西安高新第二十一小學能耗監(jiān)測及電力監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應用

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到70～300KWh，為普通居民住宅的10～20倍。公共建筑是節(jié)能大戶和節(jié)能重點，做好公共建筑節(jié)能工作，對促進和帶動全社會節(jié)能工作，實現(xiàn)節(jié)能減排目標，落實“轉(zhuǎn)方式、調(diào)結構"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能耗監(jiān)測及電力監(jiān)控系統(tǒng)，采集現(xiàn)場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)場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)配電運行狀況的監(jiān)測，保證配電的可靠性；通過Acrel-5000型建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)整個學校用電的監(jiān)測分析。

關鍵詞：學校建筑；能耗監(jiān)測系統(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)國和消費國，統(tǒng)計顯示，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，而且能源浪費非常嚴重，具有巨大的節(jié)能空間，建筑節(jié)能的推廣已經(jīng)勢在必行，節(jié)能降耗，計量先行。

大力開展綠色建筑行動，以綠色、循環(huán)、低碳理念指導城鄉(xiāng)建設，有利于提高資源能源使用效率，緩解資源能源供需緊張矛盾；有利于降低社會總能耗，減少污染物排放，確保完成節(jié)能減排任務;有利于促進建筑產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，培育節(jié)能環(huán)保、新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè);有利于提高建筑舒適性、健康性，改善群眾生產(chǎn)生活條件。各級、各部門要把開展綠色建筑行動作為大力推進生態(tài)文明建設的重要內(nèi)容，進一步增強責任感和緊迫感，統(tǒng)籌規(guī)劃，狠抓落實，推動城鄉(xiāng)建設走上綠色、循環(huán)、低碳的科學發(fā)展軌道，促進經(jīng)濟社會全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

2 設計依據(jù)

GB-T 15587-2008 《工業(yè)企業(yè)能源管理導則》

《評價企業(yè)合理用電技術導則GB》

《企業(yè)節(jié)能規(guī)劃編制通則》

《企業(yè)能源審計技術通則-GB》

GBT23331-2009《能源管理體系要求》

GB-50052-2009 《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》

u 能耗計量裝置國家及行業(yè)標準

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       戶用計量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術條件

GB/T 19582-2008     基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡規(guī)范

3 項目概況

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

本項目重點要解決基礎能耗數(shù)據(jù)的智能化、自動化、可視化、可量化的收集與存儲；建立能源管理平臺、實現(xiàn)能源的集中化管理；深入分析能源消耗過程與趨勢；建立能耗監(jiān)測與公示平臺。通過對此項目的用電統(tǒng)一綜合管理，可以對各區(qū)域設備能源使用情況進行查詢分析，幫助管理人員發(fā)現(xiàn)潛在的節(jié)能機會，限度地提高能源利用效率，科學有效地管理能源使用，從而降低能源使用費用，為建立節(jié)約型社會發(fā)揮作用。

同時為保證生產(chǎn)管理用電負荷的統(tǒng)計及對危險源實時監(jiān)控。還需要對現(xiàn)場的10KV高壓配電柜及0.4KV低壓配電柜進行電壓、電流、功率以及各開關量信號等參數(shù)進行實時在線監(jiān)控。一旦監(jiān)控點被監(jiān)視參數(shù)異常，能夠及時檢測報警，有關人員采取必要的措施，避免安全事故的發(fā)生。自動抄表功能節(jié)省了人力物力，電流趨勢曲線功能能夠直觀的顯示各回路的工作狀態(tài)與時間。

4 系統(tǒng)架構

安科瑞Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)以工作站主機、通訊設備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集及遠程管理提供了基礎平臺，它可以和其他樓宇自動化系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)構成復雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該能耗系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機網(wǎng)絡結構，如系統(tǒng)結構圖所示：

