建筑运维智慧管控平台设计与实现

本书主要内容建筑运维管控系统，集建筑设备监控及建筑管理于一体，在建筑智能化、生态化、绿色化、智慧化以及可持续发展等方面具有重要意义，这也是近年来受到了越来越多关注的原因。随着建筑体量不断增大，建筑功能不断增强，建筑空间品质随之要求不断提升，传统的建筑自动化系统亟待提升。本书针对新时期下建筑运维管控需求，提出了一种基于云技术、物联网技术下的新型建筑运维管控系统平台的设计与实现新思路，从传统建筑自动化系统存在的问题出发，详细分析了建筑运维管控系统的需求，全面阐述了建筑运维智慧管控系统平台的方案设计、数据库设计、建筑设备监控系统设计与实现、建筑能源资源管理、住区管理设计与实现等内容，并在此基础上，展望了未来建筑运维发展的方向。本书适合建筑电气专业本科生、建筑智能化专业研究生使用，也可供相关技术工程师参考使用。

汪明：教授、博士生导师，山东建筑大学校学术委员会委员、信息与电气工程学院电气工程及其自动化教研室主任，研究方向为仿生机器人、电气节能控制。主持国家自然科学基金面上项目2项，主持山东省优秀中青年科学家科研奖励基金等项目十余项；发表学术论文80余篇，其中SCI/EI收录42篇；出版著作2部。授权和受理国家发明专利20余件（14项已授权），授权实用新型5件，获软件著作权登记4项；获山东省科技进步奖二等奖3项、教育部科技进步二等奖1项，山东省高等学校优秀科研成果奖二等奖3项。谢浩田主要研究方向为建筑智慧管控软件开发。逯广浩主要研究方向为建筑电气系统建模与控制。孙鸿昌，教授，主要从事绿色建筑智能化与节能控制技术研究应用工作。先后主持和参与山东省科技重大研发计划《基于物联网的新型机电智能柔性控制系统的开发与应用》、《新型单级升降压非隔离双SEPIC逆变器研究》、《基于信息物理系统的异构传感器信息智能处理终端》；主持国家住房和城乡建设部《基于边缘计算和云平台的智慧绿建柔性管控关键技术研究与应用》等十项科研项目，其中研发的智能柔性控制器解决了传统楼宇自动化不能实时灵活控制的关键技术。学术专著《绿色建筑节能控制技术研究与应用》39万字，中国建筑工业出版社出版；发表学术论文61篇（其中EI、SCI收录16篇）；授权国家专利42项；获国家及省部级优秀勘察设计成果及创新奖60项。

第１章 绿色建筑运行控制系统概述 ………………………………… １ １.１ 引言 …………………………………………………………… ２ １.２ 绿色建筑的概念……………………………………………… ４ １.３ 绿色建筑系统运行特点 ………………………………………… ６ １.４ 绿色建筑运维控制关键技术…………………………………… ７ １.４.１ 照明系统控制技术 ……………………………………… ７ １.４.２ 空调系统控制技术…………………………………… １０ １.４.３ 电梯群控技术………………………………………… １３ １.４.４ 室内定位技术………………………………………… １５ １.４.５ 供配电技术 …………………………………………… １６ １.４.６ 建筑能源管理技术…………………………………… １９ １.５ 绿色建筑系统评价体系……………………………………… ２２ １.６ 绿色建筑运行控制系统发展趋势……………………………… ２３ 第２章 建筑运维智慧管控平台方案设计………………………… ２６ ２.１ 引言………………………………………………………… ２７ ２.２ 建筑运维智慧管控平台方案 …………………………………… ２８ ２.２.１ 建筑运维智慧管控平台总体方案设计………………… ２８ ２.２.２ 建筑运维智慧管控平台总体架构设计………………… ３０ ２.２.３ 建筑运维智慧管控平台软件解决方案………………… ３２ ２.３ 建筑运维智慧管控平台的组成及功能………………………… ３３ ２.３.１ 建筑运维智慧管控平台的组成………………………… ３３ ２.３.２ 建筑运维智慧管控平台的功能………………………… ３５ ２.４ 与传统 BMS比 较 ……………………………………………… ３７ ２．５ 建筑运维智慧管控平台硬件架构及组网………………… ３８ ２．６ 云服务器配置 ………………………………………………… ４０ ２．６．１ 服务器下载 …………………………………………… ４０ ２.６.２ Linux下 安装 Nginx模 块包…………………………… ４１ ２.６.３ Nginx服 务器安装与配置 ……………………………… ４２ ２.