国家机关办公建筑中的能耗分析管理系统.doc

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国家机关办公建筑中的能耗分析管理系统
蔡舒韬
安科瑞电气股份有限公司，上海嘉定 201801

【摘要】：本文主要介绍了广东某司法局节约型建筑节能监管平台的建设，着重阐述了Acrel-5000建筑能耗分析管理系统软件，及其实现分散式采集和集中控制管理的智能化节能监控体系。
【关键词】：机关大楼；智能电测表；建筑能耗分析

【正文】：
1 前言
我国目前是世界上第二位能源生产国和消费国。能源供应的持续增长，为经济社会发展提供了重要的支撑；同时，能源消费的快速增长，为世界能源市场创造了广阔的发展空间。中国已经成为世界能源市场不可或缺的重要组成部分，中国的发展对维护全球能源安全，正发挥着越来越重要的积极作用。
在我国，建筑能耗约占总能耗的27%以上，而且还在以每年1个百分点的速度增加。据住房和城乡建设部统计数字显示，我国每年城乡建设新建房屋建筑面积近20亿平方米，其中80%以上为高能耗建筑；既有建筑近400亿平方米，95%以上是高能耗建筑。建筑能耗占全国总能耗的比例逐年快速上升，为应对上述情况，我国新建建筑已经基本实现按节能标准设计，这个比例已高达95.7%，但是，施工阶段执行节能设计标准的比例仅为53.8%。
据统计，我国国家机关办公建筑和大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%，但年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%，每平方米年耗电量是普通居民住宅的10～20倍，是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5～2倍。
由此看来，节能减排是我国当前及将来发展中所必须面临并亟待解决的重大问题。实际上，十一五规划已经为减少能源浪费和降低废气排放制定了具体的目标，国务院印发的发展改革委会同有关部门制定的《节能减排综合性工作方案》，明确了中国实现节能减排的目标任务和总体要求。
为了我国长远可持续的发展，为了我国能源的安全，也为了把我国建设成一个和谐、现代化的文明社会，节能减排是必须完成的既定目标。为达到上述目标，作为占总能耗1/4还多的建筑物，迫切需要建立一套完整的能耗监测系统，特别必须建立一套国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统，这是节能减排的必要措施。

2 系统设计依据及技术规范
建筑能耗监测系统是在住房和城乡建设部制定的《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统》技术规范的出台后完成设计和开发的。因此，设计依据充分、技术标准正确，并且为节能减排提供了预留接口。 
本系统设计依据的技术规范包括：
1、住房和城乡建设部技术要求 
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》 
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》 
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术导则》 
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统数据中心建设与维护技术导则》 
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设、验收与运行管理规范》 
《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书》 
2、国家及行业相关标准 
GB50052-2009    供配电系统设计规范
DL/T 698 电能信息采集与管理系统
MODBUS_RTU    多功能电表通信规约 
CJ/T 188-2004   户用计量仪表数据传输技术条件 
GB/T 19582-2008  基于Modbus协议的工业自动化网络规范 
GB 9254-1998   信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法 
GB/T 17168-1998  信息技术设备抗扰度限值和测量方法 
GB/T 17626-1998  电磁兼容试验和测量技术

3 建筑能耗分析管理系统应用实例
广东某市级司法中心，总占地面积85亩，总建筑面积9.2万平方米，工程建设投资4亿元，建成后的机关大楼，供区法院、检察院、公安局、政法委在内的政法系统单位办公使用。

该项目有1#（公安局）、2#（法院、检察院）两个变配电室，室内的配电柜中安装了安科瑞332块PZ系列可编程智能电测表。为了能够实现电力参数实时遥测、电能计量、电能报表等功能，系统采用了Acrel-5000能耗监测管理系统，做到集中管理、集中控制，解决了值班人员现场抄表的烦琐，及以往定期手工抄表带来的低效率和数据可靠性不高的问题。并且预留了扩展接口，可方便进行水、气以及其他能源消耗监测的扩展接入，具有投资少、简明实用、便于智能管理等优点。
3.1 系统结构
司法中心的值班室位于1#公安局负一层变配电室旁，配置一台工业网络交换机；2#变配电室现场采用13根总线，使用一台16口的串口服务器，通过光纤连接至1#值班室内的交换机上；1#变配电室现场采用13根总线，使用一台16口的串口服务器，连接至值班室内的交换机；再通过大楼的局域网把数据传输到后台系统。
Acrel-5000能耗监测管理系统拓扑结构如图1。