系統(tǒng)結構圖

5 系統(tǒng)軟件模塊

綜合能耗主界面

反映建筑物當年用能各分類能耗和折算為標準煤的綜合能耗，并計算得到單位面積能耗；

通過表計計量的主要為電能消耗，界面下方顯示電能的當日逐時用能曲線；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，建筑物圖片可根據(jù)項目要求替換；

分類能耗主界面

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

反映某分類能耗過去48小時、過去31天、過去12個月、過去3年的用能趨勢；

反映某分項能耗的當月用能餅圖；

反映某分類能耗當年各月用能同比分析圖；

分類能耗支路用能統(tǒng)計報表

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

通過透視表功能強大，用戶可進行多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并對數(shù)據(jù)進行組合排序；

統(tǒng)計數(shù)據(jù)可通過柱狀圖、點線圖、堆積圖、餅圖等多種圖表展示；

統(tǒng)計數(shù)據(jù)可導出至Excel；

分類能耗支路非工作日用能

統(tǒng)計對各支路工作日和非工作日用能，非工作日可通過系統(tǒng)靈活設置

統(tǒng)計數(shù)據(jù)可導出至Excel；

分類能耗支路同比分析

統(tǒng)計各支路當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時間的表計讀數(shù)，并計算出差值；

時間精度到分鐘；

分類能耗支路分時段用能趨勢分析

可查詢?nèi)我恢纺扯螘r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，查詢時不可跨月；

數(shù)據(jù)以圖表或表格的形式顯示，圖表可通過鼠標操作放大、縮小、移動；可對數(shù)據(jù)進行排序（值、最小值）；

數(shù)據(jù)可導出至Excel;

配置選項

依照相關技術規(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；

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

配置項目中使用到的所有計量儀表，保存計量儀表的地址、變比、對應的采集器、代碼、監(jiān)測回路的名稱等信息；

配置分項能耗統(tǒng)計時涉及到的計量表計、所占比例、運算方式等信息，可根據(jù)項目情況靈活配置，此處配置信息將影響各分類能耗分項用能分析小模塊中的功能；

配置各部門用能對應的計量儀表、運算方式、所占比例以及部門用能計劃，完成此項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)挠嬃績x表、運算方式、所占比例，完成此項配置后將啟用區(qū)域能耗分析功能模塊

配電系統(tǒng)實時監(jiān)控

在系統(tǒng)圖中可以直觀的看到每路10KV配電柜及低壓進出線回路的運行參數(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)通訊結構示意圖，主要顯示系統(tǒng)的組網(wǎng)結構，系統(tǒng)采用分層分布式結構，同時監(jiān)測間隔層設備的通信狀態(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，主要完成對查詢時間段內(nèi)出現(xiàn)的報警信息事件記錄以及發(fā)生時間，為值班人員提供依據(jù)并且分析事故發(fā)生的原因。

電參量報表

參數(shù)抄表功能，主要對10KV配電柜及低壓配電各回路的電參數(shù)進行查詢。支持任意時刻電參數(shù)查詢，具備數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。該報表各回路名稱和數(shù)據(jù)庫關聯(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項目能耗運行效果分析，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)能改造更有針對性，同時通過計量收費、績效考核等管理措施鞏固節(jié)能改造成果。

選擇節(jié)能設備。

再好的節(jié)能設備，管不住浪費也無法發(fā)揮節(jié)能效果，通過增加自動化節(jié)能設備，制定設備運行策略，減少人為干預，集中管控，使節(jié)能設備正在實現(xiàn)節(jié)能。

通過能耗監(jiān)測系統(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到70～300KWh，為普通居民住宅的10～20倍。公共建筑是節(jié)能大戶和節(jié)能重點，做好西安高新第二十一小學項目的節(jié)能工作，對促進和帶動節(jié)能工作，實現(xiàn)節(jié)能減排目標具有重要意義；同時實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，實時顯示中心配電室內(nèi)各10KV配電柜回路以及0.4KV低壓配電進出線回路的運行狀態(tài)，對分合閘、負載越限具有彈出報警對話框、報警聲音提示，該系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定，保證了大型公共建筑的用電可靠度。