器具配备和管理通则
GB50093自动化仪表工程施工及验收规范
GB50189-2005公共建筑节能设计标准
GB50034-2004建筑照明设计标准
GB/T15316-2009节能监测技术通则
GB50378-2006绿色建筑评价标准
GB12021.3-2010房间空气调节器能效限定值及能效等级
GB/T18713-2002太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范
GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范
GB50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范
DGJ08-107-2004公共建筑节能设计标准
JGJ26-1995民用建筑节能设计标准
JGJ134-2010夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准
JGJ129-2000既有采暖居住建筑节能改造技术规程
JGJ132-2001采暖居住建筑节能检验标准
二、系统设计方案
2.1管理维度划分
2.1.1物理空间划分
本项目根据各个功能区域的能源消耗特性和规模，结合建筑能源管理的经验，将建筑按照楼层划分独立管理区域。根据每个楼层的业态特性，对楼层中能耗较大的区域和设备进行独立计量管理。
2.1.2分类分项
建筑能源类型包括电、水、冷/暖。同时，建筑对常规能源的供应质量、持续性和安全性有很高的要求。根据建筑能源消耗的特点和规模，以及对建筑能源管理的经验，对能源类型的选择和划分如表2-1。
2.1.3重点设备
建筑内重点机电设备的划分及监测内容如表2-2。
2.2能耗计量原则
能耗数据是系统运行的基础，其准确性和可靠性是决定系统运算、分析结果的根本，其采集范围决定了系统软件能实现的功能。因此，系统对能耗计量装置的选型、性能、安装方式和安装位置有一定的要求。
2.2.1电
智能电力仪表根据应用场合的电压等级、回路用途和所需功能进行配置，详细配置内容见表2-3。
2.2.2水
水量计量装置根据应用场合的使用环境、管径、安装方式和所需功能进行配置，详细配置内容见表2-4。
具体用水采集点待定。
2.2.3冷/热
冷/热量计量装置根据应用场合的使用环境、管径、安装方式和所需功能进行配置，详细配置内容见表2-5。
具体用冷/热采集点表待定。
2.3系统硬件结构
QTouch-EMS建筑能耗管理系统，采用分层部署的思想，每一层硬件设备均按照国家标准和维护简易性进行安装，并充分考虑系统的可扩展性进行配置和布局。系统三层结构分别为应用管理层、通讯网络层和设备层，系统网络架构如图2-2。
图2-2建筑能源管理系统网络架构图
2.3.1应用管理层
应用管理层是系统的核心组成部分，所有能耗数据、设备运行状态信息、环境条件信息等都在该层进行集中处理、分析、评估，并向用户发布当前能效信息，提供给用户友好的人机界面及工作窗口。
该层硬件配置包括：数据服务器、应用和Web服务器、工作站电脑、维护工作站、打印机、UPS和发布大屏幕。
该层软件配置包括：QTouch-EMS能源管理系统软件、MySQL数据库软件、第三方智能化系统接口驱动程序、WindowsServer2008服务器操作系统、Windows7或以上版本工作站电脑操作系统、MicrosoftOffice2007办公套件。
本项目系统服务器及能源管理工作主站设置在消防监控中心，在变电所值班室设置电力监控工作子站保障建筑电力供应安全。服务器、工作站等主要设备采用在线式UPS供电，以保证系统数据在停电时可以得到有效保存和备份。
2.3.2网络汇聚层
网络汇聚层是连接应用管理层与设备层的中间连接部分，负责把分散的能耗计量装置所采集的数据上传到系统服务器。同时，该层还提供其它智能化系统接入本系统的硬件接口。
该层硬件配置包括：QT240系列通讯管理机、工业网络交换机、RS232/485工业转换器、单模光电转换器和开关电源。上述设备均安装在我司定制的通讯机柜内部，通讯机柜的尺寸将根据硬件设备的数量和现场安装条件设计。
该层设备的用途如下：
QT240系列通讯管理机：将现场总线数据包（以MODBUS、DNP、CDT、103、PROFIBUS等为传输协议）转换为应用管理层可识别的信号，实现信号传输协议转换。
工业网络交换机：实现多台通讯管理机的数据统一上传；实现与其它智能化系统的对接和数据交换；实现应用管理层设备，如数据服务器、WEB服务器、工作主站等，之间的数据互联。
