【節(jié)能學(xué)院】西安高新第二十一小學(xué)能耗監(jiān)測(cè)及電力監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

摘要

大型公共建筑總面積不足城鎮(zhèn)建筑總面積的4%，但總能耗卻占全國城鎮(zhèn)總耗電量的22%，大型公共建筑單位面積年耗電量達(dá)到70～300KWh，為普通居民住宅的10～20倍。公共建筑是節(jié)能大戶，做好公共建筑節(jié)能工作，帶動(dòng)全社會(huì)節(jié)能工作，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，落實(shí)“轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)”重大戰(zhàn)略具有重要意義。本文介紹西安高新第二十一小學(xué)能耗監(jiān)測(cè)及電力監(jiān)控系統(tǒng)，采集現(xiàn)場(chǎng)配電室的高壓綜保以及低壓電力儀表，儀表就地組網(wǎng)后通過現(xiàn)場(chǎng)總線通訊并遠(yuǎn)傳至后臺(tái)，通過Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配電運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)，保證配電的可靠性；通過Acrel-5000型建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)學(xué)校用電的監(jiān)測(cè)分析。

關(guān)鍵詞：學(xué)校建筑；能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；ACREL-5000; 電力監(jiān)控系統(tǒng)；ACREL-2000

1 引言

目前，我國已經(jīng)是世界上的第二大能源生產(chǎn)國和消費(fèi)國，統(tǒng)計(jì)顯示，我國建筑能耗約占全國總能耗的28%，在我國每年新建的20億平方米建筑中，其中99%是高能耗建筑；而既有的建筑中，僅有4%采取了節(jié)能措施。大型公共建筑不但能耗密度高，而且能源浪費(fèi)非常嚴(yán)重，具有巨大的節(jié)能空間，建筑節(jié)能的推廣已經(jīng)勢(shì)在必行，節(jié)能降耗，計(jì)量先行。

大力開展綠色建筑行動(dòng)，以綠色、循環(huán)、低碳理念指導(dǎo)城鄉(xiāng)建設(shè)，有利于提高資源能源使用效率，解決資源能源供需緊張矛盾；有利于降低社會(huì)總能耗，減少污染物排放，確保完成節(jié)能減排任務(wù);有利于建筑產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)，培育節(jié)能環(huán)保、新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè);有利于提高建筑健康性，提高群眾生產(chǎn)生活條件。各級(jí)、各部門要把開展綠色建筑行動(dòng)作為大力推進(jìn)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，進(jìn)一步增強(qiáng)責(zé)任感和緊迫感，統(tǒng)籌規(guī)劃，狠抓落實(shí)，推動(dòng)城鄉(xiāng)建設(shè)走上綠色、循環(huán)、低碳的科學(xué)發(fā)展軌道，使經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)

GB-T 15587-2008 《工業(yè)企業(yè)能源管理導(dǎo)則》

《評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則GB》

《企業(yè)節(jié)能規(guī)劃編制通則》

《企業(yè)能源審計(jì)技術(shù)通則-GB》

GBT23331-2009 《能源管理體系要求》

GB-50052-2009 《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》

能耗計(jì)量裝置國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

DL/T 645-1997 多功能電能表通信規(guī)約

DL/T 645-2007 多功能電能表通信規(guī)約

CJ/T 188-2004 戶用計(jì)量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件

GB/T 19582-2008 基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范

3 項(xiàng)目概況

西安高新第二十一小學(xué)位于西安市長安區(qū)楓丹白露苑西面，現(xiàn)場(chǎng)共1間配電室，10KV微機(jī)保護(hù)6臺(tái)，低壓電表114塊，水表1塊，熱量表1塊。

