徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

    【摘要】：針對大型公共建筑能耗高且能源管理不合理的問題，利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、計量控制技術(shù)等信息化技術(shù)，實現(xiàn)能源資源分類分項精確計量和能源資源運行監(jiān)管功能，清晰描述建筑內(nèi)總的用能現(xiàn)狀；實時監(jiān)測各供電回路的電壓、電流和功率等電力參數(shù)，識別有效負荷與無效能耗，從而可通過技術(shù)或行為節(jié)能方式，實現(xiàn)建筑的有效節(jié)能。

    0 引言

    隨著社會的發(fā)展，能源的消耗量也在迅速增長，特別是建筑能耗的增長特別迅速，已經(jīng)成為除工業(yè)、交通外的第三大能源消耗。按照當(dāng)前建筑業(yè)的發(fā)展趨勢，在若干年后社會的能源產(chǎn)出將無法滿足能源的需求，所以減小能源的消耗量是一個十分重要的且需要盡早解決的問題。在建筑能耗中，大型公共建筑的能源消耗量占據(jù)了很大的份額，雖然其總能耗量遠不如住宅建筑消耗量大，但是單位面積的能耗消耗量十分巨大，所以大型公共建筑的節(jié)能工作具有很大的潛力。大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)使得人們可以充分了解大型公共建筑的能耗使用情況，為提出有效的節(jié)能減排政策與決策奠定基礎(chǔ)，隨著中國城市化進程的推進、經(jīng)濟的發(fā)展，我國建筑能耗總量呈持續(xù)增長的態(tài)勢，并且增長速度有越來越快的趨勢。如果任由建筑能耗照此速度增長，必然給中國能源供應(yīng)安全帶來極大的壓力，因此建筑節(jié)能勢在必行。

    本文以紹興市越城區(qū)人民檢察院為例，通過能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的搭建、數(shù)據(jù)采集與分析等，介紹了能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)在大型共建的應(yīng)用。

    1、項目概述及建設(shè)目標(biāo)

    越城區(qū)人民檢察院成立于1984年1月，是紹興市唯一的城區(qū)院，承擔(dān)著越城區(qū)及浙江紹興經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、袍江新區(qū)和鏡湖新區(qū)等地的檢察職責(zé)。越城區(qū)人民檢察院辦案和專業(yè)技術(shù)用房易地新建工程位于紹興市紹興經(jīng)濟開發(fā)區(qū)臥龍路2號地塊，地下層,主要功能為汽車庫、設(shè)備用房，地上部分,主要功能為辦公。本建筑為二類高層建筑。

    整個大樓采用兩路獨立的10KV高壓進線，經(jīng)地下室10/0.4KV變配電所后供電，供電工作電壓為三相五線 380/220V。本工程地下室設(shè)置10/0.4KV變配電所，在樓層配電箱設(shè)分項計量，共48路計量節(jié)點，包括照明、插座、空調(diào)等，具體建設(shè)目標(biāo)如下：

