大型公共建筑用電分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)研究

韓榮方

摘要：本文首先分析了我國(guó)建筑用電分項(xiàng)計(jì)量工程存在的問(wèn)題，提出了建筑用電數(shù)據(jù)分類(lèi)模型和分項(xiàng)計(jì)量回路的設(shè)計(jì)方法，然后對(duì)用電分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸流程及處理結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，最后通過(guò)實(shí)例闡述了該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：大型公共建筑；用電分項(xiàng)計(jì)量；能耗監(jiān)測(cè)

引言

隨著大型公共建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展，分類(lèi)能耗數(shù)據(jù)的計(jì)量作為建筑節(jié)能的一項(xiàng)重要工作在各地開(kāi)展起來(lái)。目前，據(jù)國(guó)家有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑每平方米建筑面積年平均耗電量為85.4度，約占全國(guó)城鎮(zhèn)總耗電量的22%，每平方米耗電量是普通居民的10～20倍，是歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家同類(lèi)建筑的1.5～2倍。耗電密度高是這類(lèi)建筑的特點(diǎn)之一，也是節(jié)能重點(diǎn)。

實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，我國(guó)大型公共建筑中普遍僅安裝1～3塊收費(fèi)電表，從這些電表獲取的信息無(wú)法為節(jié)能工作提供完整基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，目前面臨的主要問(wèn)題有：1）電耗分拆數(shù)據(jù)不可靠；2）供電局提供數(shù)據(jù)缺乏實(shí)時(shí)性；3）無(wú)法客觀反映實(shí)際節(jié)能效果。為了推動(dòng)大型公共建筑分項(xiàng)能耗系統(tǒng)建設(shè)的發(fā)展，結(jié)合我國(guó)大型公共建筑用電分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)的安裝要求，本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)已有成果和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)建筑用電數(shù)據(jù)分類(lèi)模型、建筑用電分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究。

1 建筑用電數(shù)據(jù)分類(lèi)模型

建筑能耗分類(lèi)模型最重要的原則是統(tǒng)一性，即所有建筑采用同樣的標(biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一性，必須在各個(gè)建筑之間建立統(tǒng)一的用能分類(lèi)方法。本文將建筑的用電分為：暖通空調(diào)、一般照明插座設(shè)備、一般動(dòng)力設(shè)備、特殊功能設(shè)備4大類(lèi)。其中，從實(shí)用性出發(fā)，對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了較為細(xì)致的劃分。通過(guò)調(diào)研和試驗(yàn)，結(jié)合國(guó)家導(dǎo)則要求，建立了我國(guó)大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)模型，如圖1.1所示。

2 建筑用電分項(xiàng)計(jì)量回路設(shè)計(jì)方法

為了獲得用電原始數(shù)據(jù)，需要安裝用電計(jì)量表。在充分利用現(xiàn)有配電設(shè)施和低壓配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理設(shè)置計(jì)量表計(jì)、計(jì)量表箱和數(shù)據(jù)采集器的數(shù)量和位置。需要設(shè)置分項(xiàng)計(jì)量表計(jì)回路包括：變壓器低壓側(cè)出線回路、單獨(dú)計(jì)量的外供電回路、特殊區(qū)供電回路、制冷機(jī)組主供電回路、單獨(dú)供電冷熱源系統(tǒng)泵回路、集中供電的分體空調(diào)回路、照明插座主回路、電梯回路、其他應(yīng)單獨(dú)計(jì)量的用電回路。

以上配電回路是一般常見(jiàn)的配電方式，所供電設(shè)備為單一功能。而有些回路配電是將不同類(lèi)別的用電設(shè)備混合一起，這樣就給分項(xiàng)計(jì)量帶來(lái)困難，這時(shí)需要根據(jù)樓宇配電情況靈活配置，使配置的分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)盡可能正確真實(shí)的反應(yīng)各分項(xiàng)能耗，又將其配置成本控制在預(yù)算的合理范圍內(nèi)。方法如下：

（1）根據(jù)建筑物所配變壓器數(shù)量考慮設(shè)置多功能電能表數(shù)量，設(shè)置多功能電能表的變壓器應(yīng)是負(fù)載率最大且長(zhǎng)時(shí)間投入運(yùn)行，負(fù)載率低于20%的變壓器原則上不設(shè)置多功能電能表，考慮到分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)的成本，若變壓器數(shù)量為2臺(tái)，則均設(shè)置多功能電能表，若變壓器數(shù)量大于2臺(tái)，則選擇負(fù)載率最高的以照明為主的變壓器和以空調(diào)為主的變壓器各1臺(tái)，安裝2塊多功能電能表，其余變壓器安裝普通三相電能表。

（2）三相平衡設(shè)備應(yīng)設(shè)置單相普通電能表，照明插座供電回路宜設(shè)置三相普通電能表。一般風(fēng)機(jī)、水泵等380V供電的用電設(shè)備都是三相平衡設(shè)備，這種設(shè)備運(yùn)行時(shí)每相電流大小基本一樣，變化很小，其消耗的總電能可以用單相電能表數(shù)據(jù)乘以3而得到。而照明插座主回路不是三相平衡回路，需要設(shè)置三相電能表。

（3）總額定功率小于10kW的非空調(diào)類(lèi)用電支路不宜設(shè)置電能表。此規(guī)定主要目的是限制表計(jì)設(shè)置的數(shù)量，盡量減少分項(xiàng)計(jì)量成本。但若小于10KW的回路是具有代表性的典型回路，對(duì)分項(xiàng)計(jì)量數(shù)據(jù)有非常重要意義，則根據(jù)需要設(shè)置。