图1 系统拓扑结构图
Acrel-5000能耗监测管理系统采用了分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统分为三层，即现场层、中间层、主控层。
现场层主要任务是将现场的各种配电系统的运行参数进行采集和测量，并将采集和测量的各种数据传输给监控系统。项目中主要使用了安科瑞PZ系列可编程智能电测表共计300余台，实现了现场300余点位的监控及管理。以上设备均相互独立完成各自的功能，不依赖主控计算机运行，具备RS-485 通信接口，通过现场的RS-485总线将检测到的各项电参数和状态信号实时传输到中间层的数据处理单元—通讯服务器。
中间层位于现场层与主控层之间，采用高性能、嵌入式通讯服务器。通讯服务器负责把现场层仪表采集的数据经过网络通信联接、数据交换上传到主控层，是主控层与现场层的桥梁。
主控层位于1#公安局变配电室旁的值班室，配置高性能、高可靠性工业级计算机、UPS不间断电源、打印机等。Acrel-5000能耗监测管理系统安装在主控计算机上，通过软件的人机界面和各种控制功能实现对整个大楼电力系统的能耗监控及分析管理。
3.2 设备参数列表
名称
型号、规格
单位
数量
备注
现场设备层
电力仪表等

只
332

站控管理层
工作站主机
EVOC IPC-810B
台
1
研祥
显示器
22W"液晶显示器
台
1
AOC
UPS电源
C1K
台
1
SANTAK
打印机
HP 1007 A4幅面
台
1
惠普
系统软件
正版微软WINDOWS XP/SP3
套
2
微软
通讯机柜
8U壁挂式
面
12
本地采购
操作台
钢木结构含一椅
套
1
上海祥明
能耗分析软件
系统组态软件Acrel-5000
套
1
安科瑞
能耗分析软件
数据存储软件Acrel-dbSQL
套
1
安科瑞
能耗分析软件
电能管理软件Acrel-EnerSys
套
1
安科瑞
能耗分析软件
设备驱动软件Acrel-Driver
套
1
安科瑞
能耗分析软件
报表分析软件
套
1
安科瑞
网络通讯层
工业网络交换机
TP-LINK(8口)
台
1
TP-LINK
工业通讯隔离器
I-7520R
台
32
泓格
工业串口服务器
NPORT5630-16 RS485接口×16
套
2
MOXA
光电转换器
MIE-1102S
套
24
兆越
工业开关电源
KDYA-DG75-24
套
12
华力
3.3 系统功能介绍
现场低压配电系统主要有8台10/0.4 kV配电变压器和2台应急发电机，本系统主要负责对低压进线及相应配出回路的实时动态监测。
进线回路采用PZxx-E4/KC，它能测量三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能等多种电参量，并带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点,带RS485通讯接口。
配出回路采用PZxx-AI3/KC，它能测量三相电流，带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点，带RS485通讯接口。
进入系统后通过遥测我们可以查看各回路的三相线电压、电流、功率、电能等电参量。遥信功能则实现了显示现场设备的运行状态，主要包括：开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警，断路器变位时会发出报警信号。如下图2，高压配电系统主要监测了高压回路的运行状态，红色代表合闸，绿色代表分闸；并在画面上动态显示三相电流、线电压。

图2 1#（公安局）高压配电系统图
图3的低压配电系统主要监测了运行设备的电参量，其中包括：进线三相电流，功率，功率，电能，频率等电参量及配出回路的三相电流。

图3 T1变压器低压配电系统图
系统通讯状态图，可实时查看系统各设备通讯运行情况，见图4。

图4 1#（公安局）配电室通讯状态
远程抄表功能，完成对各主要回路的实时远程集抄功能。并根据时间段可以查询各回路的能耗情况，定期打印电能报表，见图5。

图5 电能报表
趋势曲线，可直观的查看回路的负荷运行情况，并进行不同时间段之间的能耗曲线比较，见图6。

图6 趋势曲线

3.4 能耗管理系统实施效果
机关办公大楼内的能耗分析管理系统经过近一年的运行,已积累了一定量的能耗数据，管理人员已可以使用此系统对楼内各分项系统、各个供电回路进行实时监测,多次及时地纠正了个别办公室在非工作时间忘记关灯、空调及办公设备的行为。通过对历史能耗数据的统计分析,已掌握了电耗在各大楼内分项系统中的分布情况以及各部门的能耗情况。Acrel-5000能耗监测管理系统为国家机关办公建筑的节能管理工作提供了客观的量化依据。

4 结束语
节能减排是我国当前及将来发展中所必须面临并亟待解决的重大问题。此司法中心项目上的成功应用，证明了Acrel-5000能耗监测管理系统为国家机关办公建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，实现建筑分项能耗的自动采集，自动汇总及分析，该系统能够得到大型建筑实时能耗，并为降低其建筑能耗和提高建筑能效，提供了决策依据和参考；为进一步推进能耗统计，能源审计，能效测评等工作提供了关键数据。

参考文献：
[1]《电力电测数字仪表原理与应用指南》， 任致程、周中，中国电力出版社
[2]上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
[3] [2008]114号文《关于印发国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设相关技术导则的通知》

作者简介：
蔡舒韬，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电，
Email: acrelcst@ 手机：[phone] QQ:2880157861

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