航站樓能源管理系統(tǒng)的設(shè)計以及應(yīng)用功能的介紹

1、引言

隨著國內(nèi)機(jī)場數(shù)量的逐年遞增，機(jī)場能源消耗也在持續(xù)增長，尤其是大型航站樓，各種能源的消耗數(shù)量巨大。近年來，我國民航局出臺了一系列關(guān)于綠色機(jī)場的發(fā)展意見和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，能源的合理應(yīng)用作為綠色機(jī)場發(fā)展中的重要內(nèi)容，如何對機(jī)場能源進(jìn)行合理化利用，以達(dá)到節(jié)能降耗的效果值得深入研究。

機(jī)場的能源消耗主要來自航站樓， 目前，要想了解航站樓的能源消耗情況， 只能通過能源管理科室的工作人員進(jìn)行人工統(tǒng)計，其時效性和準(zhǔn)確率有一定的局限，對能源的使用管理和分析存在一定的困難。國內(nèi)鋼鐵和化工等生產(chǎn)企業(yè)已將能源管理系統(tǒng)納入生產(chǎn)過程自動化中，并融合 DCS 系統(tǒng)，建立了生產(chǎn)過程和能源管理于一體的管理體系。論文針對航站樓的特點和能源管理要求，系統(tǒng)的介紹了能源管理系統(tǒng)的設(shè)計。

2、航站樓能源管理系統(tǒng)功能介紹

航站樓使用的能源種類有電力、水、暖氣和空調(diào)等內(nèi)容。能源管理系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)對航站樓內(nèi)各種能源消耗的監(jiān)測、控制及優(yōu)化，對關(guān)鍵能耗設(shè)備的運行情況和能源管網(wǎng)的情況做到科學(xué)的分析及決策，主要工作內(nèi)容有：完善儀表測量系統(tǒng)、自控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及兼容其他系統(tǒng)，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的采集和監(jiān)控，系統(tǒng)軟件可以集成能源系統(tǒng)的各種信息，并具有計劃運行、統(tǒng)計分析、計量結(jié)算和考核績效等功能，通過一段時間的運行，可以建立能源優(yōu)化方案，使能源管理系統(tǒng)運行達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目標(biāo)。航站樓能源管理系統(tǒng)的整體功能如圖 1 所示。

圖1航站樓能源管理系統(tǒng)整體功能

根據(jù)航站樓的規(guī)模和建筑特征，航站樓能源管理系統(tǒng)還應(yīng)具有以下特點：

1）安全可靠的要求，民用航空的安全一直是不可逾越的紅線，人流量巨大，因此，要保證照明、空調(diào)通風(fēng)以及安防等系統(tǒng)的安全可靠運行。系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有較高的可靠性，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有足夠的帶寬，以保證各子系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)的實時傳輸和存儲，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。

2）可擴(kuò)展性和開放性的要求航站樓能源管理系統(tǒng)除了自身的系統(tǒng)外，還要具備與其他系統(tǒng)對接和數(shù)據(jù)共享的功能。

3、航站樓能源管理系統(tǒng)設(shè)計

3.1系統(tǒng)架構(gòu)

航站樓能源管理系統(tǒng)整體架構(gòu)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由決策層、管理層和操作層三部分組成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖 2 所示。在航站樓能源系統(tǒng)主控室設(shè)置主服務(wù)器和冗余服務(wù)器，防止數(shù)據(jù)丟失。配置一臺UPS電源，保證電網(wǎng)供電中斷情況下的持續(xù)供電，防止數(shù)據(jù)丟失。應(yīng)用軟件采用國內(nèi)外成熟的組態(tài)軟件，可以實現(xiàn)畫面的自行組態(tài)、數(shù)據(jù)監(jiān)測控制、事故記錄報警、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)報表以及OPC服務(wù)器接口等功能。

決策層是管理模式的級別，通過訪問能源管理系統(tǒng)對航站樓的能源消耗進(jìn)行決策。管理層由工程師站、操作監(jiān)控站、能源管理系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器等組成，管理層可以通過能耗綜合查詢、能源預(yù)警和計劃以及分類分項對比等功能，使節(jié)能管理規(guī)范化和細(xì)化。操作層由現(xiàn)場終端儀表和相對單一的控制系統(tǒng)構(gòu)成，在需要計量和控制的區(qū)域設(shè)置電力儀表、溫度計和流量計等設(shè)備，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)傳輸至主控室。照明系統(tǒng)和鍋爐系統(tǒng)可以獨立運行，為對能源進(jìn)行調(diào)控，通過OPC服務(wù)器將其數(shù)據(jù)共享傳輸至服務(wù)器，通過計算編程實現(xiàn)能源系統(tǒng)的優(yōu)化。

圖2航站樓能源管理系統(tǒng)架構(gòu)

3.2子系統(tǒng)

由于能源管理涉及的范圍較廣，分區(qū)域操作可以使管理運行方便，因此，本系統(tǒng)設(shè)置了六個子系統(tǒng)，分別為智能照明控制系統(tǒng)、中央空調(diào)智能控制系統(tǒng)、智能配電監(jiān)測系統(tǒng)、鍋爐控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)和智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。各子系統(tǒng)應(yīng)管理好管轄區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控數(shù)據(jù)和信息，并通過網(wǎng)絡(luò)與能源管理主控系統(tǒng)進(jìn)行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳和管理。

3.2.1智能照明控制系統(tǒng)

