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【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)管平臺的建設，著重闡述了Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)軟件，及其實現(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。
【關鍵詞】：機關大樓；智能電測表；建筑能耗分析
【正文】：
1 前言
我國目前是世界上第二位能源生產(chǎn)國和消費國。能源供應的持續(xù)增長，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供了重要的支撐；同時，能源消費的快速增長，為世界能源市場創(chuàng)造了廣闊的發(fā)展空間。中國已經(jīng)成為世界能源市場不可或缺的重要組成部分，中國的發(fā)展對維護全球能源安全，正發(fā)揮著越來越重要的積極作用。
在我國，建筑能耗約占總能耗的27%以上，而且還在以每年1個百分點的速度增加。據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部統(tǒng)計數(shù)字顯示，我國每年城鄉(xiāng)建設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。建筑能耗占全國總能耗的比例逐年快速上升，為應對上述情況，我國新建建筑已經(jīng)基本實現(xiàn)按節(jié)能標準設計，這個比例已高達95.7%，但是，施工階段執(zhí)行節(jié)能設計標準的比例僅為53.8%。
據(jù)統(tǒng)計，我國國家機關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)達國家同類建筑的1.5～2倍。
由此看來，節(jié)能減排是我國當前及將來發(fā)展中所必須面臨并亟待解決的重大問題。實際上，十一五規(guī)劃已經(jīng)為減少能源浪費和降低廢氣排放制定了具體的目標，國務院印發(fā)的發(fā)展改革委會同有關部門制定的《節(jié)能減排綜合性工作方案》，明確了中國實現(xiàn)節(jié)能減排的目標任務和總體要求。
為了我國長遠可持續(xù)的發(fā)展，為了我國能源的安全，也為了把我國建設成一個和諧、現(xiàn)代化的文明社會，節(jié)能減排是必須完成的既定目標。為達到上述目標，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)測系統(tǒng)，特別必須建立一套國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)，這是節(jié)能減排的必要措施。
2 系統(tǒng)設計依據(jù)及技術(shù)規(guī)范
建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)是在住房和城鄉(xiāng)建設部制定的《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)》技術(shù)規(guī)范的出臺后完成設計和開發(fā)的。因此，設計依據(jù)充分、技術(shù)標準正確，并且為節(jié)能減排提供了預留接口。
本系統(tǒng)設計依據(jù)的技術(shù)規(guī)范包括：
1、住房和城鄉(xiāng)建設部技術(shù)要求
《國家機關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)采集技術(shù)導則》
《國家機關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》
《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)樓宇分項計量設計安裝技術(shù)導則》
《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設與維護技術(shù)導則》
《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設、驗收與運行管理規(guī)范》
《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)軟件開發(fā)指導說明書》
2、國家及行業(yè)相關標準
GB50052-2009 供配電系統(tǒng)設計規(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 戶用計量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件
GB/T 19582-2008 基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡規(guī)范
GB 9254-1998 信息技術(shù)設備的無線電騷擾限值和測量方法
GB/T 17168-1998 信息技術(shù)設備抗擾度限值和測量方法
GB/T 17626-1998 電磁兼容試驗和測量技術(shù)
3 建筑能耗分析管理系統(tǒng)應用實例
廣東某市級司法中心，總占地面積85畝，總建筑面積9.2萬平方米，工程建設投資4億元，建成后的機關大樓，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。
該項目有1#（公安局）、2#（法院、檢察院）兩個變配電室，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表。為了能夠?qū)崿F(xiàn)電力參數(shù)實時遙測、電能計量、電能報表等功能，系統(tǒng)采用了Acrel-5000能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，做到集中管理、集中控制，解決了值班人員現(xiàn)場抄表的煩瑣，及以往定期手工抄表帶來的低效率和數(shù)據(jù)可靠性不高的問題。并且預留了擴展接口，可方便進行水、氣以及其他能源消耗監(jiān)測的擴展接入，具有投資少、簡明實用、便于智能管理等優(yōu)點。
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
司法中心的值班室位于1#公安局負一層變配電室旁，配置一臺工業(yè)網(wǎng)絡交換機；2#變配電室現(xiàn)場采用13根總線，使用一臺16口的串口服務器，通過光纖連接至1#值班室內(nèi)的交換機上；1#變配電室現(xiàn)場采用13根總線，使用一臺16口的串口服務器，連接至值班室內(nèi)的交換機；再通過大樓的局域網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)。
Acrel-5000能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1。
圖1 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖
Acrel-5000能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)采用了分布式結(jié)構(gòu)，按功能或區(qū)域進行劃分，模塊化設計。整個系統(tǒng)分為三層，即現(xiàn)場層、中間層、主控層。
現(xiàn)場層主要任務是將現(xiàn)場的各種配電系統(tǒng)的運行參數(shù)進行采集和測量，并將采集和測量的各種數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。項目中主要使用了安科瑞PZ系列可編程智能電測表共計300余臺，實現(xiàn)了現(xiàn)場300余點位的監(jiān)控及管理。以上設備均相互獨立完成各自的功能，不依賴主控計算機運行，具備RS-485 通信接口，通過現(xiàn)場的RS-485總線將檢測到的各項電參數(shù)和狀態(tài)信號實時傳輸?shù)街虚g層的數(shù)據(jù)處理單元—通訊服務器。
中間層位于現(xiàn)場層與主控層之間，采用高性能、嵌入式通訊服務器。通訊服務器負責把現(xiàn)場層儀表采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡通信聯(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)級計算機、UPS不間斷電源、打印機等。Acrel-5000能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)安裝在主控計算機上，通過軟件的人機界面和各種控制功能實現(xiàn)對整個大樓電力系統(tǒng)的能耗監(jiān)控及分析管理。
