上虞區某社區中心能耗監測系統的設計與應用

安科瑞 耿敏花

摘要：

針對大型公共建筑能耗高且能源管理不合理的問題，利用計算機網絡技術、通訊技術、計量控制技術等信息化技術，實現能源資源分類分項準確計量和能源資源運行監管功能，清晰描述建筑內總的用能現狀；實時監測各供電回路的電壓、電流和功率等電力參數，識別負荷與無效能耗，從而可通過技術或行為節能方式，實現建筑的節能。  

0  能耗系統的引入背景

隨著社會的發展，能源的消耗量也在迅速增長，特別是建筑能耗的增長特別迅速，已經成為除工業、交通外的第三大能源消耗。按照當前建筑業的發展趨勢，在若干年后社會的能源產出將無法滿足能源的需求，所以減小能源的消耗量是一個十分重要的且需要盡早解決的問題。在建筑能耗中，大型公共建筑的能源消耗量占據了很大的份額，雖然其總能耗量遠不如住宅建筑消耗量大，但是單位面積的能耗消耗量十分巨大，所以大型公共建筑的節能工作具有很大的潛力。大型公共建筑能耗監測系統的建設使得人們可以充分了解大型公共建筑的能耗使用情況，為提出節能減排政策與決策奠定基礎，隨著中國城市化進程的推進、經濟的發展，我國建筑能耗總量呈持續增長的態勢，并且增長速度有越來越快的趨勢。如果任由建筑能耗照此速度增長，必然給中國能源供應安全帶來很大的壓力，因此建筑節能勢在必行。  

1  項目概述

某社區服務中心是上虞市委、市人民政府為構建和諧社會而投資創建的一項為民服務實事工程。中心座落在百官街道文化路98號，辦公面積300多平方，內設辦公室、接線部、執行部三個科室。  

2  能耗在線監測系統的設計

整個能耗在線監測系統的設計是以《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據傳輸技術導則》、《浙江省國家機關辦公建筑和大型公共建筑用電分項計量系統設計標準》等相關技術導則為基礎，建設符合用戶實際需求的能耗在線監測系統，整個系統完成了建筑內部能耗計量儀表和能耗數據采集裝置的安裝，實現從建筑采集能耗數據，遠程傳輸數據，數據統計與展示的功能。整個系統包括能耗數據的原始采集、能耗數據的在線傳輸、能耗數據的在線分析診斷等，通過能耗計量裝置的安裝，實現能耗數據的原始采集；通過通訊管理機的安裝，實現能耗數據的在線傳輸；通過能耗數據的采集存數，形成可視化趨勢，確定較高能耗范圍 診斷形成高耗原因；通過后期的配置節能節電產品 改進運營管理模式，進行節能降耗；通過節能降耗前后數據對比，查看節能降耗實施效果。

2.1 能耗數據的原始采集 

能耗數據的原始采集是整個能耗在線監測系統的基礎，是整個能耗在線監測系統的基本構成元素，指依據國家機關辦公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源種類的劃分，建筑能耗應包括耗電量，耗水量，耗氣量，集中供熱耗熱量，集中供冷耗冷量和其他能源消耗量，分項能耗數據是指分類能耗數據中的一類或多類再細分為若干項。如電能又可以分為4類分項，插座照明用電，空調用電，特殊用電和動力用電，且每一個分項又可再分為若干子項。插座照明用電包括了建筑內部主要工作區域照明，普通設備用電等。可細分為插座照明用電，應急照明及走廊用電，室外照明用電三個子項。空調用電主要是指為建筑內部提供制冷和制熱所消耗的電能，其也包括兩個子項，冷熱站電能使用和空調末端電能使用。動力用電是為建筑內提供動力服務使用的電能，包括電梯用電、水泵用電、通風機用電三個子項。這些分類分項數據要在采集器內部進行計算和存儲，并定時與數據中心建立連接發送原始數據。本建筑中，涉及到的能耗信息主要包括耗電量，按照分類、分項計量系統的設計要求，本建筑中用電計量采用多功能電度表，在各樓層照明配電箱、空調配電箱、動力配電箱以及其他特殊用電配電箱安裝多功能電表，實現電能的分項采集。 多功能電表采用交流采樣技術，能分別測量電網中的電流、電壓、功率、功率因數和電能等參數，可通過面板薄膜開關設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus-RTU通信協議，所有多功能電表有功電度計量精度達到0.5級，

2.2 數據傳輸 

數據傳輸是指原始分類分項數據經由數據采集器將能耗原始數據從分散分布的建筑群上傳到數據中心，并將數據進行處理，完成原始數據存儲的過程。在該過程中，數據采集器將定時采集到的數據進行累加，形成可擴展標示語言（XML）格式的數據包，數據包中不僅包含需要上傳的數據還包括對應的建筑信息和采集器信息等。采集器還要對要傳輸的數據包進行加密處理，一般采用128位aes加密處理以保證數據的安全并進行上傳工作。整個系統的數據傳輸網絡包括現場計量采集裝置與采集器之間的485網絡以及采集器與數據中心之間以太網，現場計量采集裝置與采集器之間通過RS-485的總線方式，實現計量采集裝的手拉手式的連接，然后接入采集器，每路485總線連接計量采集裝置的數量在20只左右；采集器與數據中心之間通過建筑內部智能化網絡實現數據的遠傳傳輸，整個系統的網絡結構如下圖所示：

2.3 能耗在線監測系統軟件功能設計

1）能耗在線監測數據處理 各分項能耗增量應根據各計量裝置的原始數據增量進行數學計算，同時計算得出分項能耗日結數據，分項能耗日結數據是某一分項能耗在一天內的增量和當天采集間隔時間內的平均值；根據分項能耗的日結數據，進而計算出逐月、逐年分項能耗數據及平均值。

2）能耗在線監測管理軟件架構 能耗在線監測系統采用C/S（客戶機/服務器）架構的分布式網絡結構，系統采用標準化、網絡化、功能分布的體系結構，且有高度的可靠性和維護方便性 。系統具備軟、硬件的擴充能力，支持系統結構的擴展和功能的升級。可以根據系統的規模和特殊需求，充分優化網絡各節點資源和均衡網絡負擔，并便于系統的分階段實施。

3）軟件功能模塊 按照區域、部門、用電設備類型進行細分，提供同比、環比分析比較和用能數據追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能數據和報表，幫助用戶梳理能源賬單明細和制定能源績效考核。  

3  能耗在線監測系統建設的意義

大型公共建筑能耗監測系統是按照國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統建設的相關技術導則進行設計的一個多層次，多功能，跨區域，可雙向交換信息的復雜系統。通過搭建這樣的能耗監測系統可以實時監測建筑的能耗使用情況，通過能耗數據的分類分項計算，數據的分時統計，公共展示平臺等，能促使國家機關辦公建筑和大型公共建筑提高節能運行管理水平，為政府機關制定切實政策和決策提供參考和有力的支持，并過能源綜合管理系統軟件對各電能計量點的用電量實施在線計量、動態監測、集中管理、科學考核，通過末端監控管理，綜合性地實現整體節能，為高能耗建筑的進一步節能改造提供依據。