王 偉
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建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)
王偉
王 偉(1966—),男,高級(jí)工程師,從事智能建筑電氣設(shè)計(jì)。
(德州市建筑規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院, 山東 德州253077)
摘要:介紹了建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)遵循的步驟及設(shè)計(jì)方法。強(qiáng)調(diào)施工圖設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況,在規(guī)范要求的設(shè)計(jì)原則指導(dǎo)下,合理選擇分項(xiàng)計(jì)量方式,使施工圖設(shè)計(jì)文件成為能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠順利實(shí)施運(yùn)行的保證措施。
關(guān)鍵詞:能耗監(jiān)測(cè); 分類能耗; 分項(xiàng)計(jì)量; 設(shè)計(jì)原則; 多功能電能表
0引言
建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是針對(duì)國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)管理的需求而設(shè)置的數(shù)字化管理系統(tǒng),是智能建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。該系統(tǒng)通過(guò)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的分類和分項(xiàng)能耗計(jì)量裝置,實(shí)時(shí)采集建筑能耗數(shù)據(jù),對(duì)采集的分類、分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,為建筑設(shè)備的運(yùn)行管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參數(shù),并可通過(guò)分析對(duì)比找出存在的問(wèn)題,為改進(jìn)用能管理、節(jié)能改造和定制新的節(jié)能政策等提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)信息服務(wù)。分類能耗包括電、熱、燃?xì)狻⑺饶芎?。分?xiàng)能耗包括照明插座用電、空調(diào)用電、動(dòng)力用電、特殊用電等能耗。
本文介紹了建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)一般遵循的步驟及設(shè)計(jì)方法。由于分類能耗中的水、燃?xì)?、熱的能耗?jì)量相對(duì)簡(jiǎn)單,其設(shè)備選型及安裝位置均由水暖及動(dòng)力專業(yè)設(shè)計(jì)確定,電氣專業(yè)只需做好相應(yīng)的通信線路設(shè)計(jì),故本文重點(diǎn)探討用電分項(xiàng)能耗監(jiān)測(cè)的施工圖設(shè)計(jì)方法。
1資料收集及現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)
在進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)前,應(yīng)向建設(shè)方索取建筑物的建筑電氣竣工圖紙及建筑專業(yè)總說(shuō)明。電氣圖紙應(yīng)包括設(shè)計(jì)說(shuō)明、高低壓配電系統(tǒng)圖、配電干線圖、變配電室平面布置圖、各層照明與動(dòng)力平面圖、配電系統(tǒng)圖以及施工過(guò)程中的電氣變更圖等。建筑專業(yè)除了總說(shuō)明外,最好了解節(jié)能及不同階段的施工圖變更等內(nèi)容。如果對(duì)空調(diào)用電進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)測(cè),還應(yīng)了解暖通空調(diào)平面圖、系統(tǒng)圖及機(jī)房流程圖等內(nèi)容。
現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)時(shí),應(yīng)核對(duì)各配電支路的名稱及負(fù)載情況是否與圖紙一致,已安裝的計(jì)量表計(jì)、電流互感器是否符合要求,柜內(nèi)是否有可以利用的空間。在多個(gè)工程中發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場(chǎng)低壓柜內(nèi)安裝的計(jì)量表計(jì)只能測(cè)量電流參數(shù),而設(shè)計(jì)圖紙中選用標(biāo)注的卻是可以測(cè)量多個(gè)參數(shù)的多功能測(cè)控電表。如果僅依靠圖紙信息,則無(wú)法實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施。如果監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擴(kuò)展至樓層配電箱支路,還應(yīng)注意樓層配電箱是否有安裝計(jì)量表的空間以及方便敷設(shè)數(shù)據(jù)傳輸線路。
