基于Acrel-5000的大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用
北京市建委和市發(fā)改委2008年01月公布了去年北京實(shí)施能源審計(jì)的部分北京市國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑平均電耗、水耗。其中進(jìn)行審計(jì)的20個(gè)單位的國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑,每平方米建筑面積年平均耗電量為85.4度(年平均85.4kWh/m2) ,人均年耗電量為3072.5度(年平均3072.5kWh/人)。國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑年耗電量約占全國(guó)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(dá)國(guó)家同類(lèi)建筑的1.5~2倍。
一方面,我國(guó)大型公共建筑能耗巨大,另一方面,我們也缺乏直接數(shù)據(jù)為決策的指定提供基礎(chǔ)和參考。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建科[2008]114號(hào)文(
1? ? ? 能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成
能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指通過(guò)對(duì)國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑安裝分類(lèi)和分項(xiàng)能耗計(jì)量裝置,采用遠(yuǎn)程傳輸?shù)仁侄渭皶r(shí)采集能耗數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)建筑能耗的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)分析功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的統(tǒng)稱(chēng)[1]。其中,分類(lèi)能耗是指根據(jù)國(guó)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(lèi)劃分進(jìn)行采集和整理的能耗數(shù)據(jù),如:電、燃?xì)狻⑺?。分?xiàng)能耗是指根據(jù)各類(lèi)能源的主要用途劃分進(jìn)行采集和整理的能耗數(shù)據(jù),例如,電量分項(xiàng)能耗應(yīng)當(dāng)包括:照明插座用電、空調(diào)用電、動(dòng)力用電、特殊用電。
1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
? ? 能耗數(shù)據(jù)采集方式包括人工采集方式和自動(dòng)采集方式。通過(guò)人工采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑基本情況數(shù)據(jù)采集指標(biāo)和其它不能通過(guò)自動(dòng)方式采集的能耗數(shù)據(jù),如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤氣等能耗量。通過(guò)自動(dòng)采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)和分類(lèi)能耗數(shù)據(jù),由自動(dòng)計(jì)量裝置實(shí)時(shí)采集,通過(guò)自動(dòng)傳輸方式實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)中心。
1.2 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)
建筑物能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)計(jì)量裝置所采集的能耗數(shù)據(jù),通過(guò)RS485接口,并采用TCP/IP通信協(xié)議自動(dòng)并實(shí)時(shí)上傳給數(shù)據(jù)中心,以保證數(shù)據(jù)得到有效的管理和支持高效率的查詢(xún)服務(wù),同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸采取一定的編碼規(guī)則,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)及交換的一致性。
1.3 數(shù)據(jù)中心
數(shù)據(jù)中心也就是數(shù)據(jù)庫(kù),接收并存儲(chǔ)其管理區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)建筑的能耗數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行處理、分析、展示和發(fā)布。數(shù)據(jù)中心具備設(shè)置數(shù)據(jù)更新的時(shí)間間隔,訪(fǎng)問(wèn)歷史數(shù)據(jù),報(bào)警,打印報(bào)表,實(shí)時(shí)與歷史曲線(xiàn),圖表的繪制,并預(yù)留相應(yīng)擴(kuò)展功能。
1.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單元為基本工具,為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái),它可以和檢測(cè)、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如圖1所示:站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。
圖1?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
1)站控管理層
站控管理層針對(duì)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理人員,是人機(jī)交互的直接窗口,也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備,如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面,對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理,并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。
監(jiān)控主機(jī):用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口,進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。
打印機(jī):系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形、報(bào)表等。
模擬屏:系統(tǒng)通過(guò)通訊方式與智能模擬屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,形象顯示整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。
UPS:保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常供電,在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問(wèn)題時(shí),保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。
? 2)網(wǎng)絡(luò)通訊層
通訊層主要是由通訊管理機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備及總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁,負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類(lèi)和傳送等工作的同時(shí),轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。
? ?通訊管理機(jī):是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和智能通訊管理中心。它具備了數(shù)據(jù)采集與處理、通訊控制器、前置機(jī)等功能。
以太網(wǎng)設(shè)備:包括工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)。
通訊介質(zhì):系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線(xiàn)、光纖以及無(wú)線(xiàn)通訊等。
3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端,主要由智能儀表組成,采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端,向數(shù)據(jù)中心上傳存儲(chǔ)的建筑能耗數(shù)據(jù)。測(cè)量?jī)x表?yè)?dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù),其監(jiān)測(cè)的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)中心。
2? ? ? ? 軟件實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)功能
上位機(jī)軟件為Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組態(tài)軟件,該軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)的專(zhuān)用軟件,最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)集成,它提供了良好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法,只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”,便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)功能。Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面,可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各參量及開(kāi)關(guān)量狀態(tài),并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)。系統(tǒng)還提供了實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)分析,符合用戶(hù)設(shè)計(jì)需要的報(bào)表、事件記錄和故障報(bào)警等功能。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有回路能耗的采集和統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表、能耗監(jiān)測(cè)功能。
(1)? ? 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè):通訊異常報(bào)警提示。
(2)? ? 用戶(hù)管理:不同用戶(hù)權(quán)限具備不同操作功能,各級(jí)權(quán)限的口令修改操作功能,具有權(quán)限防誤功能。
(3)? ? 能耗報(bào)表、棒圖:實(shí)現(xiàn)了所有能耗報(bào)表的按時(shí)間查詢(xún),分為日、月、年報(bào)表等,任意分類(lèi)、分項(xiàng)實(shí)時(shí)能耗棒圖顯示。
(4)? ? 打印及導(dǎo)出:所有報(bào)表及界面可打印,或以EXCEL、WORD格式進(jìn)行導(dǎo)出。
3 應(yīng)用案例
該項(xiàng)目中采用研祥工業(yè)計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控主機(jī),并附帶液晶顯示器、打印機(jī)等設(shè)備,山特UPS電源在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問(wèn)題時(shí),可在一定時(shí)間內(nèi)保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)采集終端采用高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接的智能測(cè)量?jī)x表。對(duì)于圖書(shū)館供配電系統(tǒng),低壓進(jìn)線(xiàn)回路和重要回路安裝ACR系列多功能電力儀表,普通饋線(xiàn)回路及照明配電箱中安裝ADL系列導(dǎo)軌式電能表,儀表外形如圖2所示[2][3]。
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ACR系列 ? ? ? ?ADL系列:?jiǎn)蜗?、三?
圖 2 智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表
圖4 ?ADL300應(yīng)用于動(dòng)力柜中
表1 圖書(shū)館能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢(xún)表
圖7圖書(shū)館分類(lèi)能耗對(duì)比圖
5結(jié)束語(yǔ)
隨著能源的日益緊張,節(jié)能降耗成為大型公共建筑智能化建設(shè)的必然選擇,本文介紹的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng),不僅能監(jiān)控供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,還能監(jiān)測(cè)用水量、燃?xì)獾绕渌茉吹氖褂脿顩r,并能根據(jù)采集到的能耗數(shù)據(jù)繪制出各種報(bào)表、分析曲線(xiàn)、圖形等,便于分析研究,為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠,并附有事件記錄及故障報(bào)警等功能,極大地方便了用戶(hù)的使用。隨著社會(huì)的發(fā)展,能源的日益緊張,實(shí)現(xiàn)對(duì)分類(lèi)能耗、分項(xiàng)能耗的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與管理成為智能建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)。
- 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(80661)
- 公共建筑(6344)
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