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劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定
摘要:針對(duì)大型公共建筑能耗高且能源管理不合理的問(wèn)題,利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)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)計(jì)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(shí)監(jiān)測(cè)各供電回路的電壓、電流和功率等電力參數(shù),識(shí)別有效負(fù)荷與無(wú)效能耗,從而可通過(guò)技術(shù)或行為節(jié)能方式,實(shí)現(xiàn)建筑的有效節(jié)能。
【關(guān)鍵詞】:體育;大型公共建筑;節(jié)能;能耗;跳水館
0、引言
隨著社會(huì)的發(fā)展,能源的消耗量也在迅速增長(zhǎng),特別是建筑能耗的增長(zhǎng)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(shì),在若干年后社會(huì)的能源產(chǎn)出將無(wú)法滿足能源的需求,所以減小能源的消耗量是個(gè)十分重要的且需要盡早解決的問(wèn)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(cè)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),隨著中城市化進(jìn)程的推進(jìn)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我建筑能耗總量呈持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì),并且增長(zhǎng)速度有越來(lái)越快的趨勢(shì)。如果任由建筑能耗照此速度增長(zhǎng),必然給中能源供應(yīng)帶來(lái)極大的壓力,因此建筑節(jié)能勢(shì)在必行。
本文以浙江省黃龍?bào)w育游泳跳水館為例,通過(guò)能耗在線監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)在大型共建的應(yīng)用。
1、項(xiàng)目概述及建設(shè)目標(biāo)
黃龍?bào)w育跳水館新建工程位杭州市西湖區(qū)黃龍路1號(hào),地下層,主要功能為汽車庫(kù)、設(shè)備用房,地上部分,主要功能為跳水賽事。本建筑為二類高層建筑。
整個(gè)大樓采用兩路獨(dú)立的10KV高壓進(jìn)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(xiàng)計(jì)量,共48路計(jì)量節(jié)點(diǎn),包括照明、插座、空調(diào)等,具體建設(shè)目標(biāo)如下:
(1)實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)分項(xiàng)計(jì)量;
(2)部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分戶監(jiān)測(cè)、計(jì)量與集中管理;
(3)清晰描述總的用能現(xiàn)狀,找出能源管理存在的問(wèn)題,提供能源管理工作改進(jìn)的方向;
(4)使能源管理部門對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)與管理;
(5)為節(jié)能降耗研究、設(shè)計(jì)與建造提供參考數(shù)據(jù)。
綜合能耗:實(shí)現(xiàn)跳水館電資源消耗的自動(dòng)、實(shí)時(shí)、在線數(shù)據(jù)采集、傳輸及存儲(chǔ)。
分類計(jì)量:根據(jù)用戶能源構(gòu)成,統(tǒng)計(jì)各能源消耗進(jìn)行統(tǒng)籌管理。
分項(xiàng)計(jì)量:電能消耗要根據(jù)用電類型細(xì)分計(jì)量:照明與插座用電、空調(diào)用電、動(dòng)力用電、其他特殊用電等。
2、能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
整個(gè)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以《家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》、《浙江省家辦公建筑和大型公共建筑用電分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)際需求的能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)完成了建筑內(nèi)部能耗計(jì)量?jī)x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(jì)與展示的功能。整個(gè)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(guò)能耗計(jì)量裝置的安裝,實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的原始采集;通過(guò)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(guò)能耗數(shù)據(jù)的采集存數(shù),形成可視化趨勢(shì),確定較高能耗范圍 診斷形成高耗原因;通過(guò)后期的配置節(jié)能節(jié)電產(chǎn)品 改進(jìn)運(yùn)營(yíng)管理模式,進(jìn)行節(jié)能降耗;通過(guò)節(jié)能降耗前后數(shù)據(jù)對(duì)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(gè)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ),是整個(gè)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成元素,指依據(jù)家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(xiàng)能耗數(shù)據(jù)是指分類能耗數(shù)據(jù)中的類或多類再細(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(dòng)力用電,且每個(gè)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(gè)子項(xiàng)??照{(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(gè)子項(xiàng),冷熱站電能使用和空調(diào)末端電能使用。動(dòng)力用電是為建筑內(nèi)提供動(dòng)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(gè)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(jì)算和存儲(chǔ),并定時(shí)與數(shù)據(jù)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(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,本建筑中用電計(jì)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(dòng)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。
多功能電表采用交流采樣技術(shù),能分別測(cè)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(guò)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(jì)量精度達(dá)到0.5級(jí),
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(guò)Internet或GPRS等遠(yuǎn)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),并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,完成原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的過(guò)程。在該過(guò)程中,數(shù)據(jù)采集器將定時(shí)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加,形成可擴(kuò)展標(biāo)示語(yǔ)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(duì)應(yīng)的建筑信息和采集器信息等。采集器還要對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行加密處理,般采用128位aes加密處理以保證數(shù)據(jù)的并進(jìn)行上傳工作。整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)場(chǎng)計(jì)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)之間以太網(wǎng),現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量采集裝置與采集器之間通過(guò)RS-485的總線方式,實(shí)現(xiàn)計(jì)量采集裝的手拉手式的連接,zui終接入采集器,每路485總線連接計(jì)量采集裝置的數(shù)量在20只左右;采集器與數(shù)據(jù)之間通過(guò)建筑內(nèi)部智能化網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳傳輸,整個(gè)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(cè)系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)
