熊偉 黃海強 人民大會堂管理局機電處

近幾年來，在國家有關(guān)部門的大力推動下，分項計量得到推廣，逐步建設(shè)大型公共建筑能耗監(jiān)測平臺，對于加強節(jié)能管理，推動公共建筑節(jié)能起到了重要的作用。

大型公共建筑實施分項計量存在以下難點：一是能耗構(gòu)成復雜，能源種類多，合理拆分能耗點位存在一定的難度；二是建筑面積巨大，建筑結(jié)構(gòu)復雜，需要結(jié)合實際確定合理的系統(tǒng)構(gòu)架及數(shù)據(jù)傳輸方式；三是采集數(shù)據(jù)量大，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量、做好數(shù)據(jù)分析有一定的困難。筆者所在的單位即典型的大型公共建筑，建筑面積達18萬多平方米，使用功能復雜。在有關(guān)部門大力支持下于2010年完成了分項計量項目。該系統(tǒng)共有點位500多個，計量水（冷水和熱水）、電、蒸汽3種能源，安裝5種表具，在工程實踐中解決了大量技術(shù)難題。本文以該項目為背景，對大型公共建筑分項計量的疑難問題進行了分析研究，并提出了解決方案。

1 分項計量系統(tǒng)應該具備哪些功能

分項計量的最終目的是運用計量數(shù)據(jù)來加強能耗管理，其功能定位要服務于能耗管理的需要。一般而言，大型公共建筑分項計量系統(tǒng)應該具備以下4項功能：數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)發(fā)布。

2 數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的疑難問題

2.1 如何確定數(shù)據(jù)采集點位

確定數(shù)據(jù)采集點位是最基礎(chǔ)工作，拆分合理與否直接決定項目成敗。大型公共建筑點位拆分應該遵循以下原則：

（1）分項分戶相結(jié)合原則。由于使用功能復雜，分戶計量和分項計量要相結(jié)合。

（2）粗細適宜原則。點位拆分以滿足能耗管理為目的，不宜太粗也不宜太細。

（3）加法原則。由于計量表具本身存在誤差，對于間接計量的部位，除特殊情況外，原則應按樹狀結(jié)構(gòu)圖向下拆分，進行累加，不做減法運算。

本項目分別在電計量點位和水計量點位上根據(jù)實際情況進行了詳細的分項與拆分。

2.2 如何計量熱水循環(huán)水

大型公共建筑循環(huán)熱水系統(tǒng)計量一直是一個難點。主要是因為熱水始終處于循環(huán)狀態(tài)，不同于一般的流體計量。

對于熱水循環(huán)水的計量，我們采取了以下兩種計量方式（如圖1所示）。

圖1 熱水循環(huán)水計量

一是用量較大整個支路的計量，采取方案1，在供水和回水支路上各加一塊計量表。由于供回水支路存在壓差，其讀數(shù)Q供和Q回始終處于運行狀態(tài)，且Q供讀數(shù)應始終大于Q回，其差值Q即是該回路熱水用水量。

Q=Q供-Q回

二是對于末端用水設(shè)備用量較小，Q供和Q回差值不大，由于表具本身存在誤差，兩者差值不大，甚至有可能出現(xiàn)負值。這種情況，可以采取方案2，將表具加在水龍頭前端，其讀數(shù)Q即為熱水用量。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)架的三個層次

2.3 如何選擇安裝表具

遠傳表具按信號輸出分類，有脈沖和直讀兩種，一般選用直讀表。這樣在斷電、掉線的情況下，在恢復正常后能直接讀出表具的讀數(shù)，無需重置表底數(shù)，大大減少了維護工作量。

電表有普通遠傳電表和多功能表兩種。多功能表除了能計量有功電度、無功電度外，還能計量三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因素等參數(shù)。其造價較高，可根據(jù)使用要求來選擇。一般而言，電壓、電流、有功功率、有功電度的精度不應低于0.5%，無功功率、無功電度、功率因數(shù)不超過1%。電表安裝有嵌入式和掛壁式兩大類，應根據(jù)配電柜具體情況來確定。所有電表都要嚴格按照規(guī)范安裝，須配備互感器。

遠傳水表應滿足GB/T778-2007的要求。水表承壓范圍應至少高于1MPa,精度不應低于B級，熱水水表計量溫度的范圍至少應在0～70℃。水表安裝以法蘭式為主。為便于檢修，水表前后應加閥門。

3 數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)的疑難問題

3.1 如何確定數(shù)據(jù)傳輸方式

目前可供選擇的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)較多，應根據(jù)實際情況選擇?？傮w上有無線和有線傳輸兩大類。無線傳輸主要用于敷設(shè)線路困難（如水表都安裝在管道井內(nèi)，無法敷設(shè)線路），或線路距離較遠的場所（如距離較遠的建筑與建筑之間、城市之間）。具體有GPRS、射頻發(fā)射器等技術(shù)。

無線傳輸最大的優(yōu)勢在于不需布線，能節(jié)省投入，但也存在著后期運行維護費用高、數(shù)據(jù)傳輸可靠性受環(huán)境影響大等缺陷，而有線傳輸則相反。如果無特殊情況，原則上應選擇有線傳輸。

