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1 　大型公共建筑的節(jié)能管理現(xiàn)狀
 
　　目前，超過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，不能及時掌握能源的整體消耗情況，對主要用能設(shè)備的運行情況和節(jié)能狀況也未能及時把握?？偟膩碚f，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：*空調(diào)、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(shè)備的能耗具有較大的節(jié)能空間。同時，面向建筑內(nèi)的機電設(shè)備實施節(jié)能，相對于改變建筑的墻體、窗體結(jié)構(gòu)而言，更具有見效快、對建筑正常使用影響小等優(yōu)勢
 
　?。?）*空調(diào)能耗現(xiàn)狀
 
　　一般地，在大型公共建筑中，*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*空調(diào)實際熱負載在絕大部分時間內(nèi)遠比設(shè)計負載低，且主機、輔機和末端舒適度三者未能實現(xiàn)合理動態(tài)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)效率較低，電能浪費嚴(yán)重。
 
　?。?）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，*依靠人工照明進行采光，在上班時間段，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)熱負荷。可以根據(jù)實際需求選擇不同的照明節(jié)能措施，對提高光效、節(jié)約能量是非常重要的。
 
　?。?）電梯系統(tǒng)及其他動力設(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)備通過采取一定的控制手段，也能有一定的節(jié)能空間。
 
　?。?）供配電系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀
 
　　 供配電系統(tǒng)通過導(dǎo)線、開關(guān)、變壓器等設(shè)備進行傳輸?shù)倪^程中，會產(chǎn)生功率損失（有功、無功功率），并在相應(yīng)的時間內(nèi)產(chǎn)生能量損失（有功、無功電量）。
 
 
3 　大型公共建筑用能結(jié)構(gòu)特點
 
     　對珠三角地區(qū)的公共建筑進行能源審計時發(fā)現(xiàn)，大型公共建筑功能的實現(xiàn)是以各類機電設(shè)備系統(tǒng)運行為基礎(chǔ)，空調(diào)、給排水、照明的能耗要占建筑運行能耗的70%，僅空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗就占各系統(tǒng)總能耗的40%以上。所以，在進行大型公共建筑節(jié)能研究時，解決機電設(shè)備的節(jié)能問題是核心。

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)測系統(tǒng)的拓撲結(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)域進行劃分，模塊化設(shè)計。整個系統(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)場層（現(xiàn)場設(shè)備層）。

圖3 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖

 　　1）站控管理層
 
  　  站控管理層針對能耗監(jiān)測系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的zui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)級計算機、打印機、UPS 電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況。
 
　　監(jiān)控主機：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，進行系統(tǒng)管理、維護和分析工作。
 
　　打印機：系統(tǒng)召喚打印或自動打印圖形、報表等。
 
　　模擬屏：系統(tǒng)通過通訊方式與智能模擬屏進行數(shù)據(jù)交換，形象顯示整個系統(tǒng)運行狀況。
 
　　UPS：保證計算機監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，保證站控管理層設(shè)備的正常運行。
 
 
　　2）網(wǎng)絡(luò)通訊層
 
    　通訊層主要是由通訊管理機、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，負責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉(zhuǎn)達上位機對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。
 
　　通訊管理機：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、前置機等功能。
 
　　以太網(wǎng)設(shè)備：包括工業(yè)級以太網(wǎng)交換機。
 
　　通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無線通訊等。
 
　　3）現(xiàn)場設(shè)備層
 
　　現(xiàn)場設(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)中心上傳存儲的建筑能耗數(shù)據(jù)。測量儀表擔(dān)負著zui基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實時傳送至數(shù)據(jù)中心。
 
　　4.2軟件實現(xiàn)與系統(tǒng)功能
 
    　上位機軟件為Acrel-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)組態(tài)軟件，該軟件是對現(xiàn)場能耗數(shù)據(jù)進行采集與監(jiān)測的軟件，zui大的特點是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測功能。Acrel-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)具有友好的人機交互界面，可實時和定時采集現(xiàn)場設(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。系統(tǒng)還提供了實時曲線和歷史趨勢曲線分析，符合用戶設(shè)計需要的報表、事件記錄和故障報警等功能。整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)所有回路能耗的采集和統(tǒng)計，實現(xiàn)了遠程自動抄表、能耗監(jiān)測功能。
 
　　1）運行狀態(tài)監(jiān)測：通訊異常報警提示。
 
　　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）能耗報表、棒圖：實現(xiàn)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(dǎo)出：所有報表及界面可打印，或以EXCEL、WORD 格式進行導(dǎo)出。
 
 
　　4.3大型公建電能計量宜采用智能電力監(jiān)控儀表
 
　　大型公共建筑電能計量宜采用電力儀表作為內(nèi)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(tǒng)一安裝。因此，收費電表除了要有技監(jiān)局發(fā)放的計量器具許可證外，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(chǔ)上，考慮內(nèi)部電能計量與節(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，但應(yīng)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(qū)的分項電能數(shù)據(jù)的采集，通過后臺電能管理系統(tǒng)完成對大型公共建筑的電能分項計量。

4.4電力儀表在建筑能耗電能分項計量中的選型方案
 
    　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ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、導(dǎo)軌式電能表，對商場、賓館、學(xué)校、醫(yī)院、銀行、體育館、*等大型公建進行電能分項計量和能耗分析管理。
 
