智能大型公共建筑節能的分析及探討

 

　目前，超過70%的大型公共建筑沒有專職的節能管理人員，企業內部普遍沒有建立相應的能源管理制度，不能及時掌握能源的整體消耗情況，對主要用能設備的運行情況和節能狀況也未能及時把握?？偟膩碚f，大多數大型公共建筑業主的用能設備管理僅僅是從**使用的角度考慮，建立企業內部的節能管理體系已經變得非常的迫切。---智能大型公共建筑節能的分析及探討

 

 

　大型公共建筑的用電設備數量與種類眾多，主要包括：中央空調、照明、電梯、給排水、電加熱負載，變壓器和其他混合負載等。而各種機電設備的能耗具有較大的節能空間。同時，面向建筑內的機電設備實施節能，相對于改變建筑的墻體、窗體結構而言，更具有見效快、對建筑正常使用影響小等優勢

 

　　(1)中央空調能耗現狀

 

　一般地，在大型公共建筑中，中央空調系統的能耗約占總能耗的40%以上，而大部分建筑的中央空調實際熱負載在絕大部分時間內遠比設計負載低，且主機、輔機和末端舒適度三者未能實現合理動態調節，導致系統效率較低，電能浪費嚴重。

 

　　(2)照明系統能耗現狀

 

　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行采光，在上班時間段，照明系統通常都是連續照明，所消耗的能量大，也增加了室內熱負荷?？梢愿鶕嶋H需求選擇不同的照明節能措施，對提高光效、節約能量是非常重要的。

 

　　(3)電梯系統及其他動力設備能耗現狀

 

　目前，大型公共建筑節能電梯僅占國內電梯保有量的2%，節能潛力巨大。而公共建筑中給排水等其他能耗設備通過采取一定的控制手段，也能有一定的節能空間。

 

　　(4)供配電系統能耗現狀

 

     供配電系統通過導線、開關、變壓器等設備進行傳輸的過程中，會產生功率損失(有功、無功功率)，并在相應的時間內產生能量損失(有功、無功電量)。

 

 

 

     對珠三角地區的公共建筑進行能源審計時發現，大型公共建筑功能的實現是以各類機電設備系統運行為基礎，空調、給排水、照明的能耗要占建筑運行能耗的70%，僅空調系統的運行能耗就占各系統總能耗的40%以上。所以，在進行大型公共建筑節能研究時，解決機電設備的節能問題是核心。

 

      

 

 

 

 

 

 

     建筑能耗監測系統的拓撲結構如圖3，系統多采用分布式結構，按功能或區域進行劃分，模塊化設計。整個系統一般分為三層，即主控層（站控管理層）、中間層（網絡通訊層）和現場層（現場設備層）。

 

 

 

 

 

 

 

圖3 系統拓撲結構圖

 

 

1）站控管理層

 

    站控管理層針對能耗監測系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的上層部分。主要由系統軟件和必要的硬件設備，如工業級計算機、打印機、UPS 電源等組成。監測系統軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現場各類數據信息計算、分析與處理，并以圖形、數顯、聲音等方式反映現場的運行狀況。

 

監控主機：用于數據采集、處理和數據轉發。為系統內或外部提供數據接口，進行系統管理、維護和分析工作。

 

打印機：系統召喚打印或自動打印圖形、報表等。

 

模擬屏：系統通過通訊方式與智能模擬屏進行數據交換，形象顯示整個系統運行狀況。

 

UPS：保證計算機監測系統的正常供電，在整個系統發生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。

 

 

2）網絡通訊層

 

     通訊層主要是由通訊管理機、以太網設備及總線網絡組成。該層是數據信息交換的橋梁，負責對現場設備回送的數據信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉達上位機對現場設備的各種控制命令。

 

通訊管理機：是系統數據處理和智能通訊管理中心。它具備了數據采集與處理、通訊控制器、前置機等功能。

 

以太網設備：包括工業級以太網交換機。

 

通訊介質：系統主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無線通訊等。

 

3）現場設備層

 

現場設備層是數據采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現場總線連接的分布式I/O 控制器構成數據采集終端，向數據中心上傳存儲的建筑能耗數據。測量儀表擔負著基層的數據采集任務，其監測的能耗數據完整、準確并實時傳送至數據中心。

 

 

