智能大型公共建筑節(jié)能的分析及探討

1、智能大型公共建筑節(jié)能的分析及探討陸曉君上海安科瑞電氣股份有限公司嘉定2018011 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。總的來說，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。 而各種機電設(shè)備的能耗具有較大的節(jié)能空間。同時,面向

2、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(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)實際熱負(fù)載在絕大部分時間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計負(fù)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。(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。(3)

3、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(jìn)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(jìn)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(jìn)行大型公共建筑節(jié)能研究時，解決機電設(shè)備

4、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?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。整個系統(tǒng)一般分為三層，即主控層（站控管理層） 現(xiàn)場層（現(xiàn)場設(shè)備層）。、中間層（網(wǎng)絡(luò)通訊層）和冬控1札srrr.主皿;屮：站捽rJ 0UT/JP厶1丄1嚴(yán)入式屯矗廈表N? « S! H)AV f_Ji"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

5、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(jìn)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(jìn)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(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(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，轉(zhuǎn)達(dá)上位機對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。通訊管理機：

6、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(fù)著最基層的數(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(jìn)行采集與 監(jiān)測的專用軟件，最大的特點是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不

7、是編程方式來進(jìn)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(jìn)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(yuǎn)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

8、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(jìn)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）。安裝方式掛壁式安裝，應(yīng)單獨設(shè)置 電表箱，不易安裝在低壓 柜、動力箱、照明箱內(nèi)導(dǎo)軌式安裝，易安裝在 動力箱、照明箱內(nèi)嵌入式安裝，易安裝在低壓柜、動力箱的門板上通訊規(guī)約DL/T645規(guī)約與配電系統(tǒng)不兼容Modbus協(xié)議或 DL/T645系統(tǒng)兼容規(guī)約，Modbus協(xié)

9、議可與配電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?、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(jìn)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,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）

10、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、政府機關(guān)等大 型公建進(jìn)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(dá)到較佳的性價比。根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部114號文件，對大

11、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(jìn)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, 次最大接入單相電流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)，一次最大接入單相 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

12、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(jìn)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，一次最大接入三相電流 80A，80A以上可經(jīng)電流互感器

13、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80mmK 80mm規(guī)格為220/380V、5A,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(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96mmK 96mm除測量所有電參量外，還

14、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。ACR120ELACR230ELH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)能管理一一建立樓宇能效管理中心，提升節(jié)

15、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(jìn)行調(diào)整。設(shè)備改造一一從建筑機電設(shè)備運行改善入手，解決建筑高能耗及環(huán)境改善問題。(1) 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，針對它的節(jié)能不僅能為建筑整體運營成本的下降帶來最大、最直接的效益，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。 制冷主機的節(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，

16、從而實現(xiàn)制冷主機的最佳COP直； 空調(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(fù)荷要求的合理性調(diào)節(jié)。 空氣處理機的節(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(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，并通過合理利用新風(fēng)取得優(yōu)化節(jié)能的效果； 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(jìn)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(jìn)而實現(xiàn)節(jié) 能與熱舒適度的結(jié)合。(2) 照明系統(tǒng) 根據(jù)建筑物的實際用能

17、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；女口：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。(3) 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。(4) 供

18、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(fù)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(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；