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1 大型公共建筑的節(jié)能管理現(xiàn)狀
目前,超過(guò)70%的大型公共建筑沒(méi)有專(zhuān)職的節(jié)能管理人員,企業(yè)內(nèi)部普遍沒(méi)有建立相應(yīng)的能源管理制度,不能及時(shí)掌握能源的整體消耗情況,對(duì)主要用能設(shè)備的運(yùn)行情況和節(jié)能狀況也未能及時(shí)把握??偟膩?lái)說(shuō),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(lèi)眾多,主要包括:*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(jī)電設(shè)備的能耗具有較大的節(jié)能空間。同時(shí),面向建筑內(nèi)的機(jī)電設(shè)備實(shí)施節(jié)能,相對(duì)于改變建筑的墻體、窗體結(jié)構(gòu)而言,更具有見(jiàn)效快、對(duì)建筑正常使用影響小等優(yōu)勢(shì)
?。?)*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(shí)際熱負(fù)載在絕大部分時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù)載低,且主機(jī)、輔機(jī)和末端舒適度三者未能實(shí)現(xiàn)合理動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),導(dǎo)致系統(tǒng)效率較低,電能浪費(fèi)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(jìn)行采光,在上班時(shí)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??梢愿鶕?jù)實(shí)際需求選擇不同的照明節(jié)能措施,對(duì)提高光效、節(jié)約能量是非常重要的。
?。?)電梯系統(tǒng)及其他動(dòng)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(guó)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(guò)采取一定的控制手段,也能有一定的節(jié)能空間。
(4)供配電系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀
供配電系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、變壓器等設(shè)備進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生功率損失(有功、無(wú)功功率),并在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生能量損失(有功、無(wú)功電量)。
3 大型公共建筑用能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
對(duì)珠三角地區(qū)的公共建筑進(jìn)行能源審計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn),大型公共建筑功能的實(shí)現(xiàn)是以各類(lèi)機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行為基礎(chǔ),空調(diào)、給排水、照明的能耗要占建筑運(yùn)行能耗的70%,僅空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)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(shí),解決機(jī)電設(shè)備的節(jié)能問(wèn)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(cè)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(jì)。整個(gè)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(chǎng)層(現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層)。
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(duì)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理人員,是人機(jī)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(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS 電源等組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面,對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理,并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。
監(jiān)控主機(jī):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(hù)和分析工作。
打印機(jī):系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形、報(bào)表等。
模擬屏:系統(tǒng)通過(guò)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(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。
UPS:保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常供電,在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問(wèn)題時(shí),保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。
2)網(wǎng)絡(luò)通訊層
通訊層主要是由通訊管理機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備及總線(xiàn)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類(lèi)和傳送等工作的同時(shí),轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。
通訊管理機(jī):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(jī)等功能。
以太網(wǎng)設(shè)備:包括工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)。
通訊介質(zhì):系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線(xiàn)、光纖以及無(wú)線(xiàn)通訊等。
3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線(xiàn)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(chǔ)的建筑能耗數(shù)據(jù)。測(cè)量儀表?yè)?dān)負(fù)著zui基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù),其監(jiān)測(cè)的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)中心。