（4）當(dāng)無(wú)法直接安裝電能表時(shí)，應(yīng)采用加法或減法原則，間接獲取電耗數(shù)據(jù)，其他無(wú)法直接獲取電耗數(shù)據(jù)的回路均應(yīng)采用間接獲取的方法。

分項(xiàng)用電計(jì)量表設(shè)置的加減法原則：A1～m、B1～n、C1～k分別代表a、b、c三種類(lèi)型用電量相關(guān)的所有配電支路，支路數(shù)量分別為m，n，k。如果目的是獲得a類(lèi)型用電量：一種方法是在A1、A2、…Am各支路上安裝電能表，并求和獲得，這就是加法原則；另一種方法是在總用電支路、B1、B2、…Bn及C1、C2、…Ck各支路上安裝電能表，在總用電中減去b類(lèi)及c類(lèi)用電量，即可獲得a類(lèi)能耗量，這就是減法原則。若只為獲得a類(lèi)用電量，則按加法原則和減法原則設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣可以通過(guò)裝表總數(shù)多少來(lái)評(píng)價(jià)。

3 建筑用電分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

建筑用電分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)軟件由數(shù)據(jù)采集傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)展示分析子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)上報(bào)子系統(tǒng)等各子系統(tǒng)構(gòu)成。

（1）數(shù)據(jù)采集傳輸子系統(tǒng)

能耗數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)包括硬件防火墻、路由器、交換機(jī)、通信前置機(jī)、Internet網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)采集器等組成。建筑能耗數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)從該系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)采集器中取得數(shù)據(jù)，同時(shí)可以接收來(lái)自區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)發(fā)的能耗數(shù)據(jù)。建筑能耗數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)協(xié)議，接收通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸來(lái)的建筑能耗數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)其數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。

（2）數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)子系統(tǒng)是建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的核心部分，對(duì)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)接收到的有效數(shù)據(jù)包進(jìn)行校驗(yàn)、解析和處理，對(duì)采集時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，根據(jù)各配電支路安裝的計(jì)量?jī)x表情況建模，并根據(jù)構(gòu)造的用能模型對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分計(jì)算，從而得到分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)，將原始的能耗數(shù)據(jù)和通過(guò)計(jì)算得來(lái)的分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（3）數(shù)據(jù)展示分析子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)展示分析子系統(tǒng)主要由WEB服務(wù)器和工作站組成。其中，WEB服務(wù)器主要是為客戶端的瀏覽服務(wù)；工作站供監(jiān)測(cè)中心工作人員配置建筑信息以及查詢各個(gè)監(jiān)測(cè)中建筑的能耗消耗情況以及能耗對(duì)比情況。

（4）數(shù)據(jù)上報(bào)子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)上報(bào)子系統(tǒng)主要通過(guò)定時(shí)任務(wù)調(diào)度自動(dòng)從數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)中提取能耗分類(lèi)分項(xiàng)數(shù)據(jù)，合并整理打包后發(fā)送到上一級(jí)的數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)交換格式為壓縮的XML數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)上報(bào)子系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)打包、數(shù)據(jù)上傳、接收反饋結(jié)果等功能。

4 建筑用電分項(xiàng)計(jì)量應(yīng)用實(shí)例

下面就某大學(xué)為例，詳細(xì)說(shuō)明用電分析計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)選擇、具體實(shí)施以及在實(shí)際建筑中是怎樣實(shí)現(xiàn)其各種功能的。

（1）計(jì)量裝置的安裝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求配置相應(yīng)表計(jì)；對(duì)重要和有節(jié)能潛力的回路要配置多功能電力監(jiān)控終端（測(cè)量電壓、電流、電度、功率等參數(shù)，有遙控、遙信、遙測(cè)及定時(shí)控制功能）。在變電所低壓配電柜及樓層配電箱上嵌入式安裝多功能電力監(jiān)控終端；在宿舍集中安裝單相多功能電力監(jiān)控終端。

（2）軟件顯示界面

所有綜合樓分項(xiàng)計(jì)量顯示界面和宿舍樓每個(gè)宿舍的實(shí)時(shí)功率和本月電度。

（3）電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的有功功率、電量、功率因數(shù)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為依據(jù)，進(jìn)行變壓器負(fù)荷率分析、配電網(wǎng)各級(jí)負(fù)荷和線損分析，有效防止偷電、漏電等情況的發(fā)生，并且有針對(duì)性的對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。圖4.1顯示的是管理樓變電所1#低壓總進(jìn)線的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)界面：

5 總結(jié)

本文分析了我國(guó)用電分項(xiàng)系統(tǒng)建設(shè)在發(fā)展中存在的問(wèn)題，提出了建筑用電數(shù)據(jù)分類(lèi)模型、分項(xiàng)計(jì)量回路設(shè)計(jì)方法以及分項(xiàng)用電計(jì)量表設(shè)置的加減法原則。研究了建筑用電分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架，分析了數(shù)據(jù)采集、輸送、分析、儲(chǔ)存系統(tǒng)的組成及原理。本文研究成果可應(yīng)用于全國(guó)的大型公共建筑節(jié)能領(lǐng)域，對(duì)建筑節(jié)能具有重要的意義。

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