RS232/485工业转换器：将设备层采用的RS485总线接口转换成通讯管理机可支持的RS232接口，同时起到隔离保护的作用，避免由于人为接线错误导致强电窜入通讯线路从而烧坏通讯管理机，以及降低浪涌对通讯管理机的影响。
单模光电转换器：当通讯管理机与应用管理层设备距离超过100米时，会采用光纤传输数据，此时需要使用光电转换器完成光信号与电信号之间的转换。
开关电源：通讯机柜内安装的设备部分需要12~36VDC供电，中间需要电源转换模块将220VAC的电源转换成设备所需的电源。
网络汇聚层采用以下三种传输介质，即RS485总线（RVSP2*1.0屏蔽双绞线或者RVSP4*1.0屏蔽双绞线）、单模光纤（GYXTW-4）和超五类网线（UTP5）。其中RS485总线负责能耗计量装置与通讯管理机的连接，单条RS485总线链路最多可连接32台能耗计量装置，传输距离不超过1200米；单模光纤和超五类网线负责通讯管理机与应用管理层之间的连接，若中间的距离超过100米选择单模光纤，否则选择超五类网线。
2.3.3设备层
设备采集层是系统的基础，绝大部分能耗数据来自该层。该层设备除具有传统的能源计量功能外，还需要支持RS485通讯，将即现场能耗数据发送至应用管理层。
该层设备主要包括：多功能电力监控仪、多功能电能表、远传水表、超声波能量计等。
三、系统软件功能
系统采用B/S软件架构，可同时满足数据处理效率及多用户远程访问的要求。根据建筑能源管理的需求，设1个能源管理工作主站和1个电力监控工作子站。系统从院长、能源经理、能源工程师等不同层级管理者的角度出发，订制相应的管理页面，用户可以使用相应的账号和密码登陆，访问专属的管理页面。
3.1能源管理工作主站功能
3.1.1能耗概览
系统实时更新建筑能耗概览信息，且能耗概览内容可以自由定义，主要包括：
1.建筑建筑概况，如建筑面积、建筑布局、使用年限、业态等。
2.建筑运营数据，如营业收入、入住率等。运营数据可以通过人工定期录入。
3.建筑能耗概况，如本年/月/日用电量及环比、本年/月/日用水量及环比、本年/月/日用冷/热量及环比、碳排放量及环比等。以上数据可以数值、曲线图、柱状图、堆积图、饼图等多种形式展示，并可与自定目标或行业先进值对比。
4.建筑能效指标，如本年/月/日单位面积能耗（电/水/冷/热）及环比、本年/月/日单位营业收入能耗及环比、本年/月/日人均能耗及环比，以上数据可与自定目标或行业先进值对比。
5.能效评价，可根据建筑能耗量或能效指标对当前能源使用情况进行评价，评价共分为5个等级，1级为以绿色表示，5级为最差以红色表示。
系统首页
3.1.2区域能耗监测
系统可导入建筑导航地图，通过鼠标移动可以看到各栋建筑的信息和总体能耗状况。点击进入之后可以看到该栋建筑内各区域的详细能耗状况。
系统为用户提供以下区域信息：
综合能耗信息，包括环境参数、实时负荷、日/月/年能耗量、能耗组成饼图、能效指标、能耗费用
能效指标包括：能耗密度（单位面积能耗密度、单位营业收入能耗密度、人均能耗）、能耗趋势曲线、能耗报告、日需量统计、偏差分析以及相对于历史数据的对比等
各区域能耗密度排名
能耗区域管理
3.1.3重点设备管理
系统对各重要机电设备进行集中管理，用户可以从系统获取各重要机电设备的名称、安装位置、额定参数、运行时间、运行效率等信息，同时生成相应的分析图表。具体内容如下：
对供配电系统的电能质量进行分析；
对空调设备的能耗及用电参数进行监视、测量和记录，生成负荷曲线、能耗柱状图、运行效率关系图等；
对给排水系统设备的能耗及用电参数进行监视、测量和记录，生成负荷曲线、能耗柱状图、运行效率关系图等；
对电梯系统的能耗及用电参数进行监视，生成负荷曲线、能耗柱状图、运行效率关系图；
对送/排风机的能耗及用电参数进行监视，生成负荷曲线、能耗柱状图、运行效率关系图；
对锅炉系统的能耗及用电参数进行监视，生成负荷曲线、能耗柱状图、运行效率关系图。
3.1.4能耗分类分项计量
按照《国家机关办公建筑和大型公共建筑分项能耗数据采集技术导则》的定义，系统可对能源数据进行分类管理。
能耗一级分项包括电、水、气、冷等；能耗二级分项包括照明、空调、动力、特殊等；能耗三级分项包括室内照明、景观照明、冷冻主机、冷水泵、通风泵、电梯等。
可自行创建、修改、删除任一能耗分项表，在分项表中可以新增、删除任一能源数据点，并可对能耗分项属性进行编辑。
用电分项计量
3.1.5能耗分析
