公共建筑能源综合管理节能改造技术及应用方案

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1 　引言

全球暖化造成生态环境改变，企业在追求永续经营的同时，更要责无旁贷的承担“节能减排”的社会责任，爱护我们的地球！Acrel(安科瑞)公司肩负环保、节能、爱地球的企业使命，拥有动力能源、视讯数码墙、工业自动化等领域的坚强技术团队针对中国的节能减排需求，提供量身订作的整体解决方案。


2 　建筑能耗分析

建筑综合能源分析发现,空调约占45%、照明约占29%、自动扶梯约占10%、动力其它设备约占16%，可见空调、照明、电扶梯之耗电为主要之耗能。
节能预估如下：

1）冷机和热泵：预计实施节能后平均节能10%；
2）循环水泵：预计实施节能后平均节能30%左右；
3）AHU、FAU、SFU：预计实施节能后平均节能35%左右；
4）照明节能系统：改造后节能估达12％。
5）自动扶梯系统：改造后节能预估达30%


3 　系统方案设计

针对建筑节能方面的措施，采用安科瑞公司的建筑能耗分析管理系统，工程项目范围包括照明节能系统、水泵节能系统、AHU节能系统、SF节能系统、中央空调主机系统、电力需量系统等多系统整合，通过统一的监控平台和可靠的能量管理系统，实现对能源的综合管理；通过分析、共享各种数据，加强对用电设备和电量的监管，实现用电科学计量，指导各项节能工作有效的展开，最终实现节能效益的最大化。

3.1系统构成

能耗分析管理系统是指通过对国家机关办公建筑和大型公共建筑安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现重点建筑能耗的在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。其中，分类能耗是指根据国家机关办公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源种类划分进行采集和整理的能耗数据，如：电、燃气、水等。分项能耗是指根据各类能源的主要用途划分进行采集和整理的能耗数据，例如，电量分项能耗应当包括：照明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电。

3.2数据传输技术

建筑物能耗监测系统的自动计量装置所采集的能耗数据，通过RS485接口，并采用TCP／IP通信协议自动并实时上传给数据中心，以保证数据得到有效的管理和支持高效率的查询服务，同时数据传输采取一定的编码规则，实现数据组织、存储及交换的一致性。

3.3数据中心

数据中心也就是数据库，接收并存储其管理区域内监测建筑的能耗数据，并对其进行处理、分析、展示和发布。数据中心具备设置数据更新的时间间隔，访问历史数据，报警，打印报表，实时与历史曲线，图表的绘制，并预留相应扩展功能。

3.4系统结构

Acrel-5000建筑能耗分析管理系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，根据现场实际情况采用现场总线、光纤环网或无线通讯中的一种或多种结合的最优化的组网方式，为大型公共建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测设备构成任意复杂的监控系统。开放性、网络化、单元化、组态化的采用面向对象的分层、分级、分布式智能一体化结构。建立如下层次结构：



3.5系统功能

Acrel-5000建筑能耗分析管理系统的能耗数据采集方式包括人工采集方式和自动采集方式。通过人工采集方式采集的数据包括建筑基本情况数据采集指标和其它不能通过自动方式采集的能耗数据，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤气等能耗量。通过自动采集方式采集的数据包括建筑分项能耗数据和分类能耗数据，由自动计量装置实时采集，通过自动传输方式实时传输至数据中心。


3.6大型公建或楼宇建筑的信息管理

系统提供标准的手工信息录入界面，可对各栋监控建筑的基本信息进行整理和录入，并支持手工录入历史能耗数据的功能。

Acrel-5000建筑能耗分析管理系统的数据库建立也完全依据114号文，根据建筑的使用功能和用能特点，将国家机关办公建筑和大型公共建筑分为如下8类：

1、办公建筑                   2、商场建筑
3、宾馆饭店建筑               4、文化教育建筑
5、医疗卫生建筑               6、体育建筑
7、综合建筑                   8、其它建筑

3.6.1能耗数据的实时监测

系统采集站定时采集各监控点的仪表参数并上传至本地建筑能耗分析管理系统数据库，用户可于当地实时查询能耗监测情况。



3.6.2建筑分类能耗分析

系统在完成数据处理与上传的同时，将建筑能耗进行分类分析，该部分功能符合114号文的定义，即将建筑能耗分类为如下六类：

1、耗电量
2、耗水量
3、耗气量（天然气量或者煤气量）
4、集中供热耗热量
5、集中供冷耗冷量
6、其他能源应用量（如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等）




3.6.3电量分项能耗分析

照明插座用电：为建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电。主要包括照明和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电。
空调用电：主要包括冷热站用电、空调末端用电。
动力用电：主要包括电梯用电、水泵用电、通风机用电。
特殊用电：主要包括信息中心、洗衣房、厨房餐厅、游泳池、健身房或者其他特殊用电。