另外,還應(yīng)注意配電箱、柜內(nèi)原有備用回路是否已被利用。如已利用,則應(yīng)詳細(xì)記錄斷路器、互感器及回路負(fù)荷等參數(shù)。
對(duì)于已在配電柜回路中安裝計(jì)量電能表的項(xiàng)目,應(yīng)確定已安裝的計(jì)量表是否為當(dāng)?shù)毓?jié)能監(jiān)測(cè)認(rèn)證產(chǎn)品。記錄計(jì)量表的品牌與型號(hào),為設(shè)計(jì)時(shí)選用節(jié)能認(rèn)證產(chǎn)品提供基礎(chǔ)資料。
對(duì)于非電量分類能耗的計(jì)量,在設(shè)計(jì)前應(yīng)與業(yè)主充分溝通,了解現(xiàn)場(chǎng)管道情況,并與相關(guān)職能部門(mén)取得聯(lián)系,征詢各方意見(jiàn)及建議,結(jié)合資金投入情況,綜合確定計(jì)量范圍及計(jì)量裝置設(shè)置地點(diǎn)。
對(duì)于新建建筑物,能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可由建筑設(shè)計(jì)院隨電氣施工圖同步考慮,也可在建筑施工圖出圖后由智能化或節(jié)能服務(wù)公司按照深化設(shè)計(jì)來(lái)處理。設(shè)計(jì)前,應(yīng)通過(guò)電氣系統(tǒng)圖或照明/動(dòng)力平面圖確定各用電回路的名稱及供電范圍、負(fù)荷性質(zhì),了解建筑物總體用電狀況,確定能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)置范圍,并與相關(guān)專業(yè)及時(shí)溝通。當(dāng)施工圖由專業(yè)公司深化設(shè)計(jì)完成后,須經(jīng)建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)人員審核通過(guò)后,方可送交施工圖審查部門(mén)進(jìn)行施工圖審查。
2施工圖設(shè)計(jì)文件組成
能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)文件應(yīng)能正確表達(dá)系統(tǒng)內(nèi)容,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工人員施工。無(wú)論是改造項(xiàng)目,還是新建項(xiàng)目,施工圖設(shè)計(jì)圖紙都應(yīng)包含以下內(nèi)容。
(1) 設(shè)計(jì)說(shuō)明,包括設(shè)計(jì)依據(jù)(工程概況及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范),計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則、范圍、原計(jì)量狀況,改造前后計(jì)量系統(tǒng)狀況,表計(jì)和設(shè)備選用說(shuō)明;線纜的選擇、敷設(shè)方式及要求,各設(shè)備的安裝方式;施工要求和注意事項(xiàng)等。
(2) 改造前后配電系統(tǒng)原理圖(也可只畫(huà)出改造后的配電系統(tǒng)圖,對(duì)改造前的情況僅進(jìn)行文字說(shuō)明)。新建建筑只需附上設(shè)有計(jì)量裝置的配電系統(tǒng)圖。
(3) 配電設(shè)備和計(jì)量系統(tǒng)設(shè)備布置圖,如果只對(duì)變配電室內(nèi)的低壓柜出線回路進(jìn)行能耗監(jiān)測(cè),且監(jiān)測(cè)主機(jī)設(shè)在變配電室內(nèi)或就近值班室內(nèi),則只需畫(huà)出變配電室高低壓柜的布置和數(shù)據(jù)采集器及監(jiān)測(cè)主機(jī)的布置。如果監(jiān)測(cè)的對(duì)象涉及各樓層配電箱,則還應(yīng)畫(huà)出樓層配電設(shè)備監(jiān)測(cè)平面布置圖。對(duì)于建筑物分散設(shè)置的園區(qū),如學(xué)校、醫(yī)院等,如果在每棟建筑物設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn),則要求畫(huà)出園區(qū)總平面圖。
對(duì)于非電量分類能耗計(jì)量,應(yīng)畫(huà)出包含各能耗節(jié)點(diǎn)及通信接線的設(shè)備布置圖,此部分內(nèi)容也可結(jié)合在樓層配電設(shè)備監(jiān)測(cè)平面布置圖中。
(4) 低壓配電系統(tǒng)表計(jì)安裝位置一次線示意圖,應(yīng)含有出線開(kāi)關(guān)額定容量、電流互感器變比、供電回路名稱、表計(jì)位置及編號(hào)等。
(5) 表箱內(nèi)表計(jì)的安裝布置,數(shù)據(jù)采集器傳輸接線圖。
(6) 表計(jì)接線原理圖,低壓柜端子布置圖。
(7) 電纜清冊(cè),包括供給表計(jì)的電壓、電流回路線纜以及信號(hào)傳輸線纜。
(8) 設(shè)備材料表,包括計(jì)量系統(tǒng)所需的表計(jì)、表箱、CT、數(shù)據(jù)采集器及所有安裝所需材料。
(9) 數(shù)據(jù)采集器接線圖。
由于現(xiàn)階段大部分為改造項(xiàng)目,在進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)時(shí)尤其要注意設(shè)計(jì)圖紙的完整性和正確性,應(yīng)將原有設(shè)備及線纜與新增設(shè)備及線纜采用不同符號(hào)標(biāo)識(shí),在設(shè)備材料表中標(biāo)注清楚或分別列出。
3設(shè)計(jì)原則
