國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑中的能耗分析管理系統(tǒng)

戴金花

      （安科瑞電氣股份有限公司，江蘇江陰   201801）

【摘要】：本文主要介紹了廣東某司法局節(jié)約型建筑節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)，著重闡述了Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)軟件，及其實(shí)現(xiàn)分散式采集和集中控制管理的智能化節(jié)能監(jiān)控體系。

【關(guān)鍵詞】：機(jī)關(guān)大樓；智能電測(cè)表；建筑能耗分析

【正文】：

1 前言

我國(guó)目前是世界上第二位能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。能源供應(yīng)的持續(xù)增長(zhǎng)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了重要的支撐；同時(shí)，能源消費(fèi)的快速增長(zhǎng)，為世界能源市場(chǎng)創(chuàng)造了廣闊的發(fā)展空間。中國(guó)已經(jīng)成為世界能源市場(chǎng)不可或缺的重要組成部分，中國(guó)的發(fā)展對(duì)維護(hù)全球能源安全，正發(fā)揮著越來(lái)越重要的積極作用。 

在我國(guó)，建筑能耗約占總能耗的27%以上，而且還在以每年1個(gè)百分點(diǎn)的速度增加。據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，我國(guó)每年城鄉(xiāng)建設(shè)新建房屋建筑面積近20億平方米，其中80%以上為高能耗建筑；既有建筑近400億平方米，95%以上是高能耗建筑。建筑能耗占全國(guó)總能耗的比例逐年快速上升，為應(yīng)對(duì)上述情況，我國(guó)新建建筑已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)按節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，這個(gè)比例已高達(dá)95.7%，但是，施工階段執(zhí)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的比例僅為53.8%。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑總面積不足城鎮(zhèn)建筑總面積的4%，但年耗電量約占全國(guó)城鎮(zhèn)總耗電量的22%，每平方米年耗電量是普通居民住宅的10～20倍，是歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家同類(lèi)建筑的1.5～2倍。

由此看來(lái)，節(jié)能減排是我國(guó)當(dāng)前及將來(lái)發(fā)展中所必須面臨并亟待解決的重大問(wèn)題。實(shí)際上，十一五規(guī)劃已經(jīng)為減少能源浪費(fèi)和降低廢氣排放制定了具體的目標(biāo)，國(guó)務(wù)院印發(fā)的發(fā)展改革委會(huì)同有關(guān)部門(mén)制定的《節(jié)能減排綜合性工作方案》，明確了中國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)任務(wù)和總體要求。

為了我國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)的發(fā)展，為了我國(guó)能源的安全，也為了把我國(guó)建設(shè)成一個(gè)和諧、現(xiàn)代化的文明社會(huì)，節(jié)能減排是必須完成的既定目標(biāo)。為達(dá)到上述目標(biāo)，作為占總能耗1/4還多的建筑物，迫切需要建立一套完整的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，特別必須建立一套國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這是節(jié)能減排的必要措施。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)及技術(shù)規(guī)范

建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部制定的《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》技術(shù)規(guī)范的出臺(tái)后完成設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的。因此，設(shè)計(jì)依據(jù)充分、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正確，并且為節(jié)能減排提供了預(yù)留接口。 

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)的技術(shù)規(guī)范包括：

1、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部技術(shù)要求 

《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》 

《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則》 

《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樓宇分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)安裝技術(shù)導(dǎo)則》 

《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)與維護(hù)技術(shù)導(dǎo)則》 

《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)、驗(yàn)收與運(yùn)行管理規(guī)范》 

《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)指導(dǎo)說(shuō)明書(shū)》 

2、國(guó)家及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 

GB50052-2009    供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范

DL/T 698       電能信息采集與管理系統(tǒng)