有線傳輸可供選擇的技術(shù)也較多，應用較廣的有RS485、電力載波、TCP／IP協(xié)議等。其中RS485運用最為廣泛，其信號傳輸穩(wěn)定，傳輸距離遠，計量表具基本都配備標準RS485信號輸出接口。電力載波、TCP／IP協(xié)議則可以利用現(xiàn)有的電力線纜和網(wǎng)絡線路，能減少布線。通常規(guī)模較小的網(wǎng)絡采用多路485總線即可覆蓋；規(guī)模較大時，可采用RS485結(jié)合TCP／IP協(xié)議的組網(wǎng)模式。大型公共建筑一般都有辦公自動化網(wǎng)絡，實踐中較多的是下層RS485上層TCP／IP協(xié)議的組網(wǎng)模式，這樣上層通信可利用現(xiàn)有的辦公自動化網(wǎng)絡，減少布線規(guī)模。

3.2 如何確定系統(tǒng)構(gòu)架和網(wǎng)絡布局

根據(jù)節(jié)能管理的需要，系統(tǒng)構(gòu)架一般可分為采集層、傳輸層和管理層3個層次。采集層由計量儀表構(gòu)成，對各計量點的數(shù)據(jù)進行采集。傳輸層由數(shù)據(jù)采集器、交換機和傳輸網(wǎng)絡組成，主要負責數(shù)據(jù)的傳輸和存儲。管理層由主機和數(shù)據(jù)庫、軟件組成，負責數(shù)據(jù)的存儲和處理和信息的發(fā)布（見圖2）。

如何減少布線降低造價，要對系統(tǒng)構(gòu)架認真研究。數(shù)據(jù)采集器在采集層和傳輸層中起著承上啟下的作用，是關(guān)鍵設(shè)備。實踐中使用的采集器有兩種：一種是以集線功能為主，輸入輸出均為RS485；另一種則具有轉(zhuǎn)換功能，輸入RS485，輸出TCP／IP協(xié)議。兩種采集器分別對應著不同的系統(tǒng)構(gòu)架方案（見圖3）。兩者在表具到采集器之間的布線是相同的。方案1采集器和交換機之間是總線型拓撲結(jié)構(gòu)，在進交換機前增加一個異步串口通信服務器，集中進行信號處理。方案2采集器和交換機則是星型拓撲結(jié)構(gòu)，直接和交換機進行通信和數(shù)據(jù)交換。兩個方案各有優(yōu)缺點：方案1能節(jié)省布線，但增加了轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，系統(tǒng)可靠性有所降低；方案2沒有轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，可靠性高，但布線較多。選用何種方案，要根據(jù)工程的實際情況來確定。

圖3 兩種不同的架構(gòu)方案

4 數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)中的疑難問題

4.1 如何保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量

從數(shù)據(jù)的流程和處理上來看，從計量表具的原始數(shù)據(jù)到最終提供給管理部門的能耗信息，經(jīng)過了以下的流程：（1）存儲原始數(shù)據(jù)；（2）計算分項能耗數(shù)據(jù)；（3）數(shù)據(jù)挖掘與網(wǎng)絡應用。

上述數(shù)據(jù)處理流程在軟件算法設(shè)計上要嚴格把握，確保發(fā)布數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)的對應關(guān)系。在工程實踐中，應注意從以下5個方面對數(shù)據(jù)質(zhì)量予以保證：

（1）對能耗系統(tǒng)進行合理的拆分，盡量減少間接計量。

（2）保證硬件的質(zhì)量和功能。

（3）在數(shù)據(jù)處理軟件中設(shè)計數(shù)據(jù)校核功能，對數(shù)據(jù)的合理性進行判斷，如對不合理奇大數(shù)判斷、總用量遞增判斷等。

（4）調(diào)試時要進行現(xiàn)場校核，運行后還要定期進行現(xiàn)場抽樣校核。

（5）設(shè)計報警功能，及時處理錯誤數(shù)據(jù)。

4.2 如何確定軟件的功能

使用者比較關(guān)心的是數(shù)據(jù)處理的第三個環(huán)節(jié)，即能耗數(shù)據(jù)處理軟件。用戶的需求可謂五花八門，但基本功能是以下4項：監(jiān)測功能；查詢功能；比較功能；匯總功能。本項目計量軟件具備以下幾項功能。

（1）能耗數(shù)據(jù)實時監(jiān)測和匯總。

（2）自定義表具能耗的監(jiān)測和匯總。

（3）歷史數(shù)據(jù)的查詢與比較。

（4）能耗預警功能。

5 能耗發(fā)布環(huán)節(jié)的疑難問題

能耗發(fā)布是分項計量的最后一個環(huán)節(jié)，也是容易忽視的環(huán)節(jié)。發(fā)布的數(shù)據(jù)應該是經(jīng)分析評價并有結(jié)論的數(shù)據(jù)。常用的能耗發(fā)布手段有以下三種：（1）網(wǎng)頁發(fā)布；（2）大屏幕發(fā)布；（3）手機發(fā)布。

6 結(jié)語

目前我國推行分項計量時間不長，工程案例還不多，需要更多的實踐和探索。在工程實踐中一定要結(jié)合實際情況來確定實施方案，做好點位拆分，確定合適的數(shù)據(jù)傳輸方式和系統(tǒng)構(gòu)架，合理確定軟件功能，重視數(shù)據(jù)質(zhì)量的保證。最重要的是一定要將其應用于日常管理，否則計量系統(tǒng)即使建起來也只是個擺設(shè)。