摘要：結(jié)合深圳南方科技大學(xué)能效系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)實(shí)例，針對(duì)校園中電耗、熱量消耗、冷量消耗及水資源消耗數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析管理系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)中的水、電、氣在高校中的能耗分布，并闡述了節(jié)能應(yīng)用方案，可為其他節(jié)能減排項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：能源管理系統(tǒng)；水電量；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；解決方案

0 引言

隨著社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能量消耗高速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)粗放型管理模式已無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)的進(jìn)步，節(jié)能降耗面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。我國(guó)的能源消耗已達(dá)到全球的20% ,超過(guò)美國(guó)，能效減排壓力迫在眉睫。我國(guó)高校的建設(shè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷提高和高校建設(shè)速度的高速發(fā)展，導(dǎo)致高校建筑能耗成倍增長(zhǎng)，其各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)高于普通商業(yè)建筑。

本文主要針對(duì)校園中電耗、燃料消耗、熱量消耗、冷量消耗及水資源消耗數(shù)據(jù)的釆集、傳輸、分析管理系統(tǒng)展開(kāi)介紹。隨著社會(huì)對(duì)節(jié)能降耗認(rèn)識(shí)的不斷深化,綠色環(huán)保高校已經(jīng)成為高校建設(shè)和發(fā)展的新理念。

1 高校系統(tǒng)應(yīng)用

1.1系統(tǒng)概述

能源管理系統(tǒng)（energy management system, EMS）是計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，用來(lái)監(jiān)視、控制以及優(yōu)化能源的轉(zhuǎn)換、使用與回收，提高能源利用效率。1985年，能源管理系統(tǒng)已應(yīng)用于寶鋼鋼鐵總廠，其后，在鋼鐵、石油化工、電力等行業(yè)中都有應(yīng)用，但在造紙行業(yè)尚未形成完善的針對(duì)能源管理與節(jié)能減排的管控一體化系統(tǒng)。

建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用智能化集成系統(tǒng)技術(shù)，對(duì)校園內(nèi)的電能消耗、水資源消耗（包括冷水和熱水）等能源信息予以采集、顯示、分析、處理、維護(hù)及優(yōu)化管理，園綜合能耗信息的集中管理。系統(tǒng)通過(guò)資源整合形成具有實(shí)時(shí)性、全局性和綜合性的能源利用狀況及效率信息，向用戶提供校園能源利用狀況報(bào)告,并輔助能源管理人員制定適合的能源運(yùn)行、管理策略，實(shí)現(xiàn)“管理節(jié)能"和“綠色用能"，最終某大學(xué)成為國(guó)內(nèi)乃至gj先進(jìn)的綠色校園。其系統(tǒng)平臺(tái)示意圖如圖1所示。

圖1某大學(xué)建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)示意圖

該案例在圖書(shū)館信息中心設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)后臺(tái),系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)置在圖書(shū)館網(wǎng)絡(luò)匯聚中心，系統(tǒng)工作站設(shè)置在圖書(shū)館消防監(jiān)控中心。校園內(nèi)按照各區(qū)域能源消耗的種類(lèi)及用途，設(shè)置了電量釆集點(diǎn)1227個(gè)（其中不包含中低壓配電系統(tǒng)的電參數(shù)采集點(diǎn)），低壓配電系統(tǒng)釆集釆集點(diǎn)650個(gè)，冷水用量采集點(diǎn)1221個(gè)，熱水用量釆集點(diǎn)1214個(gè)。前端能耗釆集裝置通過(guò)RS485總線與設(shè)置在各區(qū)域的通信管理機(jī)連接，將各區(qū)域的能耗數(shù)據(jù)匯集在通信管理機(jī)中。各區(qū)域的通信管理機(jī)通過(guò)校園控制網(wǎng)與系統(tǒng)服務(wù)器通信,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)后臺(tái)對(duì)校園內(nèi)各類(lèi)分項(xiàng)能耗的分布采集、集中管理、資源和信息共享。

該系統(tǒng)采用三層架構(gòu),三層結(jié)構(gòu)部署,分別為數(shù)據(jù)接口層、數(shù)據(jù)整合層和數(shù)據(jù)應(yīng)用匯總層。數(shù)據(jù)接口層設(shè)備主要包括多功能電力監(jiān)控儀、三相智能數(shù)顯儀表、多功能電能表、遠(yuǎn)傳水表（冷、熱） 等，如圖2所示。