本項(xiàng)目要解決基礎(chǔ)能耗數(shù)據(jù)的智能化、自動(dòng)化、可視化、可量化的收集與存儲(chǔ)；建立能源管理平臺(tái)、實(shí)現(xiàn)能源的集中化管理；深入分析能源消耗過程與趨勢(shì)；建立能耗監(jiān)測(cè)與公示平臺(tái)。通過對(duì)此項(xiàng)目的用電統(tǒng)一綜合管理，可以對(duì)各區(qū)域設(shè)備能源使用情況進(jìn)行查詢分析，幫助管理人員發(fā)現(xiàn)潛在的節(jié)能機(jī)會(huì)，提高能源利用效率，科學(xué)地管理能源使用，從而降低能源使用費(fèi)用，為建立節(jié)約型社會(huì)發(fā)揮作用。

同時(shí)為保證生產(chǎn)管理用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)及對(duì)危險(xiǎn)源實(shí)時(shí)監(jiān)控。還需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的10KV高壓配電柜及0.4KV低壓配電柜進(jìn)行電壓、電流、功率以及各開關(guān)量信號(hào)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。一旦監(jiān)控點(diǎn)被監(jiān)視參數(shù)異常，能夠及時(shí)檢測(cè)報(bào)警，有關(guān)人員采取必要的措施，避免安全事故的發(fā)生。自動(dòng)抄表功能節(jié)省了人力物力，電流趨勢(shì)曲線功能能夠直觀的顯示各回路的工作狀態(tài)與時(shí)間。

4 系統(tǒng)架構(gòu)

安科瑞Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)以工作站主機(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)采集及遠(yuǎn)程管理提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和其他樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)構(gòu)成復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該能耗系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示：

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5 系統(tǒng)軟件模塊

綜合能耗主界面

反映建筑物當(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；

通過表計(jì)計(jì)量的主要為電能消耗，界面下方顯示電能的當(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，建筑物圖片可根據(jù)項(xiàng)目要求替換；

分類能耗主界面

反映某分類能耗（例如電）當(dāng)日及昨日同期、當(dāng)月及上月同期、當(dāng)年及上年同期的用能及對(duì)比，增長百分比及增加值；

反映某分類能耗過去48小時(shí)、過去31天、過去12個(gè)月、過去3年的用能趨勢(shì)；

反映某分項(xiàng)能耗的當(dāng)月用能餅圖；

反映某分類能耗當(dāng)年各月用能同比分析圖；

分類能耗支路用能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

可靈活選擇支路，并統(tǒng)計(jì)某段時(shí)間內(nèi)支路用能的日、月、周、季、年用能；

通過透視表功能強(qiáng)大，用戶可進(jìn)行多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組合排序；

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可通過柱狀圖、點(diǎn)線圖、堆積圖、餅圖等多種圖表展示；

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可導(dǎo)出至Excel；

分類能耗支路非工作日用能

統(tǒng)計(jì)對(duì)各支路工作日和非工作日用能，非工作日可通過系統(tǒng)靈活設(shè)置

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可導(dǎo)出至Excel；

分類能耗支路同比分析

統(tǒng)計(jì)各支路當(dāng)年每月用能及去年同期用能；

分類能耗支路用能集抄

查詢各支路任意兩個(gè)時(shí)間的表計(jì)讀數(shù)，并計(jì)算出差值；

時(shí)間精度到分鐘；

分類能耗支路分時(shí)段用能趨勢(shì)分析

可查詢?nèi)我恢纺扯螘r(shí)間內(nèi)的用能參數(shù)（例如電壓、電流、功率、功率因數(shù)等），具體可查詢的參數(shù)與安裝的儀表和系統(tǒng)配置有關(guān)，查詢時(shí)不可跨月；

數(shù)據(jù)以圖表或表格的形式顯示，圖表可通過鼠標(biāo)操作放大、縮小、移動(dòng)；可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序；

數(shù)據(jù)可導(dǎo)出至Excel;

配置選項(xiàng)

依照相關(guān)技術(shù)規(guī)范配置建筑物的基本信息，例如：建筑功能、建筑面積、空調(diào)面積、建筑地址等，其中建筑面積等信息將用能單位面積能耗分析；

