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智能大型公共建筑节能的分析及探讨 |
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作者：上海安科瑞电气股份有限公司 |
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1 大型公共建筑的节能管理现状
目前，超过70%的大型公共建筑没有专职的节能管理人员，企业内部普遍没有建立相应的能源管理制度，不能及时掌握能源的整体消耗情况，对主要用能设备的运行情况和节能状况也未能及时把握。总的来说，大多数大型公共建筑业主的用能设备管理仅仅是从安全使用的角度考虑，建立企业内部的节能管理体系已经变得非常的迫切。
2 大型公共建筑节能需求
大型公共建筑的用电设备数量与种类众多，主要包括：中央空调、照明、电梯、给排水、电加热负载，变压器和其他混合负载等。而各种机电设备的能耗具有较大的节能空间。同时，面向建筑内的机电设备实施节能，相对于改变建筑的墙体、窗体结构而言，更具有见效快、对建筑正常使用影响小等优势
(1)中央空调能耗现状
一般地，在大型公共建筑中，中央空调系统的能耗约占总能耗的40%以上，而大部分建筑的中央空调实际热负载在绝大部分时间内远比设计负载低，且主机、辅机和末端舒适度三者未能实现合理动态调节，导致系统效率较低，电能浪费严重。
(2)照明系统能耗现状
目前，许多公共建筑都是全封闭空间模式，完全依靠人工照明进行采光，在上班时间段，照明系统通常都是连续照明，所消耗的能量大，也增加了室内热负荷。可以根据实际需求选择不同的照明节能措施，对提高光效、节约能量是非常重要的。
(3)电梯系统及其他动力设备能耗现状
目前，大型公共建筑节能电梯仅占全国电梯保有量的2%，节能潜力巨大。而公共建筑中给排水等其他能耗设备通过采取一定的控制手段，也能有一定的节能空间。
(4)供配电系统能耗现状
供配电系统通过导线、开关、变压器等设备进行传输的过程中，会产生功率损失(有功、无功功率)，并在相应的时间内产生能量损失(有功、无功电量)。
3 大型公共建筑用能结构特点
对珠三角地区的公共建筑进行能源审计时发现，大型公共建筑功能的实现是以各类机电设备系统运行为基础，空调、给排水、照明的能耗要占建筑运行能耗的70%，仅空调系统的运行能耗就占各系统总能耗的40%以上。所以，在进行大型公共建筑节能研究时，解决机电设备的节能问题是核心。
4 大型公共建筑节能解决方案
4.1系统结构
建筑能耗监测系统的拓扑结构如图3，系统多采用分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统一般分为三层，即主控层（站控管理层）、中间层（网络通讯层）和现场层（现场设备层）。
图3 系统拓扑结构图
1）站控管理层
站控管理层针对能耗监测系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的最上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打印机、UPS 电源等组成。监测系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。
监控主机：用于数据采集、处理和数据转发。为系统内或外部提供数据接口，进行系统管理、维护和分析工作。
打印机：系统召唤打印或自动打印图形、报表等。
模拟屏：系统通过通讯方式与智能模拟屏进行数据交换，形象显示整个系统运行状况。
UPS：保证计算机监测系统的正常供电，在整个系统发生供电问题时，保证站控管理层设备的正常运行。
2）网络通讯层
通讯层主要是由通讯管理机、以太网设备及总线网络组成。该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和传送等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。
通讯管理机：是系统数据处理和智能通讯管理中心。它具备了数据采集与处理、通讯控制器、前置机等功能。
以太网设备：包括工业级以太网交换机。
通讯介质：系统主要采用屏蔽双绞线、光纤以及无线通讯等。
3）现场设备层
现场设备层是数据采集终端，主要由智能仪表组成，采用具有高可靠性、带有现场总线连接的分布式I/O 控制器构成数据采集终端，向数据中心上传存储的建筑能耗数据。测量仪表担负着最基层的数据采集任务，其监测的能耗数据必须完整、准确并实时传送至数据中心。
4.2软件实现与系统功能