在大型公建及智能建筑電氣設(shè)計(jì)中,按照相關(guān)規(guī)范的要求,設(shè)計(jì)人員一般都會(huì)按照一定的模式把不同種類用電負(fù)荷分別配電,為安裝能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供便利條件。個(gè)別工程、區(qū)域存在一些混合供電的情況時(shí),要實(shí)施能耗監(jiān)測(cè),資金投入相對(duì)要大一些。因此,有必要按照分項(xiàng)計(jì)量的原則規(guī)范建筑電氣施工圖設(shè)計(jì)時(shí)的負(fù)荷分配,為實(shí)施節(jié)能監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)。
(1) 合理設(shè)置分項(xiàng)計(jì)量回路,在設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)不同建筑物的使用功能要求,對(duì)以下回路設(shè)置分項(xiàng)計(jì)量表計(jì):
① 變壓器低壓側(cè)出線回路,應(yīng)設(shè)置多功能電能表。
② 單獨(dú)計(jì)量的外供電回路,如出租商業(yè)房、引至外單位的供電線路等。
③ 特殊區(qū)供電回路,如信息中心、數(shù)據(jù)中心、廚房餐廳、洗衣房、游泳池、健身房、大型醫(yī)療設(shè)備及用電量較大的實(shí)驗(yàn)設(shè)備等。
④ 制冷機(jī)組主供電回路。
⑤ 單獨(dú)供電的冷熱源系統(tǒng)附泵回路,如冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔及熱水循環(huán)泵等。
⑥ 集中供電的分體空調(diào)回路,包括分體柜機(jī)、掛機(jī)及VRV機(jī)組等。
⑦ 照明插座主回路,包括室內(nèi)照明和插座、走廊和應(yīng)急照明、室外景觀照明等。
⑧ 電梯回路,包括普通客梯、貨梯、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行道及消防電梯等。
⑨ 其他應(yīng)單獨(dú)計(jì)量的用電回路,如電開(kāi)水器、區(qū)域地板發(fā)熱電纜、送排風(fēng)機(jī)等。
在既有建筑中,有些供電回路并不完全按照上述分類設(shè)計(jì),經(jīng)常是不同種類的負(fù)荷混在一起供電,這就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)配電實(shí)際情況合理設(shè)置計(jì)量表的位置和數(shù)量,在合理的成本預(yù)算范圍內(nèi)盡可能準(zhǔn)確地反映各分項(xiàng)能耗。按層供電就是這種情況,在設(shè)計(jì)時(shí)需特別注意。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到混合供電情況時(shí),要仔細(xì)梳理各種負(fù)荷性質(zhì),如能按回路區(qū)分,則可按分項(xiàng)原則增設(shè)相同回路總斷路器及計(jì)量表;也可僅在重要或用電量較大的回路增設(shè)計(jì)量表,其他回路用電量通過(guò)層總表與分表數(shù)據(jù)加減計(jì)算來(lái)獲取。若某建筑的配電設(shè)置沒(méi)有單獨(dú)分出照明插座回路,而是直接設(shè)置一路供電至層配電箱,從層配電箱采用放射式直接敷設(shè)至分配電箱,當(dāng)建筑層數(shù)較多時(shí),如果要準(zhǔn)確地計(jì)量耗電量,則需要設(shè)置多個(gè)電能表,導(dǎo)致造價(jià)很高。此時(shí)可采用選擇標(biāo)準(zhǔn)層計(jì)量的方法,即在功能、面積等均相差不多的層中,挑選具有代表性的2~3層進(jìn)行計(jì)量,并通過(guò)計(jì)量數(shù)據(jù)的加減法則間接計(jì)量分項(xiàng)能耗。
在新建建筑設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)按照以上分項(xiàng)原則進(jìn)行設(shè)計(jì),為能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供經(jīng)濟(jì)、適用的基礎(chǔ)條件。
(2) 充分利用現(xiàn)有配電設(shè)施和低壓配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng),合理設(shè)計(jì)分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)所需要的表計(jì)、計(jì)量表箱和數(shù)據(jù)采集器的數(shù)量。如有些既有建筑改造項(xiàng)目已經(jīng)安裝低壓配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)施時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮利用原有系統(tǒng),包括可利用的計(jì)量表和電流互感器等,采用合理形式將配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)納入到分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)中。如果原有配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的表計(jì)不符合分項(xiàng)計(jì)量要求,則只需更換符合要求的電能表,這樣可以節(jié)約部分資金。
