安科瑞 陳聰 周潔 陳正 于洋

【摘要】：針對(duì)大型公共建筑能耗高且能源管理不合理的問題，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)建筑的有效節(jié)能。 

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

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)出將無法滿足能源的需求，所以減小能源的消耗量是一個(gè)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(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(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，并且增長(zhǎng)速度有越來越快的趨勢(shì)。如果任由建筑能耗照此速度增長(zhǎng)，必然給中國能源供應(yīng)安全帶來大大的壓力，因此建筑節(jié)能勢(shì)在必行。 本文以北師大杭州中學(xué)為例，通過能耗在線監(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)在大型共建以及學(xué)校中的應(yīng)用。   

1   項(xiàng)目概述及建設(shè)目標(biāo)   

北京師范大學(xué)附屬中學(xué)杭州中學(xué)位于浙江省杭州市上城區(qū)銀鼓路5號(hào)，整個(gè)學(xué)校包括1~3#教學(xué)樓、圖書館、風(fēng)雨操場(chǎng)、報(bào)告廳行政綜合樓、體育場(chǎng)看臺(tái)以及地下配電室等。   

整個(gè)學(xué)校智能化系統(tǒng)建設(shè)滿足目前應(yīng)用為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮到今后智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，北京師范大學(xué)附屬中學(xué)杭州中學(xué)智能化系統(tǒng)需具備技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、結(jié)構(gòu)合理性、使用可靠穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性。分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)的總體架構(gòu)由一個(gè)節(jié)能監(jiān)管中心、若干個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集計(jì)量系統(tǒng)組成，各采集計(jì)量系統(tǒng)之間通過局域網(wǎng)進(jìn)行通訊。設(shè)置能源管理中心，將各棟樓宇現(xiàn)場(chǎng)讀取的能源計(jì)量數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)傳至數(shù)據(jù)中心，校領(lǐng)導(dǎo)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(shí)時(shí)查看能耗情況。系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件采用C/S結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)完整的管理、操作功能，對(duì)客戶端的用戶，在通過多種授權(quán)驗(yàn)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。   

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《國家機(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》、《浙江省國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑用電分項(xiàng)計(jì)量設(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)，系統(tǒng)完成了整個(gè)學(xué)校內(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(shì)，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(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)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(dòng)力用電，且每一個(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)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，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；水主要采用遠(yuǎn)傳式水表以及超聲波流量計(jì)。 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)中心，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的過程。在該過程中，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，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(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)中心之間以太網(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，之后接入采集器，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)中心之間通過建筑內(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)   

能耗綜合主界面   

通過綜合能耗主界面可以反映醫(yī)院當(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)確定位用電消耗回路，制定節(jié)能績(jī)效考核制度，推動(dòng)節(jié)能降耗的有效執(zhí)行。為用能設(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)是按照國家機(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)的相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則進(jìn)行設(shè)計(jì)的一個(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)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(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)一步節(jié)能改造提供依據(jù)。