    ● 實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)分類計量；

    ● 部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分戶監(jiān)測、計量與集中管理；

    ● 清晰描述總的用能現(xiàn)狀，找出能源管理存在的問題，提供能源管理工作改進的方向；

    ● 使能源管理部門對能源系統(tǒng)進行有效的監(jiān)測與管理；

    ● 為節(jié)能降耗研究、設(shè)計與建造提供參考數(shù)據(jù)。

    綜合能耗：實現(xiàn)法院電資源消耗的自動、實時、在線數(shù)據(jù)采集、傳輸及存儲。

    分類計量：根據(jù)用戶能源構(gòu)成，統(tǒng)計各能源消耗進行統(tǒng)籌管理。

    分項計量：電能消耗要根據(jù)用電類型細分計量：照明與插座用電、空調(diào)用電、動力用電、其他特殊用電等。

    2、能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

    整個能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計是以《國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則》、《浙江省國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑用電分項計量系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則為基礎(chǔ)，建設(shè)符合用戶實際需求的能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，整個系統(tǒng)完成了建筑內(nèi)部能耗計量儀表和能耗數(shù)據(jù)采集裝置的安裝，實現(xiàn)從建筑采集能耗數(shù)據(jù)，遠程傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計與展示的功能。整個系統(tǒng)包括能耗數(shù)據(jù)的原始采集、能耗數(shù)據(jù)的在線傳輸、能耗數(shù)據(jù)的在線分析診斷等，通過能耗計量裝置的安裝，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的原始采集；通過通訊管理機的安裝，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的在線傳輸；通過能耗數(shù)據(jù)的采集存數(shù)，形成可視化趨勢，確定較高能耗范圍 診斷形成高耗原因；通過后期的配置節(jié)能節(jié)電產(chǎn)品 改進運營管理模式，進行節(jié)能降耗；通過節(jié)能降耗前后數(shù)據(jù)對比，查看節(jié)能降耗實施效果。

    2.1 能耗數(shù)據(jù)的原始采集

    能耗數(shù)據(jù)的原始采集是整個能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是整個能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本構(gòu)成元素，指依據(jù)國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源種類的劃分，建筑能耗應(yīng)包括耗電量，耗水量，耗氣量，集中供熱耗熱量，集中供冷耗冷量和其他能源消耗量，分項能耗數(shù)據(jù)是指分類能耗數(shù)據(jù)中的一類或多類再細分為若干項。如電能又可以分為4類分項，插座照明用電，空調(diào)用電，特殊用電和動力用電，且每一個分項又可再分為若干子項。插座照明用電包括了建筑內(nèi)部主要工作區(qū)域照明，普通設(shè)備用電等。可細分為插座照明用電，應(yīng)急照明及走廊用電，室外照明用電三個子項。空調(diào)用電主要是指為建筑內(nèi)部提供制冷和制熱所消耗的電能，其也包括兩個子項，冷熱站電能使用和空調(diào)末端電能使用。動力用電是為建筑內(nèi)提供動力服務(wù)使用的電能，包括電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機用電三個子項。這些分類分項數(shù)據(jù)要在采集器內(nèi)部進行計算和存儲，并定時與數(shù)據(jù)中心建立連接發(fā)送原始數(shù)據(jù)。本建筑中，涉及到的能耗信息主要包括耗電量，按照分類、分項計量系統(tǒng)的設(shè)計要求，本建筑中用電計量采用多功能電度表，在各樓層照明配電箱、空調(diào)配電箱、動力配電箱以及其他特殊用電配電箱安裝多功能電表，實現(xiàn)電能的分項采集。

    多功能電表采用交流采樣技術(shù)，能分別測量電網(wǎng)中的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和電能等參數(shù)，可通過面板薄膜開關(guān)設(shè)置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus-RTU通信協(xié)議，所有多功能電表有功電度計量精度達到0.5級，

    2.2 數(shù)據(jù)傳輸

    數(shù)據(jù)傳輸是指原始分類分項數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)采集器通過Internet或GPRS等遠程通訊方式將能耗原始數(shù)據(jù)從有離散分布的建筑群上傳到數(shù)據(jù)中心，并將數(shù)據(jù)進行處理，完成原始數(shù)據(jù)存儲的過程。在該過程中，數(shù)據(jù)采集器將定時采集到的數(shù)據(jù)進行累加，形成可擴展標(biāo)示語言（XML）格式的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中不僅包含需要上傳的數(shù)據(jù)還包括對應(yīng)的建筑信息和采集器信息等。采集器還要對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進行加密處理，一般采用128位aes加密處理以保證數(shù)據(jù)的安全并進行上傳工作。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)場計量采集裝置與采集器之間的485網(wǎng)絡(luò)以及采集器與數(shù)據(jù)中心之間以太網(wǎng)，現(xiàn)場計量采集裝置與采集器之間通過RS-485的總線方式，實現(xiàn)計量采集裝的手拉手式的連接，最終接入采集器，每路485總線連接計量采集裝置的數(shù)量在20只左右；采集器與數(shù)據(jù)中心之間通過建筑內(nèi)部智能化網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠傳傳輸，整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