建筑总能耗为建筑各分类能耗（除水耗量外）所折算的标准煤量之和。
总用电量＝∑各变压器总表直接计量值
分类能耗量＝∑各分类能耗计量表的直接计量值
分项用电量＝∑各分项用电计量表的直接计量值
单位建筑面积用电量＝总用电量/总建筑面积
单位空调面积用电量＝总用电量/总空调面积

3.6.4用能情况的同、环比分析

统计建筑或片区能耗的时用量、日用量和年用量，以曲线图、柱状图等不同方式显示，支持报表输出。




3.6.5建筑节能辅助诊断

系统可提取各能耗数据进行同、环对比分析，确立标杆值并对各监控点的能耗情况进行能耗水平判定，对能耗改善提出一套完整的诊断流程，并给出能耗分析报告。

3.7大型公建电能计量宜采用智能电力监控仪表

大型公共建筑电能计量宜采用电力仪表作为内部管理电表，不宜用收费电表。两者主要特点归纳如下（见表1）。





供电部门一般给用户实施一户一表的收费制度，即收费电表由供电部门统一安装。因此，收费电表除了要有技监局发放的计量器具许可证外，还需要当地省、市电力部门的许可才可安装使用。在大型公共建筑电能管理中，供电部门一般会在总进线处安装收费电表。

电力仪表在用户安装收费电表的基础上，考虑内部电能计量与节能管理的需要安装，用于内部电能管理。因此用户可自主选择采购，但应注意制造商是否有电力仪表（电能部分）的计量许可证。电力仪表可以完成对各回路、各楼层或各功能区的分项电能数据的采集，通过后台电能管理系统完成对大型公共建筑的电能分项计量。


4 　应用案例

上海浦东某图书馆是一个高能耗大型公共建筑，总建筑面积60885平方米,消耗的能源主要为电、水，还有少量的燃气、柴油等，柴油发电机是作为应急电源之用。该项目能耗监测系统采用三层网络结构，各楼层对用电进行分类、分项计量，各楼层及总供水管道、燃气、柴油管道都安装有测量仪表，以实现对能耗的实时采集与监控。所有的智能测量仪表均通过现场总线进行组网，在监控室对现场各回路能耗状况实现集中监控与管理。

该项目中采用研祥工业计算机作为监控主机，并附带液晶显示器、打印机等设备，山特UPS电源在整个系统发生供电问题时，可在一定时间内保证站控管理层设备的正常运行。数据采集终端采用高可靠性、带有现场总线连接的智能测量仪表。对于图书馆供配电系统，低压进线回路和重要回路安装ACR系列多功能电力仪表，普通馈线回路及照明配电箱中安装ADL系列导轨式电能表，仪表外形如图1所示。



   
ACR系列多功能电力仪表具有全面的三相交流电量测量、复费率电能计量、四象限电能计量、2～31次谐波分析、电网质量分析、遥信输入、遥控输出及网络通讯功能，主要用于对电网供电质量的综合监控及电能管理，广泛应用于低压联络柜、出线柜、动力柜等场合。而ADL系列导轨式安装电能表除能采集基本电能参量外还具有体积小巧、安装方便等优点，ADL100单相电能表结构尺寸为4模数，与微型断路器一起安装于照明配电箱中，如图2所示，ADL300三相电能表为7模数结构，主要应用于动力柜中，安装方式如图3所示，极大的方便了用电自动化管理。


            图2 ADL100应用安装示例 　　　　　　　   　图3 ADL300应用于动力柜中


该能耗监测系统通过现场设备和通信系统提供的传输通道，完成对各用电回路、供水、燃气及柴油管道的数据采集，信息经分析、处理，以报表、图形等多种形式供值班员参考，使值班员能够便捷的掌握系统的运行及能耗状况，及时发现、纠正能源浪费现象，从而进行节能管理。在需要时，还可提供快捷的远程控制手段，完成对设备运行状态的改变以及事故情况的处理。


　  

图4为图书馆能耗监测系统的主界面，可以查询各类能耗的使用状况，表2给出了图书馆能耗数据查询表，很清楚的显示出各类能源的使用情况。图5为系统给出的图书馆照明、空调及插座等用电量的饼图，很直观地显示出分项用电量的百分比。而图6是根据系统采集的所有分类能耗数据，由系统绘制出的分类能耗柱形图，可以形象的看出分类能源的使用情况。







5 　结束语

Acrel-5000能耗监测系统，不仅能监控供配电系统的运行状况，还能监测用水量、燃气等其它能源的使用状况，并能根据采集到的能耗数据绘制出各种报表、分析曲线、图形等，便于分析研究，为智能建筑的节能技术提供参考，从而达到环保、节能、安全、可靠和集中管理的目的。该系统运行安全、可靠，并附有事件记录及故障报警等功能，极大地方便了用户的使用。

参考文献：

[1]上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2010.08版.
[2]中达电通股份有限公司节能产品手册.
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