1 大型公共建筑的節(jié)能管理現(xiàn)狀
目前，超過(guò)70%的大型公共建筑沒有專職的節(jié)能管理人員，企業(yè)內(nèi)部普遍沒有建立相應(yīng)的能源管理制度，不能及時(shí)掌握能源的整體消耗情況，對(duì)主要用能設(shè)備的運(yùn)行情況和節(jié)能狀況也未能及時(shí)把握。總的來(lái)說(shuō)，大多數(shù)大型公共建筑業(yè)主的用能設(shè)備管理僅僅是從安全使用的角度考慮，建立企業(yè)內(nèi)部的節(jié)能管理體系已經(jīng)變得非常的迫切。
2 大型公共建筑節(jié)能需求
大型公共建筑的用電設(shè)備數(shù)量與種類眾多，主要包括：中央空調(diào)、照明、電梯、給排水、電加熱負(fù)載，變壓器和其他混合負(fù)載等。而各種機(jī)電設(shè)備的能耗具有較大的節(jié)能空間。同時(shí)，面向建筑內(nèi)的機(jī)電設(shè)備實(shí)施節(jié)能，相對(duì)于改變建筑的墻體、窗體結(jié)構(gòu)而言，更具有見效快、對(duì)建筑正常使用影響小等優(yōu)勢(shì)
(1)中央空調(diào)能耗現(xiàn)狀
一般地，在大型公共建筑中，中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占總能耗的40%以上，而大部分建筑的中央空調(diào)實(shí)際熱負(fù)載在絕大部分時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù)載低，且主機(jī)、輔機(jī)和末端舒適度三者未能實(shí)現(xiàn)合理動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)效率較低，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。
(2)照明系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀
目前，許多公共建筑都是全封閉空間模式，完全依靠人工照明進(jìn)行采光，在上班時(shí)間段，照明系統(tǒng)通常都是連續(xù)照明，所消耗的能量大，也增加了室內(nèi)熱負(fù)荷。可以根據(jù)實(shí)際需求選擇不同的照明節(jié)能措施，對(duì)提高光效、節(jié)約能量是非常重要的。
(3)電梯系統(tǒng)及其他動(dòng)力設(shè)備能耗現(xiàn)狀
目前，大型公共建筑節(jié)能電梯僅占全國(guó)電梯保有量的2%，節(jié)能潛力巨大。而公共建筑中給排水等其他能耗設(shè)備通過(guò)采取一定的控制手段，也能有一定的節(jié)能空間。
(4)供配電系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀
供配電系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)線、開關(guān)、變壓器等設(shè)備進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生功率損失(有功、無(wú)功功率)，并在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生能量損失(有功、無(wú)功電量)。
3 大型公共建筑用能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
對(duì)珠三角地區(qū)的公共建筑進(jìn)行能源審計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，大型公共建筑功能的實(shí)現(xiàn)是以各類機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行為基礎(chǔ)，空調(diào)、給排水、照明的能耗要占建筑運(yùn)行能耗的70%，僅空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗就占各系統(tǒng)總能耗的40%以上。所以，在進(jìn)行大型公共建筑節(jié)能研究時(shí)，解決機(jī)電設(shè)備的節(jié)能問(wèn)題是核心。
4 大型公共建筑節(jié)能解決方案
4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3，系統(tǒng)多采用分布式結(jié)構(gòu)，按功能或區(qū)域進(jìn)行劃分，模塊化設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)一般分為三層，即主控層（站控管理層）、中間層（網(wǎng)絡(luò)通訊層）和現(xiàn)場(chǎng)層（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層）。
圖3 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
1）站控管理層
站控管理層針對(duì)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS 電源等組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。
監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。
打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形、報(bào)表等。
模擬屏：系統(tǒng)通過(guò)通訊方式與智能模擬屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，形象顯示整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。
UPS：保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問(wèn)題時(shí)，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。
2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