上位机软件为Acrel-5000能耗监测系统组态软件，该软件是对现场能耗数据进行采集与监测的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态形式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成对现场数据的采集与监测功能。Acrel-5000能耗监测系统具有友好的人机交互界面，可实时和定时采集现场设备各参量及开关量状态，并将采集到的数据上传给数据中心存储。系统还提供了实时曲线和历史趋势曲线分析，符合用户设计需要的报表、事件记录和故障报警等功能。整个系统可以实现所有回路能耗的采集和统计，实现了远程自动抄表、能耗监测功能。
1）运行状态监测：通讯异常报警提示。
2）用户管理：不同用户权限具备不同操作功能，各级权限的口令修改操作功能，具有权限防误功能。
3）能耗报表、棒图：实现了所有能耗报表的按时间查询，分为日、月、年报表等，任意分类、分项实时能耗棒图显示。
4）打印及导出：所有报表及界面可打印，或以EXCEL、WORD 格式进行导出。
4.3大型公建电能计量宜采用智能电力监控仪表
大型公共建筑电能计量宜采用电力仪表作为内部管理电表，不宜用收费电表。两者主要特点归纳如下（见表1）。
供电部门一般给用户实施一户一表的收费制度，即收费电表由供电部门统一安装。因此，收费电表除了要有技监局发放的计量器具许可证外，还需要当地省、市电力部门的许可才可安装使用。在大型公共建筑电能管理中，供电部门一般会在总进线处安装收费电表。
电力仪表在用户安装收费电表的基础上，考虑内部电能计量与节能管理的需要安装，用于内部电能管理。因此用户可自主选择采购，但应注意制造商是否有电力仪表（电能部分）的计量许可证。电力仪表可以完成对各回路、各楼层或各功能区的分项电能数据的采集，通过后台电能管理系统完成对大型公共建筑的电能分项计量。
4.4电力仪表在建筑能耗电能分项计量中的选型方案
Acrel(安科瑞)公司研发的Acrel-5000建筑能耗分析管理系统，可以通过ACR网络电力仪表、谐波表、导轨式电能表，对商场、宾馆、学校、医院、银行、体育馆、政府机关等大型公建进行电能分项计量和能耗分析管理。
电力仪表，是针对电力系统、工矿企业、公用设施、智能大型公共建筑的电力监控与电能管理需求而设计的。它能高精度的测量所有常用的电力参数，如三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、四象限电能等，采用可视度高的LCD来显示仪表测量参数和电网系统的运行信息。电力仪表功能、型号繁多，价格也各不相同，电能计量方案也多种多样，因此，应合理选配，达到较佳的性价比。
根据住房和城乡建设部114号文件，对大型公共建筑能耗数据实行分类、分项计量，对电能按动力用电、照明与插座用电、空调用电和特殊用电进行分项计量管理。因此，针对宿舍、商铺、病房等应计量到经济核算单元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352电表；
DDS1352单相电表，用于单相电能计量，DIN35mm导轨安装，宽度为1个模数（即宽为18mm），一次最大接入单相电流30A，精度1.0级。优点是尺寸小，价格低，缺点是没有通讯功能，不能组网。
DDSF1352单相电表，同样为DIN35mm导轨安装，宽度为4个模数，一次最大接入单相电流为80A，精度1.0级，具有峰、平、谷电能分时复费率计量功能，带RS485接口，Modbus协议或DL/T645规约，可组网。主要应用于对单相电能的计量，常用在配电箱内。DDS1352及DDSF1352单相电表外形及应用如图4所示：
图4 DDS1352电表外形，DDSF1352电表外形及其应用
针对用电设施按照明与插座用电、动力用电、空调用电、特殊用电进行分项计量，对学校教室、医疗病房、宾馆客房按楼层或功能分区计量时，可选用DTSF1352或ACR120EL电表。
采用DTSF1352三相四线电表（见图5），用于三相电能计量，具有尖、峰、平、谷电能分时复费率计量功能，DIN35mm导轨安装，宽度为7个模数，可安装在照明箱或动力箱中，一次最大接入三相电流80A，80A以上可经电流互感器采集，精度0.5级，带RS485接口，Modbus协议或DL/T645规约，可组网。
图5 DTSF1352电表外形及其在动力箱中的应用
采用ACR120EL多功能电表，该表为嵌入式安装，可安装在动力箱或低压出线柜门板上，面板尺寸为80mm×80mm，规格为220/380V、5A，电流经互感器接入，精度0.5级，可测量电流、电压、功率、频率、功率因数、四象限电能等电参量，带Modbus通讯协议。