７ 下载并安装 MySQL………………………………………… ４５ ２.７.１ 安装前准备 …………………………………………… ４５ ２.７.２ 安装 MySQL………………………………………… ４６ ２.８ 小结………………………………………………………… ５１ 第３章 建筑环境监测系统设计和实现…………………………… ５２ ３.１ 建筑环境监测系统终端硬件研发……………………………… ５５ ３.１.１ 建筑环境监测系统终端模块程序设计与开发 …………… ５７ ３.１.２ 建筑环境监测系统终端模块无线网络配置 ……………… ５８ ３.２ 建筑环境监测系统终端模块配置……………………………… ６１ ３.２.１ 温/湿 度监测终端模块配置…………………………… ６１ ３.２.２ 光照度监测终端模块配置 ……………………………… ６２ ３.２.３ 固体颗粒物和甲醛浓度二合一监测终端模块配置……… ６２ ３.２.４ 人员状态监测终端模块配置 …………………………… ６４ ３.２.５ 二氧化碳浓度监测终端模块配置……………………… ６５ ３.３ 建筑环境监测系统模块数据库配置…………………………… ６６ ３.４ 建筑环境监测系统软件开发 …………………………………… ７２ ３.４.１ 建筑运维智慧管控平台主界面开发…………………… ７２ ３.４.２ 固体颗粒物浓度监测界面开发………………………… ７５ ３.４.３ 温/湿 度监测界面开发………………………………… ７８ ３.４.４ 二氧化碳浓度监测界面开发 …………………………… ８０ ３.４.５ 甲醛浓度监测界面开发 ………………………………… ８１ ３.４.６ 光照度监测界面开发………………………………… ８２ ３.４.７ 人员状态监测界面开发 ………………………………… ８３ ３.５ 小结………………………………………………………… ８５ 第４章 建筑设备监控系统设计与软件开发……………………… ８６ ４.１ 建筑设备监控系统特征……………………………………… ８７ ４.２ 照明监控系统设计与开发 ……………………………………… ８９ ４.２.１ 照明控制模块程序流程设计 …………………………… ８９ ４.２.２ 照明控制模块配置…………………………………… ９１ ４.２.３ 照明监控系统软件开发 ………………………………… ９４ ４.３ 中央空调监控系统设计……………………………………… ９７ ４.３.１ 控制内容和控制方式………………………………… ９７ ４.３.２ 中央空调监控系统实时数据模型……………………… ９８ ４.３.３ 中央空调监控系统软件开发………………………… １０１ ４.４ 供配电监控系统设计 ………………………………………… １０５ ４.４.１ 供配电监控系统主要监控内容 ………………………… １０５ ４.４.２ 供配电监控系统实时数据模型 ………………………… １０６ ４.４.３ 供配电监控系统软件开发…………………………… １０８ ４.５ 小结 ………………………………………………………… １１３ 第５章 建筑能耗模拟与分析 ……………………………………… １１４ ５.１ 建筑能耗模拟与分析软件…………………………………… １１５ ５.２ 基于 EnergyPlus的 建筑能耗建模…………………………… １１８ ５.２.１ EnergyPlus界 面工具………………………………… １１９ ５.２.２ OpenStudio………………………………………… １２２ ５.２.３ SketchUp绘 制模型 …………………………………… １２２ ５.２.４ IDFEditor参 数设置………………………………… １２４ ５.２.５ 建模案例…………………………………………… １２６ ５.３ 建筑能耗影响因素分析……………………………………… １２９ ５.３.１ 建筑概况…………………………………………… １２９ ５.３.２ 创建模型…………………………………………… １２９ ５.３.３ 建筑能耗影响因素分析……………………………… １３３ ５.３.４ 空调温度对建筑能耗的影响………………………… １３５ ５.３.５ 照明和电气设备运行时间对建筑能耗的影响………… １３６ ５.３.６ 房屋内人数对建筑能耗的影响 ………………………… １３７ ５.３.７ 天气对建筑能耗的影响……………………………… １３８ ５.３.