通訊層主要是由通訊管理機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。
通訊管理機(jī)：是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和智能通訊管理中心。它具備了數(shù)據(jù)采集與處理、通訊控制器、前置機(jī)等功能。
以太網(wǎng)設(shè)備：包括工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)。
通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無(wú)線通訊等。
3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線連接的分布式I/O 控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳存儲(chǔ)的建筑能耗數(shù)據(jù)。測(cè)量?jī)x表?yè)?dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測(cè)的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)中心。
4.2軟件實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)功能
上位機(jī)軟件為Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組態(tài)軟件，該軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)的專用軟件，最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)功能。Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面，可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各參量及開關(guān)量狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)。系統(tǒng)還提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線分析，符合用戶設(shè)計(jì)需要的報(bào)表、事件記錄和故障報(bào)警等功能。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有回路能耗的采集和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表、能耗監(jiān)測(cè)功能。
1）運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)：通訊異常報(bào)警提示。
2）用戶管理：不同用戶權(quán)限具備不同操作功能，各級(jí)權(quán)限的口令修改操作功能，具有權(quán)限防誤功能。
3）能耗報(bào)表、棒圖：實(shí)現(xiàn)了所有能耗報(bào)表的按時(shí)間查詢，分為日、月、年報(bào)表等，任意分類、分項(xiàng)實(shí)時(shí)能耗棒圖顯示。
4）打印及導(dǎo)出：所有報(bào)表及界面可打印，或以EXCEL、WORD 格式進(jìn)行導(dǎo)出。
4.3大型公建電能計(jì)量宜采用智能電力監(jiān)控儀表
大型公共建筑電能計(jì)量宜采用電力儀表作為內(nèi)部管理電表，不宜用收費(fèi)電表。兩者主要特點(diǎn)歸納如下（見表1）。
供電部門一般給用戶實(shí)施一戶一表的收費(fèi)制度，即收費(fèi)電表由供電部門統(tǒng)一安裝。因此，收費(fèi)電表除了要有技監(jiān)局發(fā)放的計(jì)量器具許可證外，還需要當(dāng)?shù)厥 ⑹须娏Σ块T的許可才可安裝使用。在大型公共建筑電能管理中，供電部門一般會(huì)在總進(jìn)線處安裝收費(fèi)電表。
電力儀表在用戶安裝收費(fèi)電表的基礎(chǔ)上，考慮內(nèi)部電能計(jì)量與節(jié)能管理的需要安裝，用于內(nèi)部電能管理。因此用戶可自主選擇采購(gòu)，但應(yīng)注意制造商是否有電力儀表（電能部分）的計(jì)量許可證。電力儀表可以完成對(duì)各回路、各樓層或各功能區(qū)的分項(xiàng)電能數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)后臺(tái)電能管理系統(tǒng)完成對(duì)大型公共建筑的電能分項(xiàng)計(jì)量。
4.4電力儀表在建筑能耗電能分項(xiàng)計(jì)量中的選型方案
Acrel(安科瑞)公司研發(fā)的Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)，可以通過(guò)ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、導(dǎo)軌式電能表，對(duì)商場(chǎng)、賓館、學(xué)校、醫(yī)院、銀行、體育館、政府機(jī)關(guān)等大型公建進(jìn)行電能分項(xiàng)計(jì)量和能耗分析管理。
電力儀表，是針對(duì)電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設(shè)施、智能大型公共建筑的電力監(jiān)控與電能管理需求而設(shè)計(jì)的。它能高精度的測(cè)量所有常用的電力參數(shù)，如三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、四象限電能等，采用可視度高的LCD來(lái)顯示儀表測(cè)量參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行信息。電力儀表功能、型號(hào)繁多，價(jià)格也各不相同，電能計(jì)量方案也多種多樣，因此，應(yīng)合理選配，達(dá)到較佳的性價(jià)比。