圖2系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.2 能耗分項(xiàng)計(jì)量

按照《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》和《高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》的要求，并根據(jù)某大學(xué)的實(shí)際情況，能源計(jì)量的類(lèi)型包括電量和水量(包含冷熱水)、燃?xì)饬俊⒗淞俊?/span>

1.2.1 分區(qū)域

某大學(xué)區(qū)域共分為八大區(qū)域，分別為公共教學(xué)樓、風(fēng)雨操場(chǎng)及食堂、檢測(cè)中心、科研樓、行政樓、信息中心及圖書(shū)館、教師公寓、學(xué)生書(shū)院及院士樓、校醫(yī)院。

1.2.2 能耗類(lèi)型

每個(gè)區(qū)域有電量和水量(包含冷、熱水)、燃?xì)饬俊⒖照{(diào)冷量。其中電量在總能量消耗中最大，電量消耗的類(lèi)型也分照明用電、空調(diào)用電、動(dòng)力用電、特殊用電等。

校園建筑分類(lèi)能耗中電耗比例大，是校園建筑節(jié)能監(jiān)管的重點(diǎn)，因此建筑用能設(shè)備的分項(xiàng)能耗主要針對(duì)電耗部分，按用電系統(tǒng)分類(lèi)將電量分為以下4項(xiàng)實(shí)施分項(xiàng)電耗數(shù)據(jù)采集。

（1）照明插座用電。

（2）空調(diào)用電。

（3）動(dòng)力用電。

（4）特殊用電。

特殊區(qū)域用電是不屬于建筑物常規(guī)功能的用電設(shè)備的用電，特殊用電的特點(diǎn)是能耗密度高、占總電耗比重大的用電設(shè)施及設(shè)備。特殊用電設(shè)施一般包括信息中心、廚房餐廳、游泳池、實(shí)驗(yàn)室或其他特殊用電設(shè)施。

1.3 能耗系統(tǒng)特點(diǎn)

能耗系統(tǒng)是由相關(guān)部門(mén)根據(jù)學(xué)校或機(jī)關(guān)節(jié)能管理工作的需要，按統(tǒng)一規(guī)定的方式自底層至上級(jí) 提供相關(guān)能耗統(tǒng)計(jì)資料的統(tǒng)籌工作。能耗監(jiān)測(cè)軟件是校園節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)的核心，能充分反映校園能源管理需求，符合國(guó)家相關(guān)建筑節(jié)能統(tǒng)計(jì)、審計(jì)及監(jiān)管技術(shù)要求。平臺(tái)構(gòu)筑也符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫(kù)；具備能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、圖表顯示、自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、節(jié)能分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表管理、指標(biāo)比對(duì)、數(shù)據(jù)上傳等功能。流程如下:能耗歷史采集、能耗預(yù)算分析、節(jié)能目標(biāo)設(shè)定、能耗評(píng)估。

系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）實(shí)用性。系統(tǒng)支持基于Internet的遠(yuǎn)程瀏覽,不同部門(mén)可在校內(nèi)不同的地點(diǎn)同時(shí)査看所需信息、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、趨勢(shì)分析等，并提供相應(yīng)數(shù)據(jù)報(bào)表，方便管理。

（2）高度集成。系統(tǒng)通信管理機(jī)可以接入支持Modbus, BACnet等通信協(xié)議的各類(lèi)計(jì)量表。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架一體化設(shè)計(jì)，可使用標(biāo)準(zhǔn)OPC或ODBC接口與第三方系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，無(wú)需額外網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的實(shí)時(shí)性損失,減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的重復(fù)敷設(shè)和降低維保成本。

（3）可靠性。系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、B/S軟件架構(gòu)，并釆用企業(yè)級(jí)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理,具有很強(qiáng)的可靠性。

（4）安全性。系統(tǒng)釆用與工作主機(jī)儲(chǔ)存方式進(jìn)行雙機(jī)熱備，使數(shù)據(jù)安全可靠。

（5）遠(yuǎn)程管理維護(hù)。系統(tǒng)基于以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將大大減少系統(tǒng)實(shí)施難度，并且系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展非常方便；可提供遠(yuǎn)程能源托管和數(shù)據(jù)維護(hù)服務(wù)。

（6）能耗評(píng)估。客戶確定投入和實(shí)施節(jié)能計(jì)劃的決策依據(jù)。通過(guò)對(duì)目前先進(jìn)的綜合能耗仿真軟件包的應(yīng)用研究和二次開(kāi)發(fā),提供準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)和運(yùn)行能耗數(shù)據(jù),為客戶節(jié)能降耗提供依據(jù)。