1)能耗在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)有效性驗(yàn)證
計(jì)量裝置采集數(shù)據(jù)般性驗(yàn)證方法:根據(jù)計(jì)量裝置量程的zui大值和zui小值進(jìn)行驗(yàn)證,凡小于zui小值或者大于zui大值的采集讀數(shù)屬于無(wú)效數(shù)據(jù)。
電表有功電能驗(yàn)證方法:除了需要進(jìn)行般性驗(yàn)證外還要進(jìn)行二次驗(yàn)證,其方法是:兩次連續(xù)數(shù)據(jù)采讀數(shù)據(jù)增量和時(shí)間差計(jì)算出功率,判斷功率不能大于本支路耗能設(shè)備的zui大功率的2倍。
分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)計(jì)算
各分項(xiàng)能耗增量應(yīng)根據(jù)各計(jì)量裝置的原始數(shù)據(jù)增量進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算,同時(shí)計(jì)算得出分項(xiàng)能耗日結(jié)數(shù)據(jù),分項(xiàng)能耗日結(jié)數(shù)據(jù)是某分項(xiàng)能耗在天內(nèi)的增量和當(dāng)天采集間隔時(shí)間內(nèi)的zui大值、zui小值、平均值;根據(jù)分項(xiàng)能耗的日結(jié)數(shù)據(jù),進(jìn)而計(jì)算出逐月、逐年分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)及其zui大值、zui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(shí),必須在采集數(shù)上增加電表的zui大輸出數(shù),保證計(jì)算處理結(jié)果的正確性。
2)能耗在線監(jiān)測(cè)管理軟件架構(gòu)
能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用C/S(客戶機(jī)/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(hù)方便性 。系統(tǒng)具備軟、硬件的擴(kuò)充能力,支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展和功能的升級(jí)??梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的規(guī)模和特殊需求,充分化網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)資源和均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān),并便于系統(tǒng)的分階段實(shí)施。
3)能耗在線監(jiān)測(cè)管理軟件系統(tǒng)組成
整個(gè)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(chǔ)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(guò)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(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中,用于之后的能耗分析。
數(shù)據(jù)拆分存儲(chǔ)終端
采集終端采集到的數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)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(jìn)行拆分,表數(shù)據(jù)拆分的結(jié)果分別存儲(chǔ)到能耗逐時(shí)匯總表(按小時(shí)匯總)、能耗逐日匯總表(按天匯總)中。系統(tǒng)通過(guò)在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立邏輯嚴(yán)密的數(shù)據(jù)拆分存儲(chǔ)過(guò)程,保證了拆分結(jié)果的準(zhǔn)確。
數(shù)據(jù)監(jiān)控終端
通過(guò)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(shí)狀態(tài)信息,顯示整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),并根據(jù)客戶配置,主動(dòng)顯示報(bào)警信息,并將異常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以便今后分析。
數(shù)據(jù)分析與展示
將數(shù)據(jù)庫(kù)中的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行多方維分析和鉆取,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(duì)比各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù),并統(tǒng)計(jì)能耗數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢(shì)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(guò)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(jì)算得到單位面積能耗;界面下方顯示這能耗的當(dāng)日逐時(shí)用能曲線;單擊每個(gè)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(guò)下拉框切換建筑物。
分項(xiàng)用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
將電耗進(jìn)行逐時(shí)、逐日、逐月、逐年統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)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(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢(shì)和分布情況。用電支路趨勢(shì)分析
統(tǒng)計(jì)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(jī)效考核制度,推動(dòng)節(jié)能降耗的真正有效執(zhí)行。為用能重點(diǎn)設(shè)備建立運(yùn)行記錄檔案,長(zhǎng)期跟蹤記錄設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的能效分析評(píng)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(jī)效考核,以及節(jié)能目標(biāo)的修正。
能耗數(shù)據(jù)分時(shí)統(tǒng)計(jì)
將能源類型、負(fù)載類型、區(qū)域能耗按照時(shí)間區(qū)分,按時(shí)、天、月、年、工作日、非工作日等對(duì)用能數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,掌握能源具體消耗情況??蓪⒚刻煊媚馨磿r(shí)段設(shè)置峰、平、谷,統(tǒng)計(jì)各時(shí)段能耗,降低閑時(shí)能耗。
電能數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警
通過(guò)高精度智能儀表以技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全實(shí)時(shí)、高密度的實(shí)時(shí)用能監(jiān)測(cè),減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計(jì)量誤差。實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)儀表的回傳數(shù)據(jù),對(duì)電能進(jìn)行合理的管控和預(yù)警,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正運(yùn)行中存在的用電異常,隨時(shí)處理。按需設(shè)置重要設(shè)備的超標(biāo)預(yù)警值,超標(biāo)時(shí)醒目提醒并主動(dòng)記錄。
3、能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的意義
大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是按照家辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則進(jìn)行設(shè)計(jì)的個(gè)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(guò)搭建這樣的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑的能耗使用情況,通過(guò)能耗數(shù)據(jù)的分類分項(xiàng)計(jì)算,數(shù)據(jù)的分時(shí)統(tǒng)計(jì),公共展示平臺(tái)等,能促使家辦公建筑和大型公共建筑提高節(jié)能運(yùn)行管理水平,為制定切實(shí)有效的政策和決策提供參考和有力的支持,并過(guò)能源綜合管理系統(tǒng)軟件對(duì)各電能計(jì)量點(diǎn)的用電量實(shí)施在線計(jì)量、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、集中管理、科學(xué)考核,通過(guò)有效的末端監(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)步節(jié)能改造提供依據(jù)。
參考文獻(xiàn):
[1]《能效管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝圖冊(cè)》
作者簡(jiǎn)介:劉細(xì)鳳,女,本科。任職單位:現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司