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            淺談某辦公建筑的建筑能耗管理系統設計及分析

            點(diǎn)擊次數:124更新時(shí)間:2024-06-11

            安科瑞 劉秋霞

            摘要:本文針對某大型辦公建筑項目,將建筑群內部的所有能耗數據和參數,傳輸至建筑能耗管理平臺,由能耗管理平臺進(jìn)行數據統計、分析和處理后,反饋至建筑設備監控系統和智能照明控制系統,實(shí)現項目的能源精細化管理和智能化控制功能,在保證建筑舒適性的條件下,提高建筑能源利用效率,降低項目用能費用,助力項目達標綠色建筑三星標準。

            關(guān)鍵詞:綠色節能;數據采集;能耗監測;節能運行

            目前我國擁有數百億平方米的建筑,總體量穩居世界前列,但目前我國的綠色建筑比例只有約0.05 , 建筑的運行能耗總體偏高,目前我國建筑的運行能耗約占全社會(huì )總能耗的1/3。我國能源消費總量己躍居世界前列,是能源資源相對短缺的國家又是能源利用率低下的國家,需求和供應的矛盾突出。因此,非常有必要廣泛應用建筑能耗管理系統,監測建筑運行的能源消耗,促進(jìn)建筑的持續節能運行,這有助于我國轉變經(jīng)濟發(fā)展方式,實(shí)現經(jīng)濟增長(cháng)模式由粗放型向集約型轉變,由高碳排放向低碳排放轉變。

            1 現代建筑能耗管理系統設計存在的問(wèn)題

            1.1 重復建設問(wèn)題

            在現代大型建筑的設計工作中,智能化專(zhuān)項設計己經(jīng)普及。智能化專(zhuān)項設計單位會(huì )提供一套建筑能耗管理系統施工圖用于指導施工;與此同時(shí),電氣專(zhuān)業(yè)出于通過(guò)施工圖審查的目的,也會(huì )提供一套建筑能耗管理系統的施工圖。兩套建筑能耗管理系統的施工圖,一起付諸實(shí)施后,產(chǎn)生了重復建設的問(wèn)題,有形地增加建設單位的資金投入。

            1.2 計量粗放的問(wèn)題

            水、暖、電專(zhuān)業(yè)的能耗計量?jì)x表的設置,一般以集中設置為主。智能化設計人員如果機械地按照水、暖、電專(zhuān)業(yè)提供的儀表的位置和數量進(jìn)行能耗數據采集,就無(wú)法進(jìn)行精細化能源管理,也很難為建筑節能運行提供合理的管理策略。

            2 本項目建筑能耗管理系統設計

            2.1 項目概況

            本項目位于湖南省長(cháng)沙市,總建筑面枳約 9.6萬(wàn)平米。項目包括三棟單體,其中A棟公寓樓地上16層、地下2層;B棟辦公樓地上20層、地下2層;C棟辦公樓地上21層、地下2層。

            本項目為建筑面積超過(guò)1萬(wàn)平方米以上的新建公共建筑,根據《長(cháng)沙市民用建筑節能和綠色建筑管理辦法》長(cháng)政辦發(fā)53號文要求,本項目應安裝能耗監測數據采集系統,且應與建筑主體工程同步設計、同步施工、同步驗收,所采集的建筑能耗數據應能穩定上傳至長(cháng)沙市建筑能耗監測平臺。

            2.2 設計思路

            傳統的能耗管理系統,一般只要求滿(mǎn)足能耗監測和能耗數據上傳的功能,系統流程如圖1 所示。

            這種能耗管理模式是一種用于滿(mǎn)足國家和地方政策規范的開(kāi)環(huán)管理模式,只知道建筑消耗了多少能源,不能為建筑運行管理提供有針對性的節能管理策略。