3.2 設備參數(shù)列表
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名稱 |
型號、規(guī)格 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
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現(xiàn)場設備層 |
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電力儀表等 |
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只 |
332 |
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站控管理層 |
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工作站主機 |
EVOC IPC-810B |
臺 |
1 |
研祥 |
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顯示器 |
22W"液晶顯示器 |
臺 |
1 |
AOC |
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UPS電源 |
C1K |
臺 |
1 |
SANTAK |
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打印機 |
HP 1007 A4幅面 |
臺 |
1 |
惠普 |
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系統(tǒng)軟件 |
正版微軟WINDOWS XP/SP3 |
套 |
2 |
微軟 |
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通訊機柜 |
8U壁掛式 |
面 |
12 |
本地采購 |
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操作臺 |
鋼木結(jié)構(gòu)含一椅 |
套 |
1 |
上海祥明 |
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能耗分析軟件 |
系統(tǒng)組態(tài)軟件Acrel-5000 |
套 |
1 |
安科瑞 |
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能耗分析軟件 |
數(shù)據(jù)存儲軟件Acrel-dbSQL |
套 |
1 |
安科瑞 |
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能耗分析軟件 |
電能管理軟件Acrel-EnerSys |
套 |
1 |
安科瑞 |
|
能耗分析軟件 |
設備驅(qū)動軟件Acrel-Driver |
套 |
1 |
安科瑞 |
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能耗分析軟件 |
報表分析軟件 |
套 |
1 |
安科瑞 |
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網(wǎng)絡通訊層 |
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工業(yè)網(wǎng)絡交換機 |
TP-LINK(8口) |
臺 |
1 |
TP-LINK |
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工業(yè)通訊隔離器 |
I-7520R |
臺 |
32 |
泓格 |
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工業(yè)串口服務器 |
NPORT5630-16 RS485接口×16 |
套 |
2 |
MOXA |
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光電轉(zhuǎn)換器 |
MIE-1102S |
套 |
24 |
兆越 |
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工業(yè)開關電源 |
KDYA-DG75-24 |
套 |
12 |
華力 |
3.3 系統(tǒng)功能介紹
現(xiàn)場低壓配電系統(tǒng)主要有8臺10/0.4 kV配電變壓器和2臺應急發(fā)電機，本系統(tǒng)主要負責對低壓進線及相應配出回路的實時動態(tài)監(jiān)測。
進線回路采用PZxx-E4/KC，它能測量三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電能、無功電能等多種電參量，并帶有4路光電隔離開關量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點,帶RS485通訊接口。
配出回路采用PZxx-AI3/KC，它能測量三相電流，帶有4路光電隔離開關量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點，帶RS485通訊接口。
進入系統(tǒng)后通過遙測我們可以查看各回路的三相線電壓、電流、功率、電能等電參量。遙信功能則實現(xiàn)了顯示現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)，主要包括：開關的分、合閘運行狀態(tài)和通訊故障報警，斷路器變位時會發(fā)出報警信號。如下圖2，高壓配電系統(tǒng)主要監(jiān)測了高壓回路的運行狀態(tài)，紅色代表合閘，綠色代表分閘；并在畫面上動態(tài)顯示三相電流、線電壓。
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)測了運行設備的電參量，其中包括：進線三相電流，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，可實時查看系統(tǒng)各設備通訊運行情況，見圖4。
圖4 1#（公安局）配電室通訊狀態(tài)
遠程抄表功能，完成對各主要回路的實時遠程集抄功能。并根據(jù)時間段可以查詢各回路的能耗情況，定期打印電能報表，見圖5。
圖5 電能報表
趨勢曲線，可直觀的查看回路的負荷運行情況，并進行不同時間段之間的能耗曲線比較，見圖6。
圖6 趨勢曲線
3.4 能耗管理系統(tǒng)實施效果
機關辦公大樓內(nèi)的能耗分析管理系統(tǒng)經(jīng)過近一年的運行,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)對樓內(nèi)各分項系統(tǒng)、各個供電回路進行實時監(jiān)測,多次及時地糾正了個別辦公室在非工作時間忘記關燈、空調(diào)及辦公設備的行為。通過對歷史能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,已掌握了電耗在各大樓內(nèi)分項系統(tǒng)中的分布情況以及各部門的能耗情況。Acrel-5000能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)為國家機關辦公建筑的節(jié)能管理工作提供了客觀的量化依據(jù)。
4 結(jié)束語
節(jié)能減排是我國當前及將來發(fā)展中所必須面臨并亟待解決的重大問題。此司法中心項目上的成功應用，證明了Acrel-5000能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)為國家機關辦公建筑的實時數(shù)據(jù)采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺，實現(xiàn)建筑分項能耗的自動采集，自動匯總及分析，該系統(tǒng)能夠得到大型建筑實時能耗，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；為進一步推進能耗統(tǒng)計，能源審計，能效測評等工作提供了關鍵數(shù)據(jù)。
參考文獻：
[1]《電力電測數(shù)字儀表原理與應用指南》， 任致程、周中，中國電力出版社
[2]上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版
[3] [2008]114號文《關于印發(fā)國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設相關技術(shù)導則的通知》
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