MODBUS_RTU    多功能電表通信規(guī)約 

CJ/T 188-2004   戶(hù)用計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件 

GB/T 19582-2008  基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范 

GB 9254-1998   信息技術(shù)設(shè)備的無(wú)線(xiàn)電騷擾限值和測(cè)量方法 

GB/T 17168-1998  信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測(cè)量方法 

GB/T 17626-1998  電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)

3 建筑能耗分析管理系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

廣東某市級(jí)司法中心，總占地面積85畝，總建筑面積9.2萬(wàn)平方米，工程建設(shè)投資4億元，建成后的機(jī)關(guān)大樓，供區(qū)法院、檢察院、公安局、政法委在內(nèi)的政法系統(tǒng)單位辦公使用。

該項(xiàng)目有1#（公安局）、2#（法院、檢察院）兩個(gè)變配電室，室內(nèi)的配電柜中安裝了安科瑞332塊PZ系列可編程智能電測(cè)表。為了能夠?qū)崿F(xiàn)電力參數(shù)實(shí)時(shí)遙測(cè)、電能計(jì)量、電能報(bào)表等功能，系統(tǒng)采用了Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，做到集中管理、集中控制，解決了值班人員現(xiàn)場(chǎng)抄表的煩瑣，及以往定期手工抄表帶來(lái)的低效率和數(shù)據(jù)可靠性不高的問(wèn)題。并且預(yù)留了擴(kuò)展接口，可方便進(jìn)行水、氣以及其他能源消耗監(jiān)測(cè)的擴(kuò)展接入，具有投資少、簡(jiǎn)明實(shí)用、便于智能管理等優(yōu)點(diǎn)。

3.1   系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

司法中心的值班室位于1#公安局負(fù)一層變配電室旁，配置一臺(tái)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；2#變配電室現(xiàn)場(chǎng)采用13根總線(xiàn)，使用一臺(tái)16口的串口服務(wù)器，通過(guò)光纖連接至1#值班室內(nèi)的交換機(jī)上；1#變配電室現(xiàn)場(chǎng)采用13根總線(xiàn)，使用一臺(tái)16口的串口服務(wù)器，連接至值班室內(nèi)的交換機(jī)；再通過(guò)大樓的局域網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)系統(tǒng)。

Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)采用了分布式結(jié)構(gòu)，按功能或區(qū)域進(jìn)行劃分，模塊化設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)分為三層，即現(xiàn)場(chǎng)層、中間層、主控層。

現(xiàn)場(chǎng)層主要任務(wù)是將現(xiàn)場(chǎng)的各種配電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集和測(cè)量，并將采集和測(cè)量的各種數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。項(xiàng)目中主要使用了安科瑞PZ系列可編程智能電測(cè)表共計(jì)300余臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)300余點(diǎn)位的監(jiān)控及管理。以上設(shè)備均相互獨(dú)立完成各自的功能，不依賴(lài)主控計(jì)算機(jī)運(yùn)行，具備RS-485 通信接口，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的RS-485總線(xiàn)將檢測(cè)到的各項(xiàng)電參數(shù)和狀態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街虚g層的數(shù)據(jù)處理單元—通訊服務(wù)器。

中間層位于現(xiàn)場(chǎng)層與主控層之間，采用高性能、嵌入式通訊服務(wù)器。通訊服務(wù)器負(fù)責(zé)把現(xiàn)場(chǎng)層儀表采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)接、數(shù)據(jù)交換上傳到主控層，是主控層與現(xiàn)場(chǎng)層的橋梁。

主控層位于1#公安局變配電室旁的值班室，配置高性能、高可靠性工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、UPS不間斷電源、打印機(jī)等。Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)安裝在主控計(jì)算機(jī)上，通過(guò)軟件的人機(jī)界面和各種控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)大樓電力系統(tǒng)的能耗監(jiān)控及分析管理。

3.2   設(shè)備參數(shù)列表

3.3   系統(tǒng)功能介紹

現(xiàn)場(chǎng)低壓配電系統(tǒng)主要有8臺(tái)10/0.4 kV配電變壓器和2臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)，本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)低壓進(jìn)線(xiàn)及相應(yīng)配出回路的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