航站樓的照明范圍廣，光源數(shù)量多，由于各區(qū)域?qū)φ彰鞯男枨蟾鞑幌嗤?，對照明的靈活性提出了要求。采用智能照明控制系統(tǒng)不僅可以滿足照度的要求，還可以節(jié)約大量的能源。智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)滿足控制的獨立性，并且可以在主控室同時監(jiān)測控制照明系統(tǒng)的狀態(tài)，使其在特殊情況下實現(xiàn)相應(yīng)的控制。

3.2.2中央空調(diào)智能控制系統(tǒng)

空調(diào)是航站樓里的耗能對象，空調(diào)的優(yōu)化應(yīng)用是節(jié)約能源的重中之重。目前，中央空調(diào)智能控制系統(tǒng)主要通過繼電器控制和DDC控制這兩種方式實現(xiàn)。本設(shè)計中采用DDC控制方式，系統(tǒng)預(yù)留OPC接口，達(dá)到系統(tǒng)的單獨控制和主控樓集中控制的要求。該空調(diào)控制系統(tǒng)需具備供冷、供暖、除濕和加濕功能，回風(fēng)機(jī)、排風(fēng)口和電動風(fēng)門通過智能控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)自動混合、新風(fēng)和循環(huán)式運行。

3.2.3智能配電監(jiān)測系統(tǒng)

本設(shè)計采用的智能配電監(jiān)控系統(tǒng)主要包括航站樓內(nèi)所有配電室、UPS、各種用電負(fù)荷以及應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組等設(shè)備的監(jiān)控。系統(tǒng)可以對航站樓內(nèi)的各項電能消耗做出能耗管理和分析，通過歷史數(shù)據(jù)和預(yù)估數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的節(jié)能方案，達(dá)到節(jié)約能源的效果。同時，該系統(tǒng)具備與主控樓能源管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信功能，可以讓上級管理者做出合理的決策，實現(xiàn)節(jié)能降耗的細(xì)化管理。

3.2.4鍋爐控制系統(tǒng)

本設(shè)計中的鍋爐控制系統(tǒng)可以對鍋爐的進(jìn)料、燃燒、煙風(fēng)、輔機(jī)及排煙凈化五個系統(tǒng)分別進(jìn)行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析主要是運行數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)分析，通過分析，可以實時顯示設(shè)備更換和維護(hù)保養(yǎng)信息，實現(xiàn)在線狀態(tài)檢修。同時，該系統(tǒng)具備安全隱患報警功能，可以降低安全事故的發(fā)生頻率。

3.2.5給排水系統(tǒng)

本設(shè)計采用PLC實時監(jiān)測航站樓內(nèi)的給水排水相應(yīng)的各種水位高低、水泵運行狀態(tài)和管網(wǎng)壓力，按照航站樓的使用要求，控制水泵的啟停、運行和相應(yīng)閥門的開關(guān)，以達(dá)到供給平衡，實現(xiàn)機(jī)泵的運行控制，達(dá)到節(jié)能的目的，并集中管理給排水系統(tǒng)中的各種儀表設(shè)備，保證系統(tǒng)運行的可靠性。

3.2.6智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)

航站樓有較多監(jiān)控點位，跨度范圍較大，因此，采用智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)可以組織與管理分散的點和區(qū)域，該系統(tǒng)應(yīng)具備視屏顯示和控制功能、報警聯(lián)動功能、音頻視頻同步存儲功能、視頻圖像的智能分析報警功能以及shi機(jī)APP查看功能，智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)還留有相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口，在能源管理系統(tǒng)中可實時獲取網(wǎng)絡(luò)視頻資源。

此外，飛行區(qū)、航站區(qū)、機(jī)務(wù)維修區(qū)以及各駐場單位的能耗數(shù)據(jù)均可使用此系統(tǒng)，實現(xiàn)整個機(jī)場和不同區(qū)域的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、能耗基準(zhǔn)制定及排名公示等功能。

3.3能源管理系統(tǒng)的優(yōu)化與調(diào)度

在本系統(tǒng)中，能源管理系統(tǒng)的優(yōu)化建立在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)及分區(qū)管理的基礎(chǔ)上，結(jié)合航班信息和天氣預(yù)測，提出能源優(yōu)化調(diào)度的建議，如在客流高峰時對不同區(qū)域的能耗進(jìn)行調(diào)節(jié)，對用能大項設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)能耗值，以便實時發(fā)現(xiàn)無效能耗并采取相應(yīng)的措施。

4、預(yù)期效果

本系統(tǒng)可以對航站樓能源消耗進(jìn)行監(jiān)控管理，通過實時的能耗數(shù)據(jù)采集建立能源預(yù)測和優(yōu)化調(diào)度模型，對能源進(jìn)行在線動態(tài)分析模擬計算，提出各種能源優(yōu)化的調(diào)度建議和方案，提高能源的利用，實現(xiàn)節(jié)能減排增效目標(biāo)。

能源管理系統(tǒng)的推廣使用可以提高企業(yè)自動化和信息化水平，同時促進(jìn)企業(yè)能源管理的水平，從傳統(tǒng)的各種能源介質(zhì)的獨立粗放管理模式到現(xiàn)在的能源集中監(jiān)控、人員集中調(diào)度以及無人值守的管理模式，提高了勞動生產(chǎn)率，促進(jìn)了企業(yè)能源管理水平的提升。

目前，能源管理系統(tǒng)正逐步向各個行業(yè)推廣應(yīng)用，盡管民航的運營管理與其他行業(yè)存在差異，但節(jié)能增效已成為各行業(yè)不可忽視的工作。本文在借鑒其他行業(yè)能源管理的基礎(chǔ)上，結(jié)合航站樓特點，按照系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)和功能要求，對航站樓能源管理系統(tǒng)功能架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，希望對民航行業(yè)的建設(shè)起到推動作用。

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