系统可对历史年/月/日或时段的各类能耗数据在物理空间、部门/科室、分类分项、重点设备等维度上进行分析。通过图形工具、数值列表工具、联机分析工具（OLAP），用户可以轻松寻找能耗漏洞和节能空间，如夜间非正常使用负荷、同类型区域能耗超需求使用、运行效率低下设备等。
能效指标分析
3.1.6能源统计
系统提供灵活、完善的统计功能，对建筑用能、能源损耗、能源指标、能源告警进行数据统计，通过数值、列表、表格、曲线、饼图等方式展现统计结果，采用报表、报告进行批量输出。基于能源统计，提供给物业管理者调整用能系统的运行策略，提高能效利用水平。
1.统计能源指标
系统按照地理区域统计以下指标内容：建筑总能耗密度、建筑总用电密度、分区总能耗密度、分区总用电密度、楼体总能耗密度、楼体总用电密度。能耗密度指标应支持发布日、月、季、年值。密度指标包括按照单位面积和单位人流两个维度。
系统按照能耗分项统计至少以下指标内容：建筑总用电、建筑总用水、建筑总用冷/热、分区总用电、分区总用水、分区总用冷、楼体总用电、楼体总用水、楼体总用冷。能耗指标应支持发布日、月、季、年值。
系统按照设备类型统计至少以下指标内容：设备用电、设备运行时间、设备运维次数、设备平均负荷率、设备能效指标。设备指标支持发布日、月、季、年值。
上述指标统计同时，还包括同期变化率、构成比例、变化趋势等衍生指标。
2.自定义统计能源指标
系统提供指标公式编辑器，允许物业管理人员，创建新的统计能源指标，例如PUE值、空调COP值、线路谐波电能损耗率等。
指标公式编辑器支持加、减、乘、除等基本运算符，支持时间维度的定义。
自定义指标统计同时，还包括同期变化率、构成比例、变化趋势等衍生指标。
3.能源折算
系统支持指标能源折算，将用能指标转换成等效标煤、等效碳排放值。
能源折算值支持每年定期输入，按照本年度国家公布的折算值进行录入。系统提前通知物业管理人员进行录入，一旦录入，则不允许更改。
系统支持查询历年能源折算值。
能源折算值统计同时，还包括同期变化率、构成比例、变化趋势等衍生指标。
4.报表
系统默认提供日报表、月报表、季报表、年报表模板，将批量能源统计指标值进行输出。
系统提供报表编辑器，允许物业管理人员，创建新的统计报表。
统计报表支持自动打印和召唤打印。自动打印的时间周期可以编辑。
系统可定期对统计报表进行备份，备份周期可调整，最小1个月，12个月，步长1个月。
备份数据保存在服务器硬盘中，支持存储5年的报表。
能耗报表
3.1.7能源告警
系统提供灵活、丰富的告警管理功能，用以对能源实时信息和统计信息进行限值设定，提供给物业管理人员对预先设定的告警事件进行管理，以提升安全和能效。
1.告警事件
可设定对电压、电流、功率、频率、温度等模拟数据量设定上限、上上限、下限、下下限值。
可设定对断路器变位、保护信号变位等状态数据量设定变位条件。
可设定对用电量、用水量、用冷量等累计数据量设定上限、上上限值。
可设定对能源指标等统计数据量设定上限、上上限值、下限、下下限值。
告警事件应支持紧急、重要和一般三级划分。对紧急事件，系统最短可在10秒内发出通知，对重要事件，系统最短可在60秒内发出通知，对一般事件，系统最短可在5分钟内发出通知。
2.告警通知
告警通知包括画面推出、语音提示、短信和邮件通知等方式。可设定每条告警事件所采用的通知方式。
告警通知发出后，接收到通知的管理人员需确认后，方可解除告警。
告警解除支持单一确认和批量确认。
3.事件记录
告警事件发生，系统记录告警事件名称、发生时刻、越限参数等信息，便于管理人员进行分析。
录入数据库的告警事件只有在权限许可条件下，方可清除。
系统可定期备份告警事件，备份周期可调整，最小1个月，12个月，步长1个月。
备份数据保存在服务器硬盘中，支持存储5年的数据量。
能耗告警页面
3.1.8能源发布
系统提供WEB发布功能，支持局域网访问和广域网访问，提供给建筑信息发布系统数据共享，同时支持移动应用。
1.发布方式
支持中文编码。
支持主流的网络协议，如TCP/IP、IPX/SPX、NETBIOS及混合协议。
支持IE、FireFox、Opera、Chrome主流浏览器。
2.安全机制
具备有效的安全管理机制，支持身份验证等对数据进行加密。
具备数据过滤功能，按照身份和权限级别等多种方式设置数据过滤机制。
提供对发布服务器和客户端的完整病毒防护机制。
提供对发布服务器防火墙机制，防止从局域网和广域网发起的攻击。
3.访问容量
支持正常10个并发用户的在线访问，支持100个并发用户。
4.发布终端
支持信息发布大屏幕和移动客户端显示。