4.2軟件實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)功能
上位機(jī)軟件為Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組態(tài)軟件,該軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)的軟件,zui大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)集成,它提供了良好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法,只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”,便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)功能。Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面,可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各參量及開(kāi)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(chǔ)。系統(tǒng)還提供了實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)分析,符合用戶(hù)設(shè)計(jì)需要的報(bào)表、事件記錄和故障報(bào)警等功能。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有回路能耗的采集和統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表、能耗監(jiān)測(cè)功能。
1)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè):通訊異常報(bào)警提示。
2)用戶(hù)管理:不同用戶(hù)權(quán)限具備不同操作功能,各級(jí)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(bào)表、棒圖:實(shí)現(xiàn)了所有能耗報(bào)表的按時(shí)間查詢(xún),分為日、月、年報(bào)表等,任意分類(lèi)、分項(xiàng)實(shí)時(shí)能耗棒圖顯示。
4)打印及導(dǎo)出:所有報(bào)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(jì)量宜采用智能電力監(jiān)控儀表
大型公共建筑電能計(jì)量宜采用電力儀表作為內(nèi)部管理電表,不宜用收費(fèi)電表。兩者主要特點(diǎn)歸納如下(見(jiàn)表1)。
供電部門(mén)一般給用戶(hù)實(shí)施一戶(hù)一表的收費(fèi)制度,即收費(fèi)電表由供電部門(mén)統(tǒng)一安裝。因此,收費(fèi)電表除了要有技監(jiān)局發(fā)放的計(jì)量器具許可證外,還需要當(dāng)?shù)厥?、市電力部門(mén)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(mén)一般會(huì)在總進(jìn)線(xiàn)處安裝收費(fèi)電表。
電力儀表在用戶(hù)安裝收費(fèi)電表的基礎(chǔ)上,考慮內(nèi)部電能計(jì)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(hù)可自主選擇采購(gòu),但應(yīng)注意制造商是否有電力儀表(電能部分)的計(jì)量許可證。電力儀表可以完成對(duì)各回路、各樓層或各功能區(qū)的分項(xiàng)電能數(shù)據(jù)的采集,通過(guò)后臺(tái)電能管理系統(tǒng)完成對(duì)大型公共建筑的電能分項(xiàng)計(jì)量。
4.4電力儀表在建筑能耗電能分項(xiàng)計(jì)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(guò)ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、導(dǎo)軌式電能表,對(duì)商場(chǎng)、賓館、學(xué)校、醫(yī)院、銀行、體育館、*等大型公建進(jìn)行電能分項(xiàng)計(jì)量和能耗分析管理。
電力儀表,是針對(duì)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(jì)的。它能高精度的測(cè)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(wú)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(lái)顯示儀表測(cè)量參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行信息。電力儀表功能、型號(hào)繁多,價(jià)格也各不相同,電能計(jì)量方案也多種多樣,因此,應(yīng)合理選配,達(dá)到較佳的性?xún)r(jià)比。
根據(jù)*114號(hào)文件,對(duì)大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)實(shí)行分類(lèi)、分項(xiàng)計(jì)量,對(duì)電能按動(dòng)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(xiàng)計(jì)量管理。因此,針對(duì)宿舍、商鋪、病房等應(yīng)計(jì)量到經(jīng)濟(jì)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(jì)量,DIN35mm導(dǎo)軌安裝,寬度為1個(gè)模數(shù)(即寬為18mm),一次zui大接入單相電流30A,精度1.0級(jí)。優(yōu)點(diǎn)是尺寸小,價(jià)格低,缺點(diǎn)是沒(méi)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(gè)模數(shù),一次zui大接入單相電流為80A,精度1.0級(jí),具有峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)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(duì)單相電能的計(jì)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(duì)用電設(shè)施按照明與插座用電、動(dòng)力用電、空調(diào)用電、特殊用電進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量,對(duì)學(xué)校教室、醫(yī)療病房、賓館客房按樓層或功能分區(qū)計(jì)量時(shí),可選用DTSF1352或ACR120EL電表。
