安科瑞 張徐榕

【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。

【關(guān)鍵詞】：學校；大型公共建筑；節(jié)能；能耗；綠色建筑；

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)安全帶來大大的壓力，因此建筑節(jié)能勢在必行。

本文以北師大杭州中學為例，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)在大型共建以及學校中的應(yīng)用。

1   項目概述及建設(shè)目標

  北京師范大學附屬中學杭州中學位于浙江省杭州市上城區(qū)銀鼓路5號，整個學校包括1~3#教學樓、圖書館、風雨操場、報告廳行政綜合樓、體育場看臺以及地下配電室等。

  整個學校智能化系統(tǒng)建設(shè)滿足目前應(yīng)用為基礎(chǔ)，同時考慮到今后智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢，北京師范大學附屬中學杭州中學智能化系統(tǒng)需具備技術(shù)*性、經(jīng)濟實用性、結(jié)構(gòu)合理性、使用可靠穩(wěn)定性、可擴展性。分項計量系統(tǒng)的總體架構(gòu)由一個節(jié)能監(jiān)管中心、若干個現(xiàn)場采集計量系統(tǒng)組成，各采集計量系統(tǒng)之間通過局域網(wǎng)進行通訊。設(shè)置能源管理中心，將各棟樓宇現(xiàn)場讀取的能源計量數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)傳至數(shù)據(jù)中心，校領(lǐng)導和能源管理專員依據(jù)不同權(quán)限可訪問中心服務(wù)器，實時查看能耗情況。系統(tǒng)管理平臺軟件采用C/S結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)完整的管理、操作功能，對客戶端的用戶，在通過多種授權(quán)驗證后，同樣提供查詢、數(shù)據(jù)分析結(jié)果展示、管理、監(jiān)控等功能。并為后期綠色建筑的申辦打下堅實的基礎(chǔ)。

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《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)導則》、《浙江省機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑用電分項計量設(shè)計標準》等相關(guān)技術(shù)導則為基礎(chǔ)，建設(shè)符合用戶實際需求的能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)完成了整個學校內(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)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，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)。本項目中，涉及到的能耗信息主要包括耗電量、耗水量，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；水主要采用遠傳式水表以及超聲波流量計。

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，之后接入采集器，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

  能耗綜合主界面

  通過綜合能耗主界面可以反映醫(yī)院當年用能各分類能耗和折算為標準煤的綜合能耗，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，準確定位用電消耗回路，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)進行對比分析，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)測和預警

  通過智能儀表以技術(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)備的超標預警值，超標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 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)。