安科瑞 張奇峰能耗監(jiān)測系統(tǒng)在某生產(chǎn)指揮控制中心能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用

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(jī)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(shí)現(xiàn)能源資源分類分項(xiàng)準(zhǔn)確計量和能源資源運(yùn)行監(jiān)管功能，清晰描述建筑內(nèi)總的用能現(xiàn)狀；實(shí)時監(jiān)測各供電回路的電壓、電流和功率等電力參數(shù)，識別負(fù)荷與無效能耗，從而可通過技術(shù)或行為節(jié)能方式，實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能。

關(guān)鍵詞：指揮控制中心；大型公共建筑；節(jié)能；能耗。

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(yuǎn)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，為提出節(jié)能減排政策與決策奠定基礎(chǔ)，隨著中國城市化進(jìn)程的推進(jìn)、經(jīng)濟(jì)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)安全帶來很大的壓力，因此建筑節(jié)能勢在必行。

本文以某生產(chǎn)指揮控制中心為例，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)在大型共建以及生產(chǎn)指揮控制中心中的應(yīng)用。

1  項(xiàng)目概述及建設(shè)目標(biāo)

某生產(chǎn)指揮控制中心是集生產(chǎn)指揮、通信、綜合辦公于一體的生產(chǎn)綜合樓，位于貴州省貴陽市。在原建設(shè)基礎(chǔ)上加裝遠(yuǎn)傳智能電表、遠(yuǎn)傳智能水表、遠(yuǎn)程冷量表、濕度監(jiān)測儀表、照度監(jiān)測儀表等。均采用 MODBUS 通訊協(xié)議經(jīng)通訊總線、通訊管機(jī)采集終端計量設(shè)備數(shù)據(jù)，并由光纖或 RS-485 通訊組成的專用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至中心管理計算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化管理，通過能源管理系統(tǒng)軟對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理，形成管理方需要的圖形、文字等形式的文件，以此實(shí)現(xiàn)指揮控制中心分項(xiàng)分部用能耗分析及智能化管理，具體建設(shè)目標(biāo)如下：

1.1實(shí)現(xiàn)整個辦公大樓能耗數(shù)據(jù)分類、分相計量；

1.2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(jìn)的方向；

1.3使后勤管理部門對辦公大樓能源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測與管理；

1.4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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指揮控制中心能源消耗的自動、實(shí)時、在線數(shù)據(jù)采集、傳輸及存儲。

分項(xiàng)計量：電能消耗要根據(jù)用電類型細(xì)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(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則》等相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則為基礎(chǔ)，建設(shè)符合用戶實(shí)際需求的能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，整個系統(tǒng)完成了某生產(chǎn)指揮控制中心內(nèi)部能耗計量儀表和能耗數(shù)據(jù)采集裝置的安裝，實(shí)現(xiàn)從建筑采集能耗數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的原始采集；通過通訊管理機(jī)的安裝，實(shí)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(jìn)運(yùn)營管理模式，進(jìn)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(shí)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(jī)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，分項(xiàng)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(xì)分為若干項(xiàng)。如電能又可以分為4類分項(xiàng)，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(xiàng)又可再分為若干子項(xiàng)。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?？杉?xì)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(xiàng)。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(xiàng)，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(jī)用電三個子項(xiàng)。這些分類分項(xiàng)數(shù)據(jù)要在采集器內(nèi)部進(jìn)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)。本項(xiàng)目中，涉及到的能耗信息主要包括耗電量、耗水量、冷熱量等，按照分類、分項(xiàng)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(shí)現(xiàn)電能的分項(xiàng)采集；用水計量通過遠(yuǎn)傳智能水表，分別安裝與辦公樓水表間以及宿舍樓宿舍內(nèi)，同時針對食堂、室外景觀燈均加裝遠(yuǎn)傳水表；針對空調(diào)計量采用超聲波流量計，計算冷熱量。

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(dá)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(xiàng)數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)采集器通過Internet遠(yuǎn)程通訊方式將能耗原始數(shù)據(jù)從有離散分布的單體建筑上傳到數(shù)據(jù)中心，并將數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行累加，形成可擴(kuò)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(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)計量采集裝的手拉手式的連接，然后接入采集器，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)中心之間通過光纖局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)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

能耗綜合主界面

通過綜合能耗主界面可以反映生產(chǎn)指揮控制中心當(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(xiàng)用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計

將電耗進(jìn)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(xiàng)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)確定位用電消耗重要回路，制定節(jié)能績效考核制度，推動節(jié)能降耗的執(zhí)行。為用能重要設(shè)備建立運(yùn)行記錄檔案，長期跟蹤記錄設(shè)備運(yùn)行過程中的能效分析評估結(jié)果，結(jié)合設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)記錄，為設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)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(jìn)行同比環(huán)比分析，檢驗(yàn)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(fù)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(jìn)行對比分析，準(zhǔn)確掌握能源具體消耗情況?？蓪⒚刻煊媚馨磿r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(shí)時監(jiān)測和預(yù)警

通過高精度智能儀表以技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)自動化全實(shí)時、高密度的實(shí)時用能監(jiān)測，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計量誤差。實(shí)時監(jiān)視現(xiàn)場儀表的回傳數(shù)據(jù)，對電能進(jìn)行合理的管控和預(yù)警，及時發(fā)現(xiàn)并改正運(yùn)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(jī)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(jìn)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(shí)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(xiàng)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(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑提高節(jié)能運(yùn)行管理水平，為政府機(jī)關(guān)制定切實(shí)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(diǎn)的用電量實(shí)施在線計量、動態(tài)監(jiān)測、集中管理、科學(xué)考核，通過末端監(jiān)控管理，綜合性地實(shí)現(xiàn)整體節(jié)能，為高能耗建筑的進(jìn)一步節(jié)能改造提供依據(jù)。