安科瑞 鮑靜君

　　摘要：結合某清潔能源大樓項目,介紹了能源管理系統建設,通過集中能源管理平臺對大樓用水、用電、空調能耗等進行分項、分區、分戶的計量、監控和管理,實現用能監測、能耗統計、能耗分析、能源審計、能效公示、節能管理和數據上傳、節能控制等。

　　關鍵詞：綠色建筑；能源管理系統；集中能源管理平臺；能量計量裝置；節能

　　0 引 言

　　綠色建筑是指在全壽命期內,節約能源(節能、節地、節水、節材)、保護環境、減少污染,為人們提供健康、適用使用空間,并與自然和諧共生的建筑。

　　在建筑物的全年能耗中,照明插座、空調、電力等用電能耗是基本穩定的,其中空調能耗占據大部分,占建筑總能耗的40%～60%;其次照明能耗,照明燈能耗占建筑總能耗的8%～10%,插座能耗占建筑總能耗的15%～20%。

　　1 項目概況

　　武漢某清潔能源大樓項目總建筑面積為2.59萬多m2,主體建筑地上13層,地下2層,建筑基底面積為1935.51 m2,建筑高度為53.70m,使用功能為科研樓,屬于一類高層建筑,大樓設計達到綠色建筑2星標準。大樓設外墻外保溫系統、地源熱泵空調系統、太陽能集電系統、風力發電系統、雨水回用系統、能源管理系統等綠色建筑措施。

　　大樓外立面圖如圖1所示。

　　該大樓所在地武漢市屬亞熱帶濕潤季風氣候,四季分明,夏季炎熱且持續時間長,年平均氣溫為16.8 ℃,高溫為41.3 ℃;冬季氣溫較低,低溫為-18.1 ℃。年平均無霜期為245 d,年均降水量為1 220 mm,年均霧日數為28.3 d,年均相對濕度約為80%,全年主導風向東北,夏季主導風向東南,年平均風速2.7 m/s。

　　2 能源管理系統功能要求

　　(1) 實時監視:通過計算機采集并顯示各點位的用水、用電、用能等計量數據。

　　(2) 故障顯示:如果現場發生報警或者故障,系統可以通過多種方式(如語音、圖形閃爍、GSM短消息等)將當前狀況和故障原因通知值班人員,并且幫助維修人員快速排除故障。

　　(3) 數據庫存儲功能:系統可對各種報警、故障以及操作進行記錄,通過標準ODBC接口存儲到各種通用數據庫中,并通過系統數據庫提供各種數據報表、曲線分析、事件記錄和設備維護信息等方面的完善管理功能。

　　(4) 能耗綜合分析功能:對能耗情況進行總體的圖形分析,以曲線、餅圖、柱圖相結合的方式直觀顯示總能耗以及各類型用水、用電、用空調等能耗情況。其中,曲線圖主要描繪的是總體能耗情況;餅圖提供動力、空調、照明、特殊等分項能耗占總能耗的比例情況;柱圖對比幾個月的某分項能耗使用情況。

　　(5) 能耗比例分配功能:能耗比例分配是方案中動力、空調、照明、特殊等各用水、用電、用空調等類型能耗各占總能耗的比例分析。采用餅圖來顯示各類型能耗的百分比,并配以柱圖來直觀對比各用水、用電、用空調等類型的能耗消耗量。在點擊餅圖時,能在鼠標位置顯示該類型的能耗。

　　(6) 能耗對比功能:能耗對比分析主要是對多個不同區域、部門的一段時間內總能耗情況進行對比分析,讓用戶對各自能耗情況有比較直觀的了解。總能耗的對比采用曲線圖來進行。

　　(7) 能耗環比分析功能:主要對能耗分析,可以按年、月、日來分析能耗情況。當點擊對應柱圖時,可逐級按時間放大顯示。

　　(8) 分類能源數據分析功能:以柱圖、曲線的形式對動力、空調、照明、特殊負荷等各用水、用電、用空調等類型的能耗情況進行分析,可直觀顯示一段時間內各用電類型的能耗情況。設置冷熱源能效、輸配系統能效以及能源利用率等數據,當各能耗數據超出設定值時報警,并對各能耗水平和能耗結構進行分析,提出合理建議。

　　(9) 部門能耗趨勢分析功能:主要利用系統平臺軟件中的曲面分析工具來分析總能耗使用情況,可以自由按時間進行縮放。

　　(10) 智能報表功能:系統可生成不同部門能耗報表、不同部門的能耗消耗對比報表等,并具有年、月、周、日等多種選擇,進行能源成本核算和管理,還具備Excel導出功能,方便用戶將數據備份、打印。