    　電力儀表，是針對電力系統(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)計的。它能高精度的測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來顯示儀表測量參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)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(yīng)合理選配，達到較佳的性價比。
 
    　根據(jù)*114號文件，對大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)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(diào)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(yīng)計量到經(jīng)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(dǎo)軌安裝，寬度為1個模數(shù)（即寬為18mm），一次zui大接入單相電流30A，精度1.0級。優(yōu)點是尺寸小，價格低，缺點是沒有通訊功能，不能組網(wǎng)。
 
  　  DDSF1352單相電表，同樣為DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為4個模數(shù)，一次zui大接入單相電流為80A，精度1.0級，具有峰、平、谷電能分時復(fù)費率計量功能，帶RS485接口，Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約，可組網(wǎng)。主要應(yīng)用于對單相電能的計量，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

 
   　 針對用電設(shè)施按照明與插座用電、動力用電、空調(diào)用電、特殊用電進行分項計量，對學(xué)校教室、醫(yī)療病房、賓館客房按樓層或功能分區(qū)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(fù)費率計量功能，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為7個模數(shù)，可安裝在照明箱或動力箱中，一次zui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，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，可安裝在動力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，規(guī)格為220/380V、，電流經(jīng)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(shù)、四象限電能等電參量，帶Modbus通訊協(xié)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zui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)、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(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
 
  　  基于對大型公共建筑的了解，Acrel（安科瑞）通過能源監(jiān)測管理技術(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、運營服務(wù)層面，提出大型公共建筑機電設(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)測管理系統(tǒng)，從管理角度使建筑獲得能效提升，同時，對穩(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，并及時對異常情況進行調(diào)整。
 
　　設(shè)備改造——從建筑機電設(shè)備運行改善入手，解決建筑高能耗及環(huán)境改善問題。
 
　　（1）*空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

　　*空調(diào)系統(tǒng)作為大型公共建筑zui主要的用電設(shè)備，針對它的節(jié)能不僅能為建筑整體運營成本的下降帶來zui大、zui直接的效益，同時，還對改善建筑環(huán)境空氣質(zhì)量有著非常重要的意義。

　?、僦评渲鳈C的節(jié)能控制

　　通過優(yōu)化主機運行模式、設(shè)定運行參數(shù)，調(diào)節(jié)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(xiàn)制冷主機的*COP值；

　?、诳照{(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制

　　對冷卻、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，實現(xiàn)符合負荷要求的合理性調(diào)節(jié)。

　?、劭諝馓幚頇C的節(jié)能控制

　　加裝空調(diào)處理機變頻控制系統(tǒng)，優(yōu)化空調(diào)機組的控制模式，對風(fēng)系統(tǒng)各支管路風(fēng)閥進行節(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。對風(fēng)系統(tǒng)各分支管路風(fēng)閥進行檢測，保證各區(qū)域送風(fēng)的平衡，提升建筑內(nèi)的空氣品質(zhì)，進而實現(xiàn)節(jié)能與熱舒適度的結(jié)合。
 
　?。?）照明系統(tǒng)

　　根據(jù)建筑物的實際用能需求，安科瑞公司通過提供經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)良好的照明節(jié)能方案，幫助用戶實現(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。

　　對公共照明區(qū)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(xiàn)對公共照明系統(tǒng)按各種模式實現(xiàn)分時、分區(qū)、分線路的群控功能。
 
　?。?）電梯系統(tǒng)及其他動力設(shè)備

　　對擁有多部電梯的場合，可根據(jù)電梯在不同時段、不同區(qū)域的使用特點建立群控系統(tǒng)，在保障運營服務(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)速取代異步電動機調(diào)壓調(diào)速也是以提高電動機運行效率為目標(biāo)的節(jié)能措施。同樣的，其它風(fēng)機、水泵也可適當(dāng)采用變頻調(diào)速等手段提高設(shè)備運行效率。
 
　?。?）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，無功補償技術(shù)，保持三相負載平衡，減少高次諧波、提高功率因數(shù)等。
 
　　運營服務(wù)——實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，提供在線持續(xù)節(jié)能服務(wù)，穩(wěn)定節(jié)能效益。
 
　　在實施節(jié)能改造后，用戶可以獲得設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)服務(wù)。同時，針對實時監(jiān)測的情況，利用控制策略進行的節(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。

　　通過建立在安科瑞公司的“城市能源監(jiān)測管理平臺”提供的在線檢測服務(wù)，24小時監(jiān)測建筑的實時運行參數(shù)，提供故障診斷和排除，實現(xiàn)傳統(tǒng)的定期維護模式向?qū)崟r狀態(tài)維護模式的轉(zhuǎn)變，避免出現(xiàn)過修或失修的狀況。
 
 
　　大型公共建筑節(jié)能核心目標(biāo)
 
　　打造高舒適、低能耗的建筑運行環(huán)境，實現(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)，實現(xiàn)健康舒適；
　　優(yōu)化系統(tǒng)運行，延長設(shè)備壽命；
　　降低整體能耗，減少運營成本。
 
 
5 　結(jié)束

　　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)測系統(tǒng)，不僅能監(jiān)控供配電系統(tǒng)的運行狀況，還能監(jiān)測用水量、燃氣等其它能源的使用狀況，并能根據(jù)采集到的能耗數(shù)據(jù)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(jié)能技術(shù)提供參考。該系統(tǒng)運行安全、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