根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部114號(hào)文件，對(duì)大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)實(shí)行分類、分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)電能按動(dòng)力用電、照明與插座用電、空調(diào)用電和特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量管理。因此，針對(duì)宿舍、商鋪、病房等應(yīng)計(jì)量到經(jīng)濟(jì)核算單元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352電表；
DDS1352單相電表，用于單相電能計(jì)量，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為1個(gè)模數(shù)（即寬為18mm），一次最大接入單相電流30A，精度1.0級(jí)。優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，價(jià)格低，缺點(diǎn)是沒有通訊功能，不能組網(wǎng)。
DDSF1352單相電表，同樣為DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為4個(gè)模數(shù)，一次最大接入單相電流為80A，精度1.0級(jí)，具有峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量功能，帶RS485接口，Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約，可組網(wǎng)。主要應(yīng)用于對(duì)單相電能的計(jì)量，常用在配電箱內(nèi)。DDS1352及DDSF1352單相電表外形及應(yīng)用如圖4所示：
圖4 DDS1352電表外形，DDSF1352電表外形及其應(yīng)用
針對(duì)用電設(shè)施按照明與插座用電、動(dòng)力用電、空調(diào)用電、特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，對(duì)學(xué)校教室、醫(yī)療病房、賓館客房按樓層或功能分區(qū)計(jì)量時(shí)，可選用DTSF1352或ACR120EL電表。
采用DTSF1352三相四線電表（見圖5），用于三相電能計(jì)量，具有尖、峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量功能，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為7個(gè)模數(shù)，可安裝在照明箱或動(dòng)力箱中，一次最大接入三相電流80A，80A以上可經(jīng)電流互感器采集，精度0.5級(jí)，帶RS485接口，Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約，可組網(wǎng)。
圖5 DTSF1352電表外形及其在動(dòng)力箱中的應(yīng)用
采用ACR120EL多功能電表，該表為嵌入式安裝，可安裝在動(dòng)力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，規(guī)格為220/380V、5A，電流經(jīng)互感器接入，精度0.5級(jí)，可測(cè)量電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)、四象限電能等電參量，帶Modbus通訊協(xié)議。
一些重要場(chǎng)合需檢測(cè)諧波的，可采用ACR230ELH多功能電表，針對(duì)進(jìn)線回路或重要出線回路，采用ACR230ELH多功能電表，嵌入式安裝在配電柜門板上，面框尺寸為96mm×96mm，除測(cè)量所有電參量外，還具有最大需量，2-31次電流、電壓諧波分量、電壓波峰系數(shù)、電流K系數(shù)、電話波形因子、電流電壓不平衡度、正負(fù)零序分量分析等功能。ACR120EL，ACR230ELH多功能電表外形及其在低壓配電柜中的實(shí)際應(yīng)用如圖6所示。
圖6 ACR120EL、ACR230ELH多功能電表外形及其在配電抽屜柜中的應(yīng)用
4.5系統(tǒng)解決方案
基于對(duì)大型公共建筑的了解，Acrel(安科瑞)通過(guò)能源監(jiān)測(cè)管理技術(shù)、建筑智能化技術(shù)、變頻技術(shù)等綜合節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，從節(jié)能管理層面、設(shè)備改造層面、運(yùn)營(yíng)服務(wù)層面，提出大型公共建筑機(jī)電設(shè)備節(jié)能整體解決方案，以滿足建筑功能為前提，幫助建筑實(shí)現(xiàn)能效提升。
節(jié)能管理——建立樓宇能效管理中心，提升節(jié)能管理水平
樓宇能效管理中心由能效管理、設(shè)施管理、環(huán)境控制組成三層能效監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，從管理角度使建筑獲得能效提升，同時(shí)，對(duì)穩(wěn)定節(jié)能效果也起到一定的作用。用能單位可以從管理中心獲知每日用電情況，并及時(shí)對(duì)異常情況進(jìn)行調(diào)整。
設(shè)備改造——從建筑機(jī)電設(shè)備運(yùn)行改善入手，解決建筑高能耗及環(huán)境改善問(wèn)題。
(1)中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能
中央空調(diào)系統(tǒng)作為大型公共建筑最主要的用電設(shè)備，針對(duì)它的節(jié)能不僅能為建筑整體運(yùn)營(yíng)成本的下降帶來(lái)最大、最直接的效益，同時(shí)，還對(duì)改善建筑環(huán)境空氣質(zhì)量有著非常重要的意義。
①制冷主機(jī)的節(jié)能控制
通過(guò)優(yōu)化主機(jī)運(yùn)行模式、設(shè)定運(yùn)行參數(shù)，調(diào)節(jié)制冷主機(jī)供回水溫差及冷凍、冷卻水流量，以提供制冷主機(jī)的運(yùn)行效率，從而實(shí)現(xiàn)制冷主機(jī)的最佳COP值；