    2.3 能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能設(shè)計

    1）能耗在線監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

    數(shù)據(jù)有效性驗證

    計量裝置采集數(shù)據(jù)一般性驗證方法：根據(jù)計量裝置量程的最大值和最小值進行驗證，凡小于最小值或者大于最大值的采集讀數(shù)屬于無效數(shù)據(jù)。

    電表有功電能驗證方法：除了需要進行一般性驗證外還要進行二次驗證，其方法是：兩次連續(xù)數(shù)據(jù)采讀數(shù)據(jù)增量和時間差計算出功率，判斷功率不能大于本支路耗能設(shè)備的最大功率的2倍。

    分項能耗數(shù)據(jù)計算

    各分項能耗增量應(yīng)根據(jù)各計量裝置的原始數(shù)據(jù)增量進行數(shù)學(xué)計算，同時計算得出分項能耗日結(jié)數(shù)據(jù)，分項能耗日結(jié)數(shù)據(jù)是某一分項能耗在一天內(nèi)的增量和當(dāng)天采集間隔時間內(nèi)的最大值、最小值、平均值；根據(jù)分項能耗的日結(jié)數(shù)據(jù)，進而計算出逐月、逐年分項能耗數(shù)據(jù)及其最大值、最小值與平均值。
當(dāng)電表有功電能的出現(xiàn)滿刻度跳轉(zhuǎn)時，必須在采集數(shù)上增加電表的最大輸出數(shù)，保證計算處理結(jié)果的正確性。

    2） 能耗在線監(jiān)測管理軟件架構(gòu)

    能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)采用C/S（客戶機/服務(wù)器）架構(gòu)的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、功能分布的體系結(jié)構(gòu)，且有高度的可靠性和維護方便性 。系統(tǒng)具備軟、硬件的擴充能力，支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的擴展和功能的升級。可以根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和特殊需求，充分優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點資源和均衡網(wǎng)絡(luò)負擔(dān)，并便于系統(tǒng)的分階段實施。

    3） 能耗在線監(jiān)測管理軟件系統(tǒng)組成

    整個管理系統(tǒng)由4部分組成：OPC數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)拆分存儲終端、數(shù)據(jù)監(jiān)控終端、數(shù)據(jù)分析與展示終端，各部分的功能如下：

    OPC數(shù)據(jù)采集終端

    通過國際通用的OPC接口，采集終端每隔15分鐘將所有智能儀表中參數(shù)的當(dāng)前值存儲到數(shù)據(jù)庫中，用于之后的能耗分析。

    數(shù)據(jù)拆分存儲終端

    采集終端采集到的數(shù)據(jù)首先存儲在數(shù)據(jù)庫的原始數(shù)值表中，為了方便之后的數(shù)據(jù)分析以及加快分析的速度，需將該表的數(shù)據(jù)進行拆分，表數(shù)據(jù)拆分的結(jié)果分別存儲到能耗逐時匯總表（按小時匯總）、能耗逐日匯總表（按天匯總）中。系統(tǒng)通過在數(shù)據(jù)庫中建立邏輯嚴密的數(shù)據(jù)拆分存儲過程，保證了拆分結(jié)果的準(zhǔn)確。

    數(shù)據(jù)監(jiān)控終端

    通過從數(shù)據(jù)采集終端讀取數(shù)據(jù)，集中顯示所有智能表具的當(dāng)前即時狀態(tài)信息，顯示整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)客戶配置，主動顯示報警信息，并將異常數(shù)據(jù)存儲以便今后分析。