一些重要场合需检测谐波的，可采用ACR230ELH多功能电表，针对进线回路或重要出线回路，采用ACR230ELH多功能电表，嵌入式安装在配电柜门板上，面框尺寸为96mm×96mm，除测量所有电参量外，还具有最大需量，2-31次电流、电压谐波分量、电压波峰系数、电流K系数、电话波形因子、电流电压不平衡度、正负零序分量分析等功能。ACR120EL，ACR230ELH多功能电表外形及其在低压配电柜中的实际应用如图6所示。
图6 ACR120EL、ACR230ELH多功能电表外形及其在配电抽屉柜中的应用
4.5系统解决方案
基于对大型公共建筑的了解，Acrel(安科瑞)通过能源监测管理技术、建筑智能化技术、变频技术等综合节能技术的应用，从节能管理层面、设备改造层面、运营服务层面，提出大型公共建筑机电设备节能整体解决方案，以满足建筑功能为前提，帮助建筑实现能效提升。
节能管理——建立楼宇能效管理中心，提升节能管理水平
楼宇能效管理中心由能效管理、设施管理、环境控制组成三层能效监测管理系统，从管理角度使建筑获得能效提升，同时，对稳定节能效果也起到一定的作用。用能单位可以从管理中心获知每日用电情况，并及时对异常情况进行调整。
设备改造——从建筑机电设备运行改善入手，解决建筑高能耗及环境改善问题。
(1)中央空调系统节能
中央空调系统作为大型公共建筑最主要的用电设备，针对它的节能不仅能为建筑整体运营成本的下降带来最大、最直接的效益，同时，还对改善建筑环境空气质量有着非常重要的意义。
①制冷主机的节能控制
通过优化主机运行模式、设定运行参数，调节制冷主机供回水温差及冷冻、冷却水流量，以提供制冷主机的运行效率，从而实现制冷主机的最佳COP值；
②空调水系统节能控制
对冷却、冻水循环及冷却塔系统分别加装智能调速控制器、温度传感器、压差传感器和流量传感器等，实现符合负荷要求的合理性调节。
③空气处理机的节能控制
加装空调处理机变频控制系统，优化空调机组的控制模式，对风系统各支管路风阀进行节能控制，保证各空调区域换气次数和压力平衡，并通过合理利用新风取得优化节能的效果；
④排风系统的节能控制
排风系统的改造不仅可以起到节能降耗的效果，还可以提高建筑内的热舒适性。对风系统各分支管路风阀进行检测，保证各区域送风的平衡，提升建筑内的空气品质，进而实现节能与热舒适度的结合。
(2)照明系统
根据建筑物的实际用能需求，安科瑞公司通过提供经济技术指标良好的照明节能方案，帮助用户实现节能目的；如：将常规的T8荧光灯更换更为节能的T5荧光灯或LED照明灯具等。
对公共照明区域，还可采用自动化控制手段，必要时辅以配电线路的改造，实现对公共照明系统按各种模式实现分时、分区、分线路的群控功能。
(3)电梯系统及其他动力设备
对拥有多部电梯的场合，可根据电梯在不同时段、不同区域的使用特点建立群控系统，在保障运营服务品质的基础上提高其整体使用效率。
当然，采用变频器调速取代异步电动机调压调速也是以提高电动机运行效率为目标的节能措施。同样的，其它风机、水泵也可适当采用变频调速等手段提高设备运行效率。
(4)供配电系统
配电系统的降损节能措施主要包括变压器的合理使用，无功补偿技术，保持三相负载平衡，减少高次谐波、提高功率因数等。
运营服务——实时监测系统的运行状态，提供在线持续节能服务，稳定节能效益。
在实施节能改造后，用户可以获得设备运行状态的数据服务。同时，针对实时监测的情况，利用控制策略进行的节能调节，保证了建筑末端环境的温湿度、照度、二氧化碳浓度等的要求。
通过建立在安科瑞公司的“城市能源监测管理平台”提供的在线检测服务，24小时监测建筑的实时运行参数，提供故障诊断和排除，实现传统的定期维护模式向实时状态维护模式的转变，避免出现过修或失修的状况。
大型公共建筑节能核心目标
打造高舒适、低能耗的建筑运行环境，实现四大目标：
提升管理水平，打造智能建筑；
改善环境品质，实现健康舒适；
优化系统运行，延长设备寿命；
降低整体能耗，减少运营成本。
5 结束语
随着能源的日益紧张，节能降耗成为大型公共建筑智能化建设的必然选择，本文介绍Acrel-5000能耗监测系统，不仅能监控供配电系统的运行状况，还能监测用水量、燃气等其它能源的使用状况，并能根据采集到的能耗数据绘制出各种报表、分析曲线、图形等，便于分析研究，为智能建筑的节能技术提供参考。该系统运行安全、可靠，并附有事件记录及故障报警等功能，极大地方便了用户的使用。
参考文献：
[1]上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2010.08版.
[2]深圳达实智能股份有限公司产品手册.(end)
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(6/8/2011) |
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