　　(11) 削峰降費管理功能:從有功功率角度,展現當日實時負荷趨勢,可連接系統內部限額配置及歷史查詢幫助,展現能源使用限額、本月負荷(負荷產生的名稱、時間)、(峰、谷、平)時段需量(MD)和電量、預警/超限次數,達到減少成本的目的;從功率因數角度,展現當日實時功率因數趨勢,可連接系統內部限額配置和歷史查詢,衡量電氣設備效率高低,幫助減少電費支出。

　　(12) 重點耗能設備功能:全方面了解設備運行及耗能情況,方便用戶進行設備的維修保養,同時建立設備解決方案庫,幫用戶節約查找解決方案的時間。

　　(13) 能耗指標定額管理功能:建立定額管理制度,管理者可根據建筑用能情況,對大樓進行用能計劃,并可逐級分攤至戶級用戶,并可對用能考核情況進行相應的獎懲制度,并配合公眾服務平臺把考核情況進行公布,加強使用者節能意識。

　　(14) 信息發布功能:系統提供基于B/S的數據訪問功能,用戶可直接通過IE瀏覽器查看能源管理系統的分析結果。

　　(15) 節能控制功能:通過手動直接控制、定時控制、按需控制,并配合大樓相關數據的分析聯合,實現大樓的節能控制管理。系統具有手動直接控制、定時自動控制、按需自動控制等控制模式?？筛鶕褂们闆r,遠程控制開啟和關閉低壓用電設備,節省線路上的電損;在設備非用電時或有漏電時,關閉不需要通電的低壓用電設備。

　　(16) 報警和預報警功能:系統可根據正常運行狀態,設置超限報警功能,各回路、用電點的電能參數出現超過設定值時或其他工藝設備超限運行時間時,系統能夠發出聲音報警,并自動記錄時間、站號、回路名稱。

　　(17) 運營平臺功能:針對節能平臺的運行及有效利用,相應建筑基本信息、能耗數據、相關數據的配置等由運營平臺管理人員進行管理。

　　3 能量計量裝置

　　(1) 對單相用電負荷,如220 V供電的小房間照明箱、新風機、風機盤管、交流充電樁等,在層照明配電箱、層空調配電箱、充電樁配電箱內設置單相導軌式儀表,其具有電流測量、電壓測量、功率測量(含有功功率、無功功率、視在功率、功率因數)、電能測量(含有功電能、無功電能)、頻率測量等功能,電流誤差精度0.2級,電壓誤差精度0.2級,功率、電能測量精度1.0級。

　　(2) 對三相小的(回路開關電流≤100 A)用電負荷,如380 V供電的房間照明箱、公共照明、實驗動力、電梯、空調多聯機室外機、直流充電樁、能量輸配系統的風機水泵等,在層照明配電箱、層公共照明配電箱、層動力配電箱、層空調配電箱、充電樁配電箱、地源熱泵機房配電箱、電梯配電箱等箱內設置三相導軌式儀表,其具有電流測量(含三相電流)、電壓測量(含各線電壓、各相電壓)、功率測量(含有功功率、無功功率、視在功率、功率因數)、電能測量(含有功電能、無功電能)、頻率測量等功能,電流誤差精度0.2級,電壓誤差精度0.2級,功率、電能測量精度0.5級。

　　(3) 對三相用電負荷,如照明插座、電梯、水泵、實驗電力、特殊用電、空調冷熱源、能量輸配系統等用電能耗,在層照明配電箱、層動力配電箱、層空調配電箱、充電樁配電箱、地源熱泵機房配電箱、變配電房低壓柜/高壓柜等內設置三相智能型儀表,其具有電流測量(含三相電流、中性極電流、三相電流的不平衡度)、電壓測量(含各線電壓、線電壓的不平衡度、各相電壓、相電壓的不平衡度)、功率測量(含有功功率、無功功率、功率因數)、電能測量(含有功電能、無功電能)、頻率測量等功能,電流誤差精度0.2級,電壓誤差精度0.2級,功率、電能測量精度0.5級。

　　(4) 用水計量。大樓用水包括空調系統用水、室內消防用水、辦公生活用水、商業用水等,由給水排水專業按照使用用途、管理單元、付費單元來分區、分項、分戶設置用水計量裝置。通過設置總表和分表,能方便找到水損點、滴水水,降低漏損率。網絡水表由給水排水專業選型,要求是液晶顯示型(顯示用水量、閥門狀態、設置報警水量等),防水型帶RS-485接口遠程通信功能(采用四線制傳輸,一組二芯線為電源線、另一組二芯線為通信總線),滿足通信規約CJ/T 188《戶用計量儀表數據傳輸技術條件》和DL/T 645《多功能電能表通訊規約》的要求。水表準確度等級為1級(水表計量滿足GB/T 778.1—2007《封閉滿管道中水流量的測量 飲用冷水水表和熱水水表》和JJG 162—2009《水表計量檢定規程》)。