    數(shù)據(jù)分析與展示

    將數(shù)據(jù)庫中的能耗數(shù)據(jù)進行多維分析和鉆取，利用目前主流的數(shù)據(jù)圖形化展示組件，以圖表形式直觀反映和對比各項能耗數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計能耗數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢和分布情況。圖表展示方式包括：餅圖、柱狀圖、堆積圖、線圖、面積圖、儀表盤等。

    4）軟件功能模塊

    能耗綜合主界面

    通過綜合能耗主界面可以反映建筑物當(dāng)年用能各分類能耗和折算為標(biāo)準(zhǔn)煤的綜合能耗，并計算得到單位面積能耗；界面下方顯示這能耗的當(dāng)日逐時用能曲線；單擊每個分類能耗的上部區(qū)域，可跳轉(zhuǎn)到該分類能耗的用能分析主界面；可通過下拉框切換建筑物。

    分項用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計

    將電耗進行逐時、逐日、逐月、逐年統(tǒng)計。統(tǒng)計數(shù)據(jù)采用餅圖、柱狀圖、線圖、區(qū)域圖等各種圖形展示方式，直觀反映各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢和分布情況。

    用電支路趨勢分析

    統(tǒng)計各區(qū)域、各設(shè)備電能消耗，準(zhǔn)確定位用電消耗大戶，制定節(jié)能績效考核制度，推動節(jié)能降耗的真正有效執(zhí)行。為用能重點設(shè)備建立運行記錄檔案，長期跟蹤記錄設(shè)備運行過程中的能效分析評估結(jié)果，結(jié)合設(shè)備維護保養(yǎng)記錄，為設(shè)備的運行維護提供依據(jù)。

    能耗數(shù)據(jù)同環(huán)比分析

    將各種類型和各主要耗能設(shè)備的能耗與去年同期值和上月值進行同比環(huán)比分析，檢驗節(jié)能效果，根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行節(jié)能績效考核，以及節(jié)能目標(biāo)的修正。

    能耗數(shù)據(jù)分時統(tǒng)計

    將能源類型、負載類型、區(qū)域能耗按照時間區(qū)分，按時、天、月、年、工作日、非工作日等對用能數(shù)據(jù)進行全方位對比分析，精確掌握能源具體消耗情況。可將每天用能按時段設(shè)置峰、平、谷，統(tǒng)計各時段能耗，降低閑時能耗。

    電能數(shù)據(jù)實時監(jiān)測和預(yù)警

    通過高精度智能儀表以技術(shù)手段實現(xiàn)自動化全實時、高密度的實時用能監(jiān)測，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計量誤差。實時監(jiān)視現(xiàn)場儀表的回傳數(shù)據(jù)，對電能進行合理的管控和預(yù)警，及時發(fā)現(xiàn)并改正運行中存在的用電異常，隨時處理。按需設(shè)置重要設(shè)備的超標(biāo)預(yù)警值，超標(biāo)時醒目提醒并主動記錄。

    3、能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的意義

    大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)是按照國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則進行設(shè)計的一個多層次，多功能，跨區(qū)域，可雙向交換信息的復(fù)雜系統(tǒng)。通過搭建這樣的能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測建筑的能耗使用情況，通過能耗數(shù)據(jù)的分類分項計算，數(shù)據(jù)的分時統(tǒng)計，公共展示平臺等，能促使國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑提高節(jié)能運行管理水平，為政府機關(guān)制定切實有效的政策和決策提供參考和有力的支持，并過能源綜合管理系統(tǒng)軟件對各電能計量點的用電量實施在線計量、動態(tài)監(jiān)測、集中管理、科學(xué)考核，通過有效的末端監(jiān)控管理，綜合性地實現(xiàn)整體節(jié)能，為高能耗建筑的進一步節(jié)能改造提供依據(jù)。

    參考文獻

    [1]《能效管理系統(tǒng)設(shè)計安裝圖冊》

    作者簡介：徐霜，女，本科。任職單位：現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司<