     上位機軟件為Acrel-5000能耗監測系統組態軟件，該軟件是對現場能耗數據進行采集與監測的專用軟件，的特點是能以靈活多樣的“組態形式”而不是編程方式來進行系統集成，它提供了良好的用戶開發界面和簡捷的工程實現方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態”，便可以非常容易地實現和完成對現場數據的采集與監測功能。Acrel-5000能耗監測系統具有友好的人機交互界面，可實時和定時采集現場設備各參量及開關量狀態，并將采集到的數據上傳給數據中心存儲。系統還提供了實時曲線和歷史趨勢曲線分析，符合用戶設計需要的報表、事件記錄和故障報警等功能。整個系統可以實現所有回路能耗的采集和統計，實現了遠程自動抄表、能耗監測功能。

 

1）運行狀態監測：通訊異常報警提示。

 

2）用戶管理：不同用戶權限具備不同操作功能，各級權限的口令修改操作功能，具有權限防誤功能。

 

3）能耗報表、棒圖：實現了所有能耗報表的按時間查詢，分為日、月、年報表等，任意分類、分項實時能耗棒圖顯示。

 

4）打印及導出：所有報表及界面可打印，或以EXCEL、WORD 格式進行導出。

 

 

 

大型公共建筑電能計量宜采用電力儀表作為內部管理電表，不宜用收費電表。兩者主要特點歸納如下（見表1）。

 

 

 

      供電部門一般給用戶實施一戶一表的收費制度，即收費電表由供電部門統一安裝。因此，收費電表除了要有技監局發放的計量器具許可證外，還需要當地省、市電力部門的許可才可安裝使用。在大型公共建筑電能管理中，供電部門一般會在總進線處安裝收費電表。

電力儀表在用戶安裝收費電表的基礎上，考慮內部電能計量與節能管理的需要安裝，用于內部電能管理。因此用戶可自主選擇采購，但應注意制造商是否有電力儀表（電能部分）的計量許可證。電力儀表可以完成對各回路、各樓層或各功能區的分項電能數據的采集，通過后臺電能管理系統完成對大型公共建筑的電能分項計量。

 

 

 

    電力儀表，是針對電力系統、工礦企業、公用設施、智能大型公共建筑的電力監控與電能管理需求而設計的。它能高精度的測量所有常用的電力參數，如三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數、四象限電能等，采用可視度高的LCD來顯示儀表測量參數和電網系統的運行信息。電力儀表功能、型號繁多，價格也各不相同，電能計量方案也多種多樣，因此，應合理選配，達到較佳的性價比。

    Acrel(安科瑞)公司研發的Acrel-5000建筑能耗分析管理系統，可以通過ACR網絡電力儀表、諧波表、導軌式電能表，對商場、賓館、學校、醫院、銀行、體育館、政府機關等大型公建進行電能分項計量和能耗分析管理。

     根據住房和城鄉建設部114號文件，對大型公共建筑能耗數據實行分類、分項計量，對電能按動力用電、照明與插座用電、空調用電和特殊用電進行分項計量管理。因此，針對宿舍、商鋪、病房等應計量到經濟核算單元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352電表；

 

       DDS1352單相電表，用于單相電能計量，DIN35mm導軌安裝，寬度為1個模數（即寬為18mm），一次接入單相電流30A，精度1.0級。優點是尺寸小，價格低，缺點是沒有通訊功能，不能組網。

 

       DDSF1352單相電表，同樣為DIN35mm導軌安裝，寬度為4個模數，一次接入單相電流為80A，精度1.0級，具有峰、平、谷電能分時復費率計量功能，帶RS485接口，Modbus協議或DL/T645規約，可組網。主要應用于對單相電能的計量，常用在配電箱內。DDS1352及DDSF1352單相電表外形及應用如圖4所示：

       

   

圖4 DDS1352電表外形，DDSF1352電表外形及其應用

 

     針對用電設施按照明與插座用電、動力用電、空調用電、特殊用電進行分項計量，對學校教室、醫療病房、賓館客房按樓層或功能分區計量時，可選用DTSF1352或ACR120EL電表。

 

     采用DTSF1352三相四線電表（見圖5），用于三相電能計量，具有尖、峰、平、谷電能分時復費率計量功能，DIN35mm導軌安裝，寬度為7個模數，可安裝在照明箱或動力箱中，一次接入三相電流80A，80A以上可經電流互感器采集，精度0.5級，帶RS485接口，Modbus協議或DL/T645規約，可組網。

 

 

 

圖5 DTSF1352電表外形及其在動力箱中的應用

 

     采用ACR120EL多功能電表，該表為嵌入式安裝，可安裝在動力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，規格為220/380V、5A，電流經互感器接入，精度0.5級，可測量電流、電壓、功率、頻率、功率因數、四象限電能等電參量，帶Modbus通訊協議。