            考慮到本項目存在公寓、外租辦公和自用辦公等多種業(yè)態(tài)的實(shí)際情況,采用傳統的開(kāi)環(huán)式能耗管理系統己經(jīng)不能滿(mǎn)足物業(yè)管理要求。因此,設計方考慮將能耗計量、能耗監測、能耗收費、節能運行、節能展示等功能融合為一個(gè)整體,分別面向本項目的A棟公寓租戶(hù)、B棟辦公樓租戶(hù)、裙樓商業(yè)租戶(hù)和物業(yè)運營(yíng)管理單位等多類(lèi)用戶(hù)提供服務(wù),形成一套閉環(huán)的管理系統。系統流程如圖2所示。

            2.3 系統架構

            本項目建筑能耗管理系統采用B/S架構,B/S架構允許授權用戶(hù)通過(guò)各類(lèi)網(wǎng)絡(luò )終端(計算機、手機或PAD)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)和管理項目的能耗管理系統。

            2.4 系統結構

            圖1:開(kāi)環(huán)能耗管理系統流程圖

            圖2:閉環(huán)能耗管理系統流程圖

            圖3:建筑能耗管理系統結構圖

            本系統分為五個(gè)層次,自下而上分別是數據感知層、數據采集層、網(wǎng)絡(luò )傳輸層、系統服務(wù)層和系統展示層。系統層次結構如圖3所示。

            2.4.1 一層:數據感知層

            數據感知層由各種數字能耗計量?jì)x表組成,如:空調能量表、數字流量表、數字電表、燃氣表等,計量末端設備的耗能量。

            本項目由水暖電專(zhuān)業(yè)根據規范要求和物業(yè)管理要求設置能耗計量?jì)x表,智能化專(zhuān)業(yè)對各專(zhuān)業(yè)儀表的設置提供優(yōu)化建議。

            2.4.2 二層:數據采集層

            數據采集層由能耗數據采集器和數據采集鏈路組成,能耗數據采集器對數字電能表、數字燃氣表、數字流量表、空調能量表等設備進(jìn)行能耗數據采集、數據過(guò)濾與存儲,并通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò )系統,將能耗數據上傳到能耗管理服務(wù)器。數據采集鏈路指傳輸數據的方式,如:RS-485總線(xiàn)、M-BUS總線(xiàn)以及無(wú)線(xiàn)等方式。

            本項目數據采集器安裝在各樓層弱電間,采集各類(lèi)儀表的能耗數據。系統采用RS-485總線(xiàn)制傳輸,采用的能耗數據采集器,至多支持4路下行RS-485總線(xiàn)回路,每個(gè)回路可接32個(gè)數字儀表。為了保證總線(xiàn)回路的通信速率,提高通信鏈路的穩定性,設計按照不超過(guò)500米距離的要求設計總線(xiàn)回路。

            2.4.3 三層:網(wǎng)絡(luò )傳輸層

            網(wǎng)絡(luò )傳輸層包括數據采集器上行的綜合布線(xiàn)鏈路、信息網(wǎng)絡(luò )設備以及相關(guān)協(xié)議。綜合布線(xiàn)鏈路包括各類(lèi)光纖、雙絞線(xiàn)等材料;信息網(wǎng)絡(luò )設備包括交換機、路由器等設備:主要協(xié)議包括TCP/IP協(xié)議和UDP協(xié)議。

            考慮到辦公樓擬建的局域網(wǎng)資源和降低通訊成本的因素,本項目能耗管理系統采用外網(wǎng)綜合布線(xiàn)系統傳輸,外網(wǎng)綜合布線(xiàn)采用單模光纖+ 非屏蔽6 類(lèi)線(xiàn)解決方案。能耗管理系統接入到外網(wǎng)信息網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據交換和處理,以便將能耗數據上傳至長(cháng)沙市能耗監測管理平臺,借助辦公樓外網(wǎng)網(wǎng)絡(luò ),并在此基礎上構建增值服務(wù)。

            2.4.4 四層:系統服務(wù)層

            系統服務(wù)層由能耗管理服務(wù)器和能耗管理軟件組成,負責對項目能耗數據進(jìn)行匯總、統計、分析、計算、處理和存儲。實(shí)現能耗計量收費、能耗分析、能耗查詢(xún)、能耗預警和管理優(yōu)化等功能。

