薛國(guó)劍

（太原羅克佳華工業(yè)有限公司，山西 太原 030032）

0 引 言

為深入落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，認(rèn)真落實(shí)《節(jié)約能源法》、《民用建筑節(jié)能條例》、《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》，大力推進(jìn)建筑節(jié)能，積極發(fā)展綠色建筑，努力推動(dòng)科技創(chuàng)新，中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑節(jié)能與科技司于2010年2月10日發(fā)布2010年重點(diǎn)工作通知。該通知共七個(gè)方面，其中在第一條全面推進(jìn)建筑節(jié)能中的第三點(diǎn)提到加快開(kāi)展國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)。建立和完善能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍，抓緊研究制定能耗定額和超定額加價(jià)制度，積極推行合同能源管理試點(diǎn)示范。啟動(dòng)高耗能公共建筑節(jié)能改造。開(kāi)展國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

以“功能齊全、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、后續(xù)服務(wù)有保障”為原則，緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，滿足國(guó)家相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開(kāi)展試點(diǎn)建筑能耗水耗分項(xiàng)計(jì)量、數(shù)據(jù)上傳、本地能效管理等工作。將試點(diǎn)建筑末端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)成為山西省建筑節(jié)能工作科學(xué)量化評(píng)價(jià)、監(jiān)督、監(jiān)管技術(shù)平臺(tái)，充分體現(xiàn)本系統(tǒng)在山西省乃至全國(guó)建筑能效監(jiān)管平臺(tái)中重要的示范和先導(dǎo)作用，建成后的平臺(tái)應(yīng)達(dá)到國(guó)內(nèi)同類項(xiàng)目領(lǐng)先水平[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)集成相應(yīng)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、管理、分析等各方面的應(yīng)用需求。系統(tǒng)通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)向下直接采集水、電、氣、冷熱量等能源計(jì)量設(shè)備的數(shù)據(jù)；向上可通過(guò)以太網(wǎng)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向上級(jí)能耗監(jiān)管平臺(tái)傳輸能耗數(shù)據(jù)；可滿足業(yè)主及工作人員通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行操作、查詢實(shí)時(shí)能耗情況，開(kāi)展能耗對(duì)比、對(duì)標(biāo)分析，建筑的各支路、分類、分項(xiàng)等能耗計(jì)算[2]。系統(tǒng)主要包括：分類計(jì)量分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集上傳系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、能耗監(jiān)管平臺(tái)等部分，見(jiàn)圖1。

1）分類計(jì)量分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)。主要對(duì)電、熱、燃?xì)?、煤等能源及水進(jìn)行分類計(jì)量，其中又將用電計(jì)量分為照明插座用電、空調(diào)用電、動(dòng)力用電、特殊用電分別計(jì)量，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際用能情況及現(xiàn)有配電、計(jì)量系統(tǒng)，設(shè)計(jì)安裝配備滿足技術(shù)導(dǎo)則要求通訊功能的計(jì)量表具[3]，滿足最大化利用現(xiàn)有配電及計(jì)量系統(tǒng)，滿足經(jīng)濟(jì)性、適用性最優(yōu)化等要求，包括設(shè)計(jì)將某些較特殊用能量采用人工上報(bào)方式進(jìn)行上報(bào)的實(shí)施方案[4]。

圖1 系統(tǒng)配置圖

2）數(shù)據(jù)采集上傳系統(tǒng)。安裝專用低功耗數(shù)據(jù)采集器，按照設(shè)定采集頻率、通訊協(xié)議、加密方式等對(duì)智能儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。

3）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)把電表的modbus協(xié)議、水表熱表的M-BUS等通信協(xié)議tcp/IP協(xié)議，通過(guò)internet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和故障恢復(fù)上傳功能。Modbus、M-bus協(xié)議采用異步半雙工RS485通信接口，使用低成本的屏蔽雙絞線構(gòu)造可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸功能。見(jiàn)圖2。