②空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制
對(duì)冷卻、凍水循環(huán)及冷卻塔系統(tǒng)分別加裝智能調(diào)速控制器、溫度傳感器、壓差傳感器和流量傳感器等，實(shí)現(xiàn)符合負(fù)荷要求的合理性調(diào)節(jié)。
③空氣處理機(jī)的節(jié)能控制
加裝空調(diào)處理機(jī)變頻控制系統(tǒng)，優(yōu)化空調(diào)機(jī)組的控制模式，對(duì)風(fēng)系統(tǒng)各支管路風(fēng)閥進(jìn)行節(jié)能控制，保證各空調(diào)區(qū)域換氣次數(shù)和壓力平衡，并通過(guò)合理利用新風(fēng)取得優(yōu)化節(jié)能的效果；
④排風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能控制
排風(fēng)系統(tǒng)的改造不僅可以起到節(jié)能降耗的效果，還可以提高建筑內(nèi)的熱舒適性。對(duì)風(fēng)系統(tǒng)各分支管路風(fēng)閥進(jìn)行檢測(cè)，保證各區(qū)域送風(fēng)的平衡，提升建筑內(nèi)的空氣品質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能與熱舒適度的結(jié)合。
(2)照明系統(tǒng)
根據(jù)建筑物的實(shí)際用能需求，安科瑞公司通過(guò)提供經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)良好的照明節(jié)能方案，幫助用戶實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的；如：將常規(guī)的T8熒光燈更換更為節(jié)能的T5熒光燈或LED照明燈具等。
對(duì)公共照明區(qū)域，還可采用自動(dòng)化控制手段，必要時(shí)輔以配電線路的改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)公共照明系統(tǒng)按各種模式實(shí)現(xiàn)分時(shí)、分區(qū)、分線路的群控功能。
(3)電梯系統(tǒng)及其他動(dòng)力設(shè)備
對(duì)擁有多部電梯的場(chǎng)合，可根據(jù)電梯在不同時(shí)段、不同區(qū)域的使用特點(diǎn)建立群控系統(tǒng)，在保障運(yùn)營(yíng)服務(wù)品質(zhì)的基礎(chǔ)上提高其整體使用效率。
當(dāng)然，采用變頻器調(diào)速取代異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速也是以提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率為目標(biāo)的節(jié)能措施。同樣的，其它風(fēng)機(jī)、水泵也可適當(dāng)采用變頻調(diào)速等手段提高設(shè)備運(yùn)行效率。
(4)供配電系統(tǒng)
配電系統(tǒng)的降損節(jié)能措施主要包括變壓器的合理使用，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，保持三相負(fù)載平衡，減少高次諧波、提高功率因數(shù)等。
運(yùn)營(yíng)服務(wù)——實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提供在線持續(xù)節(jié)能服務(wù)，穩(wěn)定節(jié)能效益。
在實(shí)施節(jié)能改造后，用戶可以獲得設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)服務(wù)。同時(shí)，針對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的情況，利用控制策略進(jìn)行的節(jié)能調(diào)節(jié)，保證了建筑末端環(huán)境的溫濕度、照度、二氧化碳濃度等的要求。
通過(guò)建立在安科瑞公司的“城市能源監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)”提供的在線檢測(cè)服務(wù)，24小時(shí)監(jiān)測(cè)建筑的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，提供故障診斷和排除，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的定期維護(hù)模式向?qū)崟r(shí)狀態(tài)維護(hù)模式的轉(zhuǎn)變，避免出現(xiàn)過(guò)修或失修的狀況。
大型公共建筑節(jié)能核心目標(biāo)
打造高舒適、低能耗的建筑運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)四大目標(biāo)：
提升管理水平，打造智能建筑；
改善環(huán)境品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)健康舒適；
優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備壽命；
降低整體能耗，減少運(yùn)營(yíng)成本。
5 結(jié)束語(yǔ)
隨著能源的日益緊張，節(jié)能降耗成為大型公共建筑智能化建設(shè)的必然選擇，本文介紹Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅能監(jiān)控供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，還能監(jiān)測(cè)用水量、燃?xì)獾绕渌茉吹氖褂脿顩r，并能根據(jù)采集到的能耗數(shù)據(jù)繪制出各種報(bào)表、分析曲線、圖形等，便于分析研究，為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠，并附有事件記錄及故障報(bào)警等功能，極大地方便了用戶的使用。
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