　　(5) 空調用能計量。該項目空調冷熱源設計為:1F～3F采用地源熱泵中央空調系統,末端采用風機盤管加新風,地源熱泵主機房設置在-2F;4F～13F采用變頻多聯機中央空調系統,末端采用四出風嵌入式多聯室內機加新風系統,室外機放置于屋頂平臺。其中,變頻多聯機中央空調系統采用電能計量的智能儀表;地源熱泵中央空調系統在地源熱泵主機房設置冷量、熱量計量裝置和地下溫度監測裝置。由暖通空調專業按照使用用途、管理單元、付費單元,分區、分戶設置能量(冷量和熱量)計量裝置。在空調總供、回水管上安裝一套能量表,對整個空調系統冷量計量;在1F的供、回水支干管上安裝一套能量表,計量1F空調用量;在2F的供、回水支干管上安裝一套能量表,計量2F空調用量;在3F的供、回水支干管上安裝一套能量表,計量3F空調用量。通過設置總表和分表,能方便找到能量損耗點。網絡能量表由暖通空調專業選型。空調計費原理:系統通過采集每用能量表的流量和進出水的溫差,計算出用戶消耗的能量值,并可以通過數據接口讀取使用能量數值,通過數據采集器傳送到上位計算機中,在上位計算機的計費軟件中系統對熱交換系統中載能介質(液體水)的出口溫度T1、入口溫度T2及瞬時流量q進行實時測量,并按照熱力學能量計算公式,對系統消耗的冷量或熱量值進行計算。當T1>T2時對冷量進行計算,而當T1<T2時對熱量進行計算,并將冷量和熱量保存。網絡能量表要求是液晶顯示型(顯示冷水制冷溫度、流量、冷量測量,熱水供熱溫度、流量、熱量測量,換熱器溫度、流量、熱量測量,冷凍機出水溫度、流量、冷量測量,以及溫差、流速、報警、工作時間等),防護等級IP68,帶RS-485接口遠程通信功能(采用四線制傳輸,一組二芯線為電源線,另一組二芯線為通信總線),滿足通信規約標準CJ/T 188《戶用計量儀表數據傳輸技術條件》和CJ 128—2007《熱能表》、JJG 225—2001《熱能表國家計量檢定規程》的要求,能量表測量精度:線性度優于0.5%,重復性精度優于0.2%,流量優于±1%,熱量優于±2%非接觸式測量。

　　4 能源管理系統建設

　　(1) 系統組成:集中能源管理平臺、能量計量裝置、通信轉接器、通信適配器、信號中繼器等。

　　(2) 系統建設采用標準的ModBus-RTU協議,所有能量計量裝置通過一根RVSP-4×1.5屏蔽雙絞線進行RS-485接口連接,一條線路可以同時連接32臺通信型能量計量裝置,通信距離為1200 m(當距離過長時,通過加裝中繼器延長通信距離)。前端儀表數據經信號中繼器(網絡供電、信號中繼作用)至區域管理器,再經信號轉換器至計量主機,進行綜合數據處理和分析。

　　(3) 系統設置通信轉接器6-I/O,可以提高用戶現場接線效率和可靠性,有6個RS-485通信接口,可擴展5個通信設備;配有通信線接地端子,可直接安裝在標準35mm導軌上;多個通信轉接器間可互聯進行擴展。通信轉接器6-I/O、信號中繼器安裝于樓層強電井內配電箱柜旁,安裝高度為1.4 m。智能開關安裝在配電箱柜內,通信適配器安裝于計量主機旁。

　　(4) 系統設置通信適配器,可以與采用標準的ModBus-RTU協議接口的通信型智能產品連接,實現不同協議的轉換,使通信型智能產品能在DeviceNet、Profibus-DP、CAN現場總線上或以太網TCP/IP網絡上實現遙信功能。

　　能源管理系統如圖2所示。

　　能源管理監控配電箱計量如圖3所示。

　　能源管理監控用水計量如圖4所示。

5 安科瑞能耗監控系統介紹

　　Acrel-5000能耗在線監測系統是用戶端能源管理分析系統，在電能管理系統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節約能源，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關規定實施能源審計，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，并向縣級以上人民政府管理節能工作的部門報送能源審計報告。