(3) 三相平衡設(shè)備回路可設(shè)置單相普通電能表,照明插座供電回路可設(shè)置三相普通電能表。三相平衡設(shè)備包括風(fēng)機(jī)、水泵等,其供電電壓一般為380V,設(shè)備運(yùn)行時(shí)每相電流基本一致,其耗電量為3倍的單相電能表數(shù)據(jù)。
(4) 新建建筑市政給水管網(wǎng)引入總管及廚房餐廳的供水管配置數(shù)字水表;新建建筑采用區(qū)域性熱源和冷源時(shí)在每棟單體建筑的熱(冷)源入口總管處配置數(shù)字熱量表;市政供氣管網(wǎng)引入管及廚房餐廳用氣管配置數(shù)字燃?xì)獗怼?/p>
4能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備選擇
規(guī)范要求,能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的電能表的精確度等級(jí)不應(yīng)低于1.0級(jí)。普通電能表應(yīng)具有監(jiān)測(cè)和計(jì)量三相(單相)有功功率和有功功率或電流的功能;多功能電能表應(yīng)至少具有監(jiān)測(cè)和計(jì)量三相電流、電壓、有功功率、功率因數(shù)、有功電能、最大需量、總諧波含量功能。選用的電能表應(yīng)具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能,至少應(yīng)具有RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行電氣接口,采用Modbus標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放協(xié)議或符合DL/T 645—2007《多功能電能表通信協(xié)議》中的有關(guān)規(guī)定。一般僅在變壓器低壓側(cè)總進(jìn)線處設(shè)置多功能電能表,其他用電回路處只設(shè)置普通電能表。能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所用電能表一般采用數(shù)字式測(cè)控電表和導(dǎo)軌式電子測(cè)控電能表。變配電室低壓柜內(nèi)一般選用數(shù)字式測(cè)控儀表,樓層配電箱內(nèi)選用導(dǎo)軌式電能表;既有建筑改造項(xiàng)目中,低壓柜原有測(cè)控儀表不可用時(shí),根據(jù)柜內(nèi)空間也可考慮設(shè)置導(dǎo)軌式電能表。
規(guī)范要求,能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配用電流互感器的精確度等級(jí)不應(yīng)低于0.5級(jí)。電流互感器的種類很多,應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際選用。在既有建筑改造項(xiàng)目重要回路(不允許停電施工)中,可選用開(kāi)合式互感器。
設(shè)備專業(yè)負(fù)責(zé)該類設(shè)備的選型,要求計(jì)量表具滿足規(guī)范要求的精確度級(jí)別,性能參數(shù)符合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)先選用具有RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行接口或Modbus電氣接口的計(jì)量表,并應(yīng)具備累計(jì)流量和計(jì)量數(shù)據(jù)輸出的功能。各表具的設(shè)置位置可結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備選型及業(yè)主的需求來(lái)確定。在既有建筑改造項(xiàng)目中,尤其要注意選擇的表計(jì)不應(yīng)對(duì)原有系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。
數(shù)據(jù)采集器是一種采用嵌入式微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的建筑能耗數(shù)據(jù)采集專用裝置,具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷等功能。現(xiàn)場(chǎng)采集網(wǎng)絡(luò)有兩種基本形式:有線方式和無(wú)線方式。有線方式主要有RS-485總線、電力載波通信,無(wú)線方式主要為ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)。
數(shù)據(jù)采集器的設(shè)置數(shù)量應(yīng)滿足分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)囊?。?shù)據(jù)采集器需提供220 V供電電源。
系統(tǒng)管理控制柜一般安裝在變配電室的控制室或值班室內(nèi),也可按照用戶要求安裝在專設(shè)的能源監(jiān)測(cè)管理室內(nèi)。柜內(nèi)一般包括顯示器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、數(shù)據(jù)采集器(也可設(shè)在現(xiàn)場(chǎng))、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)、不間斷電源(Uninterrupted Power Supply,UPS)、外置UPS電池組等設(shè)備。柜體宜采用鍍鋅鋼板制作,表面噴塑處理。