采用DTSF1352三相四線(xiàn)電表(見(jiàn)圖5),用于三相電能計(jì)量,具有尖、峰、平、谷電能分時(shí)復(fù)費(fèi)率計(jì)量功能,DIN35mm導(dǎo)軌安裝,寬度為7個(gè)模數(shù),可安裝在照明箱或動(dòng)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(jí),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(dòng)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(dòng)力箱或低壓出線(xiàn)柜門(mén)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(jí),可測(cè)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(chǎng)合需檢測(cè)諧波的,可采用ACR230ELH多功能電表,針對(duì)進(jìn)線(xiàn)回路或重要出線(xiàn)回路,采用ACR230ELH多功能電表,嵌入式安裝在配電柜門(mén)板上,面框尺寸為96mm×96mm,除測(cè)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(fù)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(shí)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(duì)大型公共建筑的了解,Acrel(安科瑞)通過(guò)能源監(jiān)測(cè)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(yùn)營(yíng)服務(wù)層面,提出大型公共建筑機(jī)電設(shè)備節(jié)能整體解決方案,以滿(mǎn)足建筑功能為前提,幫助建筑實(shí)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(cè)管理系統(tǒng),從管理角度使建筑獲得能效提升,同時(shí),對(duì)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(shí)對(duì)異常情況進(jìn)行調(diào)整。
設(shè)備改造——從建筑機(jī)電設(shè)備運(yùn)行改善入手,解決建筑高能耗及環(huán)境改善問(wèn)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(duì)它的節(jié)能不僅能為建筑整體運(yùn)營(yíng)成本的下降帶來(lái)zui大、zui直接的效益,同時(shí),還對(duì)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(jī)的節(jié)能控制
通過(guò)優(yōu)化主機(jī)運(yùn)行模式、設(shè)定運(yùn)行參數(shù),調(diào)節(jié)制冷主機(jī)供回水溫差及冷凍、冷卻水流量,以提供制冷主機(jī)的運(yùn)行效率,從而實(shí)現(xiàn)制冷主機(jī)的*COP值;
②空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制
對(duì)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(shí)現(xiàn)符合負(fù)荷要求的合理性調(diào)節(jié)。
?、劭諝馓幚頇C(jī)的節(jié)能控制
加裝空調(diào)處理機(jī)變頻控制系統(tǒng),優(yōu)化空調(diào)機(jī)組的控制模式,對(duì)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(guò)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(duì)風(fēng)系統(tǒng)各分支管路風(fēng)閥進(jìn)行檢測(cè),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(shí)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(shí)際用能需求,安科瑞公司通過(guò)提供經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)良好的照明節(jié)能方案,幫助用戶(hù)實(shí)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(duì)公共照明區(qū)域,還可采用自動(dòng)化控制手段,必要時(shí)輔以配電線(xiàn)路的改造,實(shí)現(xiàn)對(duì)公共照明系統(tǒng)按各種模式實(shí)現(xiàn)分時(shí)、分區(qū)、分線(xiàn)路的群控功能。
?。?)電梯系統(tǒng)及其他動(dòng)力設(shè)備
對(duì)擁有多部電梯的場(chǎng)合,可根據(jù)電梯在不同時(shí)段、不同區(qū)域的使用特點(diǎn)建立群控系統(tǒng),在保障運(yùn)營(yíng)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(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速也是以提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率為目標(biāo)的節(jié)能措施。同樣的,其它風(fēng)機(jī)、水泵也可適當(dāng)采用變頻調(diào)速等手段提高設(shè)備運(yùn)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(wú)功補(bǔ)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(yùn)營(yíng)服務(wù)——實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),提供在線(xiàn)持續(xù)節(jié)能服務(wù),穩(wěn)定節(jié)能效益。
在實(shí)施節(jié)能改造后,用戶(hù)可以獲得設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)服務(wù)。同時(shí),針對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(guò)建立在安科瑞公司的“城市能源監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)”提供的在線(xiàn)檢測(cè)服務(wù),24小時(shí)監(jiān)測(cè)建筑的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù),提供故障診斷和排除,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的定期維護(hù)模式向?qū)崟r(shí)狀態(tài)維護(hù)模式的轉(zhuǎn)變,避免出現(xiàn)過(guò)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(yùn)行環(huán)境,實(shí)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(shí)現(xiàn)健康舒適;
優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行,延長(zhǎng)設(shè)備壽命;
降低整體能耗,減少運(yùn)營(yíng)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(cè)系統(tǒng),不僅能監(jiān)控供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,還能監(jiān)測(cè)用水量、燃?xì)獾绕渌茉吹氖褂脿顩r,并能根據(jù)采集到的能耗數(shù)據(jù)繪制出各種報(bào)表、分析曲線(xiàn)、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(yùn)行安全、可靠,并附有事件記錄及故障報(bào)警等功能,極大地方便了用戶(hù)的使用