　　5.1平臺結構

　　Acrel-5000能耗在線監測系統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，根據現場實際情況采用現場總線、光纖環網或無線通訊中的一種或多種結合的組網方式，為大型公共建筑的實時數據采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測設備構成任意復雜的監控系統。開放性、網絡化、單元化、組態化的采用面向對象的分層、分級、分布式智能一體化結構。建立如下層次結構：

5.2 平臺功能

　?。?）系統可按使用年份統計建筑物各分類能耗——電、水、氣、集中供熱、集中供冷以及其它能源消耗量，自動折算成相應的標準煤消耗量，從而反映建筑物當年各分類能耗用能和綜合能耗。系統以餅圖形式展示建筑4大用電分項能耗的占比情況。系統以曲線圖形展現各類能耗的消耗的消耗趨勢，便于業主方實時直觀掌握能源消耗情況。

　　（2）系統可以根據分類能耗的支路名稱查詢用能情況，顯示當日和當月的用能峰值。顯示當日用能、當月用能、當年用能與昨日同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比較情況。以條形顯示過去48小時、31天、12個月、3年的能耗情況。右上角顯示過去15分鐘曲線（電表顯示功率曲線，流量表顯示流速曲線）。

　?。?）系統依據建筑物能源消耗的分布情況進行能耗計量點的選取和設置，使得能耗監測系統可以覆蓋整個建筑物。系統使用者可通過相關界面調取該建筑物各能耗節點的能耗統計報表，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計量誤差。

　?。?）系統依據住建部分類分項能耗數據采集導則，將建筑物耗電分為照明插座、空調、動力和特殊用電進行計量裝置選型和設置，并按用能區域或功能區域等劃分并進行統計，以報表和同、環比棒圖形式展現該區域的能源消耗。

　?。?）系統可針對能源消耗量大的設備或區域進行準確定位，便于管理層制定節能績效考核制度，推動節能降耗的有效執行。為用能重點設備建立運行記錄檔案，長期跟蹤記錄設備運行過程中的能效分析評估結果，結合設備維護保養記錄，為設備的運行維護提供依據。

　?。?）系統提供分級權限管理功能，對具備權限用戶提供開放的信息維護接口，用戶可自行對建筑和系統監測范圍內計量點的信息進行增、刪、改和查詢，建筑物信息包括建筑類型、建設年代、建筑面積、建筑物人員數量等。系統還對無法自動采集的計量信息提供手動錄入功能，便于使用者掌握建筑物總體能耗情況。

　　5.3 數據上傳

　　安科瑞能耗在線監測系統按照重點用能單位能耗在線監測系統技術規范定義的系統平臺接口協議規范的要求，將用能企業的基礎信息、計量器具信息、用能數據及能效數據上傳至省級或國家平臺，上傳數據經過HTTPS協議加密傳輸。如果數據傳輸失敗或超時（網絡故障），將重發數據，直至接收成功反饋消息。

　　5.4 能源計量表具選型

　　應用場景型號主要功能

　　高壓重要回路

　　或低壓進線柜APM810三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示

　　低壓聯絡柜、

　　出線柜AEM96三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級

　　動力柜ACR120ELLCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量；RS485/Modbus；可選復費率電能統計、需量統計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協議

　　DTSD1352三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統計，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規格：經互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級

　　照明箱DTSD1352三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統計，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規格：經互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級

　　DDSD1352單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量；紅外及RS485通訊；電流規格：10（60）A，有功電能精度1級，無功精度2級；可選配復費率

　　DDS1352單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量；RS485通訊；電流規格：10（60）A，有功電能精度1級，無功精度2級；尺寸：1P

　　給水管道水表計量流經給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術，通過RS485總線直接輸出表盤數據

　　5.5通訊網關參數

　　規格型號網口串口（485）建議采集點數常用采集測通訊協議常用轉發測通訊規約

　　ANet-1E2S1122000Modbus

　　CJ/T188(連利、埃美柯、巨靈)

　　DL/T645-1997

　　DL/T645-2007

　　IEC103(國電南自)Modbus RTU

　　Modbus Tcp

　　IEC104

　　上海公共建筑能耗規約

　　河池市公共建筑能耗規約

　　安科瑞預付費云平臺規約

　　安科瑞電力運維規約

　　透傳模式

　　ANet-1E2S1-4G122000

　　ANet-2E4S1145000

　　ANet-2E8S12810000

　　6 結 語

　　建設能源管理系統能給綠色建筑提供建筑能源消耗的分項分級精細化管理,通過對能耗使用的對比分析,降低水損、線損、管損、銅損等不正常的損耗,加強運營管理,提高使用者主動節能意識,使綠色建筑的用能指標下降,達到節能的目的。