８ 墙体耦合效应对建筑能耗的影响 ……………………… １３９ ５.４ 热分区与人员分布对建筑能耗的影响 ………………………… １４１ ５.４.１ 热区的划分………………………………………… １４１ ５.４.２ 人员分布情况 ………………………………………… １４４ ５.４.３ 自由浮动模型 ………………………………………… １４５ ５.４.４ 理想负载空气系统模型……………………………… １４６ ５.４.５ 实际空气系统模型 …………………………………… １５０ ５.５ 热舒适度控制对建筑能耗的影响 ……………………………… １５２ ５.５.１ 热舒适度指标选择 …………………………………… １５２ ５.５.２ 控制变量的定义 ……………………………………… １５４ ５.５.３ 程序调用点的定义 …………………………………… １５５ ５.５.４ 基于粗粒度的 PMV 区间控制 ………………………… １５８ ５.５.５ 基于细粒度的 PMV 区间控制 ………………………… １６０ ５.６ 小结 ………………………………………………………… １６２ 第６章 建筑节能技术 ……………………………………………… １６３ ６.１ 建筑能耗现状……………………………………………… １６４ ６.１.１ 国内建筑能耗现状 …………………………………… １６４ ６.１.２ 国外建筑节能政策发展……………………………… １６６ ６.１.３ 国内建筑节能政策发展……………………………… １７０ ６.２ 建筑能耗预测技术 …………………………………………… １７１ ６.３ 建筑设备与节能措施 ………………………………………… １７４ ６.４ 热泵空调技术……………………………………………… １７８ ６.５ 基于模型预测控制的空调系统的节能控制…………………… １８１ ６.５.１ 模型预测控制的基本思路…………………………… １８１ ６.５.２ 控制对象建模 ………………………………………… １８４ ６.５.３ 基于模型预测控制的空调系统控制 …………………… １８９ ６.６ 小结 ………………………………………………………… １９４ 第７章 建筑能源管理系统设计 …………………………………… １９５ ７.１ 建筑能源管理系统架构……………………………………… １９６ ７.１.１ 建筑能源管理系统总体架构………………………… １９６ ７.１.２ 建筑能耗分类分项计量 ……………………………… １９８ ７.２ 能源监测硬件模块开发……………………………………… ２００ ７.２.１ 电能监测模块硬件配置……………………………… ２００ ７.２.２ 能源管理系统控制器硬件设计 ………………………… ２０１ ７.２.３ 能源管理系统网关设备设计………………………… ２０２ ７.２.４ 能源计量设备配置 …………………………………… ２０３ ７.３ 建筑能耗管理系统数据库设计……………………………… ２０６ ７.４ 建筑能源管理系统软件开发………………………………… ２０８ ７.４.１ 建筑能源管理系统主界面开发 ………………………… ２０８ ７.４.２ 电量分项计量界面开发……………………………… ２１１ ７.４.３ 建筑能耗汇总分析界面开发………………………… ２１３ ７.５ 小结 ………………………………………………………… ２１５ 第８章 智慧住区管理系统的设计与实现 ………………………… ２１６ ８.１ 智慧住区管理需求分析……………………………………… ２１７ ８.１.１ 用户需求…………………………………………… ２１７ ８.１.２ 功能需求…………………………………………… ２１８ ８.１.３ 技术需求 …………………………………………… ２１９ ８.２ 智慧住区管理系统架构设计………………………………… ２２１ ８.２.１ 技术架构设计 ………………………………………… ２２１ ８.２.２ 功能架构设计 ………………………………………… ２２２ ８.２.３ 业务架构设计 ………………………………………… ２２５ ８.３ 智慧住区管理系统的设计与实现 ……………………………… ２２６ ８.３.１ 智慧住区管理系统功能设计………………………… ２２７ ８.３.２ 智慧住区管理系统 Web端 交互设计…………………… ２３１ ８.４ 小结 ………………………………………………………… ２５３ 参考文献 ……………………………………………………………… ２５４