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【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(luò)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)，識別有用負荷與無效能耗，從而可通過技術(shù)或行為節(jié)能方式，實現(xiàn)建筑的節(jié)能。

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

0    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(dāng)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(shè)使得人們可以充分了解大型公共建筑的能耗使用情況，為提出節(jié)能減排政策與決策奠定基礎(chǔ)，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(yīng)安全帶來的壓力，因此建筑節(jié)能勢在必行。

本文以肥西中學(xué)為例，通過能耗在線監(jiān)測系統(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)測系統(tǒng)在大型共建中的應(yīng)用。

1   項目概述及建設(shè)目標(biāo)

肥西中學(xué)創(chuàng)辦于1957年， 2001年成為合肥市示范高中，2003年被評為安徽省示范高中。校園占地面積約8萬平方米，建筑面積3.8萬余平方米，校內(nèi)劃分為教學(xué)區(qū)、運動區(qū)、風(fēng)景區(qū)、生活區(qū)和經(jīng)濟區(qū)五大功能區(qū)域。本項目主要針對肥西中學(xué)主體教學(xué)樓設(shè)計能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)基礎(chǔ)能耗數(shù)據(jù)的智能化、自動化、可視化、可量化的采集與存儲，從而降低能源使用費用，為建立節(jié)約型社會發(fā)揮作用。

整個項目的能源計量種類包括用電計量以及用水計量，其中用電計量包括南樓教學(xué)樓1~6F以及配電間內(nèi)安裝的102臺智能電表以及北樓教學(xué)樓1~5F以及配電間內(nèi)安裝的84臺智能電表，實現(xiàn)主體教學(xué)樓的用電分項、分級計量；用水計量主要針對教學(xué)樓主要進水管以及重要用水回路。電表配標(biāo)準(zhǔn)DL/T 645-2007通訊規(guī)約，遠傳水表配RS485通訊接口，標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU通訊協(xié)議。

2  能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

整個能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計是以《機關(guān)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(dǎo)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(guān)技術(shù)導(dǎo)則為基礎(chǔ)，建設(shè)符合用戶實際需求的能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)完成了肥西中學(xué)主體教學(xué)樓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(chǔ)，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)機關(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(shè)備用電等。可細分為插座照明用電，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(wù)使用的電能，包括電梯用電、水泵用電、通風(fēng)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)。本項目中，涉及到的能耗信息主要包括耗電量耗水量等，按照分類分項計量系統(tǒng)的設(shè)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；用水計量主要通過遠傳計量水表，在每棟樓總進水管以及每層樓出水管加裝遠傳水表。

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(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)還包括對應(yīng)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(luò)包括現(xiàn)場計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，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(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠傳傳輸，整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

2.3 能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能設(shè)計

能耗綜合主界面

通過綜合能耗主界面可以反映學(xué)校當(dāng)年用能各分類能耗和折算為標(biāo)準(zhǔn)煤的綜合能耗，并計算得到單位面積能耗；界面下方顯示能耗的當(dāng)日逐時用能曲線；單擊每個分類能耗的上部區(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。

分項用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計

將電耗進行逐時、逐日、逐月、逐年統(tǒng)計。統(tǒng)計數(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，直觀反映各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢和分布情況。

用電支路趨勢分析

統(tǒng)計各區(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)能績效考核制度，推動節(jié)能降耗的執(zhí)行。為用能設(shè)備建立運行記錄檔案，長期跟蹤記錄設(shè)備運行過程中的能效分析評估結(jié)果，結(jié)合設(shè)備維護保養(yǎng)記錄，為設(shè)備的運行維護提供依據(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行同比環(huán)比分析，檢驗節(jié)能效果，根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行節(jié)能績效考核，以及節(jié)能目標(biāo)的修正。

能耗數(shù)據(jù)分時統(tǒng)計

將能源類型、負載類型、區(qū)域能耗按照時間區(qū)分，按時、天、月、年、工作日、非工作日等對用能數(shù)據(jù)進行對比分析，掌握能源具體消耗情況。可將每天用能按時段設(shè)置峰、平、谷，統(tǒng)計各時段能耗，降低閑時能耗。

電能數(shù)據(jù)實時監(jiān)測和預(yù)警

通過高精度智能儀表以技術(shù)手段實現(xiàn)自動化全實時、高密度的實時用能監(jiān)測，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計量誤差。實時監(jiān)視現(xiàn)場儀表的回傳數(shù)據(jù)，對電能進行合理的管控和預(yù)警，及時發(fā)現(xiàn)并改正運行中存在的用電異常，隨時處理。按需設(shè)置重要設(shè)備的超標(biāo)預(yù)警值，超標(biāo)時醒目提醒并主動記錄。

3、能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的意義

大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)是按照機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則進行設(shè)計的一個多層次，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)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測建筑的能耗使用情況，通過能耗數(shù)據(jù)的分類分項計算，數(shù)據(jù)的分時統(tǒng)計，公共展示平臺等，能促使大型公共建筑提高節(jié)能運行管理水平，為各企業(yè)、政府機關(guān)制定切實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)軟件對各電能計量點的用電量實施在線計量、動態(tài)監(jiān)測、集中管理、科學(xué)考核，通過末端監(jiān)控管理，綜合性地實現(xiàn)整體節(jié)能，為高能耗建筑的進一步節(jié)能改造提供依據(jù)。