徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

    【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)能源資源分類分項精確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。

    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，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安全帶來極大的壓力，因此建筑節(jié)能勢在必行。

    本文以六安法院為例，通過能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡的搭建、數(shù)據(jù)采集與分析等，介紹了能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)在大型共建的應用。

    1 項目概述及建設目標

    六安中級人民法院成立于1950年6月，前身是安徽省六安地區(qū)中級人民法院，法院審判辦公樓現(xiàn)坐落于六安市裕安區(qū)佛子路中路六安市行政中心西側(cè)，整個項目包括一棟19層辦公大樓，42個需要計量的用能節(jié)點，每個用能節(jié)點均加裝了多功能電表，多功能電表通過計算機網(wǎng)絡、能源管理軟件，實現(xiàn)建筑用能的分類、分項計量，具體建設目標如下：

    ● 實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)分類計量；

    ● 部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分戶監(jiān)測、計量與集中管理；

    ● 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的方向；

    ● 使能源管理部門對能源系統(tǒng)進行有效的監(jiān)測與管理；

    ● 為節(jié)能降耗研究、設計與建造提供參考數(shù)據(jù)。

    綜合能耗：實現(xiàn)法院電資源消耗的自動、實時、在線數(shù)據(jù)采集、傳輸及存儲。

    分類計量：根據(jù)用戶能源構(gòu)成，統(tǒng)計各能源消耗進行統(tǒng)籌管理。

    分項計量：電能消耗要根據(jù)用電類型細分計量：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)的設計

    整個能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計是以《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》、安徽省《公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等相關技術(shù)導則為基礎，建設符合用戶實際需求的能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，整個系統(tǒng)完成了建筑內(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，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)國家機關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，普通設備用電等�？杉毞譃椴遄�照明用電，應急照明及走廊用電，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)。本建筑中，涉及到的能耗信息主要包括耗電量，按照分類、分項計量系統(tǒng)的設計要求，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。

    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設置倍率。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)絡包括現(xiàn)場計量采集裝置與采集器之間的485網(wǎng)絡以及采集器與數(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，最終接入采集器，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)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠傳傳輸，整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如下圖所示：

    2.3 能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能設計

    1） 能耗在線監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

    數(shù)據(jù)有效性驗證

    計量裝置采集數(shù)據(jù)一般性驗證方法：根據(jù)計量裝置量程的最大值和最小值進行驗證，凡小于最小值或者大于最大值的采集讀數(shù)屬于無效數(shù)據(jù)。

    電表有功電能驗證方法：除了需要進行一般性驗證外還要進行二次驗證，其方法是：兩次連續(xù)數(shù)據(jù)采讀數(shù)據(jù)增量和時間差計算出功率，判斷功率不能大于本支路耗能設備的最大功率的2倍。

    分項能耗數(shù)據(jù)計算

    各分項能耗增量應根據(jù)各計量裝置的原始數(shù)據(jù)增量進行數(shù)學計算，同時計算得出分項能耗日結(jié)數(shù)據(jù)，分項能耗日結(jié)數(shù)據(jù)是某一分項能耗在一天內(nèi)的增量和當天采集間隔時間內(nèi)的最大值、最小值、平均值；根據(jù)分項能耗的日結(jié)數(shù)據(jù)，進而計算出逐月、逐年分項能耗數(shù)據(jù)及其最大值、最小值與平均值。

    當電表有功電能的出現(xiàn)滿刻度跳轉(zhuǎn)時，必須在采集數(shù)上增加電表的最大輸出數(shù)，保證計算處理結(jié)果的正確性。

    2） 能耗在線監(jiān)測管理軟件架構(gòu)

    能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)采用C/S（客戶機/服務器）架構(gòu)的分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用標準化、網(wǎng)絡化、功能分布的體系結(jié)構(gòu)，且有高度的可靠性和維護方便性 。系統(tǒng)具備軟、硬件的擴充能力，支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的擴展和功能的升級�？梢愿鶕�(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和特殊需求，充分優(yōu)化網(wǎng)絡各節(jié)點資源和均衡網(wǎng)絡負擔，并便于系統(tǒng)的分階段實施。

    3） 能耗在線監(jiān)測管理軟件系統(tǒng)組成

    整個管理系統(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

    通過國際通用的OPC接口，采集終端每隔15分鐘將所有智能儀表中參數(shù)的當前值存儲到數(shù)據(jù)庫中，用于之后的能耗分析。

    數(shù)據(jù)拆分存儲終端

    采集終端采集到的數(shù)據(jù)首先存儲在數(shù)據(jù)庫的原始數(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)進行拆分，表數(shù)據(jù)拆分的結(jié)果分別存儲到能耗逐時匯總表（按小時匯總）、能耗逐日匯總表（按天匯總）中。系統(tǒng)通過在數(shù)據(jù)庫中建立邏輯嚴密的數(shù)據(jù)拆分存儲過程，保證了拆分結(jié)果的準確。

    數(shù)據(jù)監(jiān)控終端

    通過從數(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前即時狀態(tài)信息，顯示整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)客戶配置，主動顯示報警信息，并將異常數(shù)據(jù)存儲以便今后分析。

    數(shù)據(jù)分析與展示

    將數(shù)據(jù)庫中的能耗數(shù)據(jù)進行多維分析和鉆取，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比各項能耗數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計能耗數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢和分布情況。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。