4）能耗監(jiān)管平臺(tái)。由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、臺(tái)能耗管理計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、不間斷電源、工業(yè)LED大屏等組成。能耗監(jiān)管平臺(tái)具備站點(diǎn)地理分布信息管理、站點(diǎn)各項(xiàng)電參數(shù)監(jiān)測(cè)分析、運(yùn)行數(shù)據(jù)管理等功能。能耗監(jiān)管平臺(tái)采用以太網(wǎng)或GPRS/CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為媒介，以數(shù)據(jù)中心為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑能耗的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)管，能耗監(jiān)管平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)展示子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)，通過(guò)高速光纖交換機(jī)和普通交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過(guò)高速光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通訊，大大提高了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器集群的通訊速度，見(jiàn)圖3。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最底層為智能電表和智能水表，也可接入智能熱表等。對(duì)于各類能耗采集表具，智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)485總線或無(wú)線通訊方式，將采集數(shù)據(jù)上傳至能耗監(jiān)管平臺(tái)。

圖2 智能網(wǎng)關(guān)端口圖

圖3 末端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原則

1）智能表具選取原則。需要安裝儀表監(jiān)測(cè)的建筑能耗種類有：用電和用水。智能表具的性能應(yīng)至少滿足《高建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》的要求。需要采用人工方式定期網(wǎng)上上報(bào)的建筑能耗種類有：燃煤、燃油、燃?xì)獾饶芎摹?）數(shù)據(jù)通信方式確定原則。本方案中所有智能表具同智能網(wǎng)關(guān)均通過(guò)485總線連接，連接方式為有線方式。

4 重點(diǎn)監(jiān)測(cè)建筑末端系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1）對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)建筑能耗進(jìn)行分類。建筑能耗監(jiān)測(cè)對(duì)象有：采暖動(dòng)力、鍋爐房動(dòng)力、空調(diào)[5]動(dòng)力、照明、辦公、電梯、其它用電等，還包括冷水機(jī)組、水泵、空調(diào)機(jī)組等大型耗電設(shè)備。建筑用電能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分類計(jì)量，見(jiàn)圖4。2）建筑用電分項(xiàng)計(jì)量是建筑能耗監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。電能分項(xiàng)計(jì)量包括：電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等參數(shù)，采用監(jiān)測(cè)功能的現(xiàn)場(chǎng)總線式智能電量變送器，實(shí)現(xiàn)建筑照明用電、空調(diào)用電、辦公用電、電梯用電、鍋爐房用電、其他動(dòng)力用電的分項(xiàng)計(jì)量。3）建筑用水計(jì)量，采用具有485現(xiàn)場(chǎng)通訊功能的水表，實(shí)現(xiàn)建筑用水的計(jì)量；水表安裝數(shù)量與位置，根據(jù)實(shí)際調(diào)研情況確定。4）其他建筑能耗信息的人工網(wǎng)絡(luò)上報(bào)。對(duì)于建筑用氣、用油、用煤等能耗信息，根據(jù)各類能耗隨時(shí)間變化的特點(diǎn)及實(shí)時(shí)計(jì)量的難度，采用定期人工網(wǎng)絡(luò)上報(bào)方法，按周（月）網(wǎng)絡(luò)上報(bào)方式，實(shí)現(xiàn)上述能耗信息的上報(bào)和統(tǒng)計(jì)。

圖4 建筑用電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分類計(jì)量結(jié)構(gòu)圖

5 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1）能耗管理一體化：集成了能耗數(shù)據(jù)采集、能耗數(shù)據(jù)處理、能耗分類、分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，以及人均、平均建筑面積、平均空調(diào)面積等能耗指標(biāo)的自動(dòng)計(jì)算。2）按照建筑類型、地理區(qū)域等進(jìn)行建筑的能耗排序，并自動(dòng)計(jì)算能耗階梯比例值。3）支持能耗的對(duì)比和對(duì)標(biāo)分析，并且支持多套標(biāo)準(zhǔn)的建立和維護(hù)。4）數(shù)據(jù)分析采取易于理解和問(wèn)題追蹤的數(shù)據(jù)下鉆分析法，可從宏觀現(xiàn)象逐層分解、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的根源、并確定主要問(wèn)題。5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)及架構(gòu)先進(jìn)、實(shí)用，平臺(tái)化、結(jié)構(gòu)化、可擴(kuò)展性思想貫穿設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)的全流程，全面能耗對(duì)比分析，網(wǎng)絡(luò)化能耗監(jiān)管。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文系統(tǒng)對(duì)建筑能耗進(jìn)行分析、對(duì)標(biāo)、預(yù)警，為能源審計(jì)、有效能源管理、建筑節(jié)能改造、節(jié)能改造效果評(píng)估，提供了有力的數(shù)據(jù)依據(jù)；并為國(guó)家建設(shè)節(jié)能型社會(huì)產(chǎn)生積極的影響。

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