配置項(xiàng)目中使用的儀表的類型、型號(hào)、生產(chǎn)廠家等基本信息，并添加該型儀表所能提供的監(jiān)測(cè)參數(shù)信息，此處配置情況影響能耗統(tǒng)計(jì)、分時(shí)段用能統(tǒng)計(jì)、參數(shù)查詢功能；

配置項(xiàng)目中使用到的所有計(jì)量儀表，保存計(jì)量儀表的地址、變比、對(duì)應(yīng)的采集器、代碼、監(jiān)測(cè)回路的名稱等信息；

配置分項(xiàng)能耗統(tǒng)計(jì)時(shí)涉及到的計(jì)量表計(jì)、所占比例、運(yùn)算方式等信息，可根據(jù)項(xiàng)目情況靈活配置，此處配置信息將影響各分類能耗分項(xiàng)用能分析小模塊中的功能；

配置各部門用能對(duì)應(yīng)的計(jì)量儀表、運(yùn)算方式、所占比例以及部門用能計(jì)劃，完成此項(xiàng)配置后將啟用部門能耗分析功能模塊；

配置建筑物中某用能區(qū)域?qū)?yīng)的計(jì)量儀表、運(yùn)算方式、所占比例，完成此項(xiàng)配置后將啟用區(qū)域能耗分析功能模塊

配電系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控

在系統(tǒng)圖中可以直觀的看到每路10KV配電柜及低壓進(jìn)出線回路的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率等。

通訊狀態(tài)

系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，同時(shí)監(jiān)測(cè)間隔層設(shè)備的通信狀態(tài)。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊異常。如下圖所示：

事件告警記錄

事件告警記錄功能，主要完成對(duì)查詢時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)的報(bào)警信息事件記錄以及發(fā)生時(shí)間，為值班人員提供依據(jù)并且分析事故發(fā)生的原因。

電參量報(bào)表

參數(shù)抄表功能，主要對(duì)10KV配電柜及低壓配電各回路的電參數(shù)進(jìn)行查詢。支持任意時(shí)刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。該報(bào)表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，方便用戶修改回路名稱。

6 前景展望

根據(jù)西安高新第二十一小學(xué)項(xiàng)目能耗運(yùn)行效果分析，建立典型能耗分析模型，統(tǒng)一分析。

建立建筑能耗計(jì)量體系，把脈建筑能耗，發(fā)現(xiàn)能耗黑幕，節(jié)能改造更有針對(duì)性，同時(shí)通過計(jì)量收費(fèi)、績效考核等管理措施鞏固節(jié)能改造成果。

選擇節(jié)能設(shè)備。

再好的節(jié)能設(shè)備，管不住浪費(fèi)也無法發(fā)揮節(jié)能效果，通過增加自動(dòng)化節(jié)能設(shè)備，制定設(shè)備運(yùn)行策略，減少人為干預(yù)，集中管控，使節(jié)能設(shè)備正在實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

通過能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的同環(huán)比分析數(shù)據(jù)量化節(jié)能改造成果，展現(xiàn)節(jié)能效果。

7 結(jié)束語

大型公共建筑總面積不足城鎮(zhèn)建筑總面積的4%，但總能耗卻占全國城鎮(zhèn)總耗電量的22%，大型公共建筑單位面積年耗電量達(dá)到70～300KWh，為普通居民住宅的10～20倍。公共建筑是節(jié)能大戶，做好西安高新第二十一小學(xué)項(xiàng)目的節(jié)能工作，對(duì)帶動(dòng)節(jié)能工作，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)具有重要意義；同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實(shí)時(shí)顯示中心配電室內(nèi)各10KV配電柜回路以及0.4KV低壓配電進(jìn)出線回路的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)分合閘、負(fù)載越限具有彈出報(bào)警對(duì)話框、報(bào)警聲音提示，該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，保證了大型公共建筑的用電可靠度。