2 安科瑞能源管理系統(tǒng)介紹

2.1系統(tǒng)架構(gòu)介紹

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用現(xiàn)場(chǎng)總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無(wú)線通訊中的一種或多種結(jié)合的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱印⒎旨?jí)、分布式智能一體建立如下層次結(jié)構(gòu)：

圖 3 安科瑞Acrel-5000能源管理系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.2 系統(tǒng)功能介紹

圖4 安科瑞Acrel-5000能源管理系統(tǒng)用能統(tǒng)計(jì)示意圖

2.2.1支路用能

系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)各支路某段時(shí)間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。系統(tǒng)可查看各支路用能趨勢(shì)，可根據(jù)已有的日期或者自定義時(shí)間進(jìn)行查詢，并可以將支路用能顯示合計(jì)，以圖表形式顯示。

2.2.2分項(xiàng)能耗統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)可以按照分項(xiàng)進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)與顯示。其中，日分項(xiàng)用能同比分析圖顯示不同分項(xiàng)的當(dāng)日與昨日能耗柱狀圖；用能餅圖顯示各分項(xiàng)過(guò)去31天的用能占比；堆積圖顯示各分項(xiàng)過(guò)去31天的能耗趨勢(shì)；分項(xiàng)用能排名圖顯示被選中分項(xiàng)對(duì)應(yīng)能耗值qian10位的支路。

2.2.3分項(xiàng)用能報(bào)表

系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)各分項(xiàng)某段時(shí)間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。可查看分項(xiàng)中各支路用能趨勢(shì)，可根據(jù)已有的日期或者自定義時(shí)間進(jìn)行查詢，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可導(dǎo)出至Excel。

2.2.4能耗的同比環(huán)比分析

系統(tǒng)可將各主要耗能設(shè)備的能耗與去年同期值和上月值進(jìn)行同比環(huán)比分析，檢驗(yàn)節(jié)能效果，根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行節(jié)能績(jī)效考核，以及節(jié)能目標(biāo)的修正。統(tǒng)計(jì)各支路當(dāng)年每月用能及去年同期用能。

2.2.5用能數(shù)據(jù)檢查

系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)某段時(shí)間內(nèi)各回路與下級(jí)支路的用能差值，超過(guò)一定百分比后醒目顯示，確保計(jì)量體系的完整性、準(zhǔn)確性。

2.3系統(tǒng)設(shè)備選型

應(yīng)用場(chǎng)合

型號(hào)

功能

照明箱

DTSD1352

三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，分相正向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向無(wú)功電能統(tǒng)計(jì)；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3*1（6）A，直接接入3*10（80）A,有功電能精度0.5S級(jí)，無(wú)功電能精度2級(jí)

動(dòng)力柜

ACR220EL

LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、S、PF、F）；四象限電能計(jì)量RS485/Modbus可選復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)；4DI+2DO

高壓重要回路

或低壓進(jìn)線柜

APM810

三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及需量，本月和上月峰值，電流、電壓不平衡度，負(fù)載電流柱狀圖顯示，66種警示類(lèi)型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示

給水管道

水表

計(jì)量流經(jīng)給管道用水的體積總量，適用于單向流水，采集電子直讀技術(shù)，通過(guò)RS485總線直接輸出表盤(pán)數(shù)據(jù)

表1 安科瑞Acrel-5000能源管理系統(tǒng)設(shè)備選型表

3 結(jié)束語(yǔ)

能耗系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)如下：

（1）實(shí)現(xiàn)能耗波動(dòng)幅度跟蹤,實(shí)現(xiàn)能耗的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

（2）實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)測(cè)、自動(dòng)警示,避免不合理能耗。

（3）實(shí)現(xiàn)能耗、能效標(biāo)準(zhǔn)化管理，形成具有推廣性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（4）實(shí)現(xiàn)能耗量化分析、能耗管理流程化和精細(xì)化管理。

（5）節(jié)能效果評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)能改造措施的全面管理。

通過(guò)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，使高校實(shí)現(xiàn)“十二五"的 節(jié)能目標(biāo)，保證高校節(jié)能目標(biāo)設(shè)定的科學(xué)性和受 控性,從預(yù)算環(huán)節(jié)就將節(jié)能目標(biāo)納入高校管理流 程,并進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理模式，對(duì)節(jié)能減排目標(biāo)以年、 季度、月為周期進(jìn)行分析、調(diào)整、控制和評(píng)估。

【參考文獻(xiàn)】

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[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.