 

      一些重要場合需檢測諧波的，可采用ACR230ELH多功能電表，針對進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，除測量所有電參量外，還具有需量，2-31次電流、電壓諧波分量、電壓波峰系數、電流K系數、電話波形因子、電流電壓不平衡度、正負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際應用如圖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用

 

 

 

     基于對大型公共建筑的了解，Acrel(安科瑞)通過能源監測管理技術、建筑智能化技術、變頻技術等綜合節能技術的應用，從節能管理層面、設備改造層面、運營服務層面，提出大型公共建筑機電設備節能整體解決方案，以滿足建筑功能為前提，幫助建筑實現能效提升。

 

 

　　樓宇能效管理中心由能效管理、設施管理、環境控制組成三層能效監測管理系統，從管理角度使建筑獲得能效提升，同時，對穩定節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，并及時對異常情況進行調整。

 

 

　　(1)中央空調系統節能

　　中央空調系統作為大型公共建筑主要的用電設備，針對它的節能不僅能為建筑整體運營成本的下降帶來、直接的效益，同時，還對改善建筑環境空氣質量有著非常重要的意義。

　　①制冷主機的節能控制

　　通過優化主機運行模式、設定運行參數，調節制冷主機供回水溫差及冷凍、冷卻水流量，以提供制冷主機的運行效率，從而實現制冷主機的COP值；

　　②空調水系統節能控制

　　對冷卻、凍水循環及冷卻塔系統分別加裝智能調速控制器、溫度傳感器、壓差傳感器和流量傳感器等，實現符合負荷要求的合理性調節。

　　③空氣處理機的節能控制

　　加裝空調處理機變頻控制系統，優化空調機組的控制模式，對風系統各支管路風閥進行節能控制，保證各空調區域換氣次數和壓力平衡，并通過合理利用新風取得優化節能的效果；

　　④排風系統的節能控制

　　排風系統的改造不僅可以起到節能降耗的效果，還可以提高建筑內的熱舒適性。對風系統各分支管路風閥進行檢測，保證各區域送風的平衡，提升建筑內的空氣品質，進而實現節能與熱舒適度的結合。

 

　　(2)照明系統

　　根據建筑物的實際用能需求，安科瑞公司通過提供經濟技術指標良好的照明節能方案，幫助用戶實現節能目的；如：將常規的T8熒光燈更換更為節能的T5熒光燈或LED照明燈具等。

　　對公共照明區域，還可采用自動化控制手段，必要時輔以配電線路的改造，實現對公共照明系統按各種模式實現分時、分區、分線路的群控功能。

 

　　(3)電梯系統及其他動力設備

　　對擁有多部電梯的場合，可根據電梯在不同時段、不同區域的使用特點建立群控系統，在保障運營服務品質的基礎上提高其整體使用效率。

　　當然，采用變頻器調速取代異步電動機調壓調速也是以提高電動機運行效率為目標的節能措施。同樣的，其它風機、水泵也可適當采用變頻調速等手段提高設備運行效率。

 

　　(4)供配電系統

　　配電系統的降損節能措施主要包括變壓器的合理使用，無功補償技術，保持三相負載平衡，減少高次諧波、提高功率因數等。

 

 

　　在實施節能改造后，用戶可以獲得設備運行狀態的數據服務。同時，針對實時監測的情況，利用控制策略進行的節能調節，保證了建筑末端環境的溫濕度、照度、二氧化碳濃度等的要求。

　　通過建立在安科瑞公司的“城市能源監測管理平臺”提供的在線檢測服務，24小時監測建筑的實時運行參數，提供故障診斷和排除，實現傳統的定期維護模式向實時狀態維護模式的轉變，避免出現過修或失修的狀況。

 

 

 

　　打造高舒適、低能耗的建筑運行環境，實現四大目標：

　　提升管理水平，打造智能建筑；

　　改善環境品質，實現健康舒適；

　　優化系統運行，延長設備壽命；

　　降低整體能耗，減少運營成本。

 

 

     隨著能源的日益緊張，節能降耗成為大型公共建筑智能化建設的必然選擇，本文介紹Acrel-5000能耗監測系統，不僅能監控供配電系統的運行狀況，還能監測用水量、燃氣等其它能源的使用狀況，并能根據采集到的能耗數據繪制出各種報表、分析曲線、圖形等，便于分析研究，為智能建筑的節能技術提供參考。該系統運行**、可靠，并附有事件記錄及故障報警等功能，極大地方便了用戶的使用。