通信網(wǎng)絡(luò)分為能耗采集器與計(jì)量表計(jì)之間的下行通信,以及能耗采集器與軟件系統(tǒng)之間的上行通信。
能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接線為總線式。電能表、能量表、溫控器、數(shù)據(jù)采集器之間的通信方式均采用RS-485,通信線為屏蔽雙絞線;數(shù)據(jù)集中器、以太網(wǎng)交換機(jī)、數(shù)據(jù)中心間相互距離不超過(guò)100 m時(shí),采用以太網(wǎng)通信,通信線為屏蔽超五類線或六類線;若相互距離超過(guò)100 m,則需要選用光纖通信。
5其他注意事項(xiàng)
(1) 能耗監(jiān)測(cè)軟硬件系統(tǒng)由服務(wù)器、工作站、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件組成。能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)一般由專業(yè)節(jié)能公司提供,施工圖設(shè)計(jì)時(shí)需確定系統(tǒng)主機(jī)設(shè)置位置(房間),以方便系統(tǒng)接線。系統(tǒng)主機(jī)一般設(shè)在變配電值班室或建筑設(shè)備監(jiān)控中心,也可設(shè)在其他由建設(shè)單位指定的專門(mén)房間內(nèi),盡量減少人為干擾,以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
(2) 在設(shè)計(jì)說(shuō)明中明確系統(tǒng)主機(jī)應(yīng)配置與上級(jí)能耗監(jiān)測(cè)中心的通信接口,以及能耗數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)送的通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口。
(3) 分項(xiàng)計(jì)量改造不應(yīng)改動(dòng)供電部門(mén)計(jì)量表的二次接線,不應(yīng)與計(jì)費(fèi)電能表串接,避免影響計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的正常工作。
(4) 當(dāng)建筑物供電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)時(shí),電能表采用三相四線制;在醫(yī)院等特殊區(qū)域采用IT系統(tǒng)時(shí),電能表采用三相三線制。
(5) 樓層配電箱回路開(kāi)關(guān)電流不超過(guò)60 A時(shí),可直接接入導(dǎo)軌式電能表;當(dāng)線路開(kāi)關(guān)電流大于60 A時(shí),需配置電流互感器。
6結(jié)語(yǔ)
能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)建筑物能耗監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要工作,也是確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保證。因此,建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位都應(yīng)充分重視這項(xiàng)工作,努力做好前期準(zhǔn)備,精心組織設(shè)計(jì),為建筑物節(jié)能運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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Construction Drawing Design of Building Energy Consumption Monitoring SystemWANGWei
(Dezhou Architectural Planning Survey and Design Institute, Dezhou 253077, China)
Abstract:This paper introduced the steps and methods of construction drawing design for building energy consumption monitoring system.It is emphasized that the construction drawing design should combine with the engineering practice to choose the suitable subentry measure ways.The construction drawing is the guaranteed measures for the favorable operation of energy consumption monitoring system.
Key words:energy consumption monitoring; classification energy consumption; subentry measure; design principle; multifunction watthour meter
收稿日期:2015-06-27
中圖分類號(hào):TU 201.5
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B
文章編號(hào):1674-8417(2016)01-0047-05