進(jìn)線(xiàn)回路采用PZxx-E4/KC，它能測(cè)量三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電能、無(wú)功電能等多種電參量，并帶有4路光電隔離開(kāi)關(guān)量輸入接點(diǎn)和2路繼電器控制輸出接點(diǎn),帶RS485通訊接口。

配出回路采用PZxx-AI3/KC，它能測(cè)量三相電流，帶有4路光電隔離開(kāi)關(guān)量輸入接點(diǎn)和2路繼電器控制輸出接點(diǎn)，帶RS485通訊接口。

進(jìn)入系統(tǒng)后通過(guò)遙測(cè)我們可以查看各回路的三相線(xiàn)電壓、電流、功率、電能等電參量。遙信功能則實(shí)現(xiàn)了顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主要包括：開(kāi)關(guān)的分、合閘運(yùn)行狀態(tài)和通訊故障報(bào)警，斷路器變位時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如下圖2，高壓配電系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)了高壓回路的運(yùn)行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘；并在畫(huà)面上動(dòng)態(tài)顯示三相電流、線(xiàn)電壓。

圖2  1#（公安局）高壓配電系統(tǒng)圖

圖3的低壓配電系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)了運(yùn)行設(shè)備的電參量，其中包括：進(jìn)線(xiàn)三相電流，功率，功率，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流。

圖3  T1變壓器低壓配電系統(tǒng)圖

系統(tǒng)通訊狀態(tài)圖，可實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)各設(shè)備通訊運(yùn)行情況，見(jiàn)圖4。

圖4  1#（公安局）配電室通訊狀態(tài)

遠(yuǎn)程抄表功能，完成對(duì)各主要回路的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程集抄功能。并根據(jù)時(shí)間段可以查詢(xún)各回路的能耗情況，定期打印電能報(bào)表，見(jiàn)圖5。

圖5 電能報(bào)表

趨勢(shì)曲線(xiàn)，可直觀的查看回路的負(fù)荷運(yùn)行情況，并進(jìn)行不同時(shí)間段之間的能耗曲線(xiàn)比較，見(jiàn)圖6。

圖6 趨勢(shì)曲線(xiàn)

3.4   能耗管理系統(tǒng)實(shí)施效果

機(jī)關(guān)辦公大樓內(nèi)的能耗分析管理系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行,已積累了一定量的能耗數(shù)據(jù)，管理人員已可以使用此系統(tǒng)對(duì)樓內(nèi)各分項(xiàng)系統(tǒng)、各個(gè)供電回路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),多次及時(shí)地糾正了個(gè)別辦公室在非工作時(shí)間忘記關(guān)燈、空調(diào)及辦公設(shè)備的行為。通過(guò)對(duì)歷史能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,已掌握了電耗在各大樓內(nèi)分項(xiàng)系統(tǒng)中的分布情況以及各部門(mén)的能耗情況。Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)為國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑的節(jié)能管理工作提供了客觀的量化依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

節(jié)能減排是我國(guó)當(dāng)前及將來(lái)發(fā)展中所必須面臨并亟待解決的重大問(wèn)題。此司法中心項(xiàng)目上的成功應(yīng)用，證明了Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)為國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)建筑分項(xiàng)能耗的自動(dòng)采集，自動(dòng)匯總及分析，該系統(tǒng)能夠得到大型建筑實(shí)時(shí)能耗，并為降低其建筑能耗和提高建筑能效，提供了決策依據(jù)和參考；為進(jìn)一步推進(jìn)能耗統(tǒng)計(jì)，能源審計(jì)，能效測(cè)評(píng)等工作提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南》， 任致程、周中，中國(guó)電力出版社

[2]上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2013.01.版

[3] [2008]114號(hào)文《關(guān)于印發(fā)國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則的通知》

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