            2.4.5 五層:系統展示層

            用戶(hù)可通過(guò)多種方式訪(fǎng)問(wèn)建筑能耗管理系統,本項目要求支持用戶(hù)可通過(guò)手機、PAD、計算機客戶(hù)端等方式訪(fǎng)問(wèn),實(shí)時(shí)掌握建筑的能耗動(dòng)態(tài)。同時(shí)通過(guò)IBMS平臺和信息發(fā)布系統打通,支持在本項目的LED大屏進(jìn)行展示。

            2.5 主要功能設計

            2.5.1電能耗計量監測功能

            電能耗計量監測采用電表采集電能的數據,在需要計量收費和監測的區域設計安裝電表。

            總用電量計量:在每臺變壓器低壓干線(xiàn)處安裝數字電能表,對總的用電量進(jìn)行計量。

            分戶(hù)計量:在 A 棟公寓、B 棟辦公樓裙樓商業(yè)和食堂等末端用戶(hù)設置數字電表進(jìn)行分戶(hù)計量。

            分層計量:C 棟辦公樓為自用辦公為主,在樓層普通照明配電箱、樓層公共照明配電箱和樓層空調配電箱設置數字電表進(jìn)行分層計量。

            分類(lèi)分項計量監測如下:

            照明、插座系統電耗(照明和插座用電、走廊和應急照明用電、室外景觀(guān)照明用電)。

            空調系統電耗(空調機房用電、空調末端用電)。

            動(dòng)力系統電耗(電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機用電)。

            特殊電耗(弱電機房、消防控制室、廚房餐廳等其他特殊用電)。

            2.5.2水能耗計量監測功能

            水能耗計量監測采用水表采集水能的數據,在需要計量收費和監測的區域設計安裝水表。

            根據項目對水表計量收費和監測的要求,需要計量監測的區域如下:

            總用水量:在園區給水干管設置數字流量表計量。

            餐廳廚房用水:在餐廳廚房給水管設置數字流量表計量。

            洗手間用水:在樓層洗手間給水管設置數字流量表計量。

            分戶(hù)計量:在 A 棟公寓、B 棟辦公樓裙樓商業(yè)和食堂等末端用戶(hù)設置數字流量表進(jìn)行分戶(hù)計量。

            空調系統用水:在空調系統給水管設置數字流量表計量。

            2.5.3空調能耗計量監測功能

            (1) 集中計量:供回水管上安裝能量表,計量使用的冷熱量

            (2) 末端計量:每戶(hù)的風(fēng)機盤(pán)管安裝智能溫控器,計量風(fēng)機盤(pán)管使用的當量時(shí)間

            2.5.4能耗KPI功能

            能耗KPI:本項目C棟辦公樓為業(yè)主自持,各個(gè)部門(mén)分樓層、分區域獨立辦公。能耗管理系統分析能耗情況,將能源消耗分攤到各個(gè)部門(mén)、個(gè)人,實(shí)現能耗考核,促進(jìn)管理方面的主動(dòng)節能。

            2.5.5節能管控功能

            能耗管理系統可有效的監控內各個(gè)單位的能耗狀況,避免非正常上班時(shí)間的能耗浪費,節約能源,給使用單位提供能源控制、管理方面的決策依據。

            用戶(hù)可以制定能耗節約策略,例如當空調的熱量消耗達到預設值后,通過(guò)樓宇自控接口,監測風(fēng)機盤(pán)管和B A設備的運行狀態(tài),減小送風(fēng)量和提高或降低送風(fēng)/回風(fēng)溫度。當設備終端的能源累積量達到系統設定的值時(shí),系統可以自動(dòng)對風(fēng)機盤(pán)管發(fā)送關(guān)機命令,并且關(guān)閉盤(pán)管的控制面板遠程控制。

            3 專(zhuān)業(yè)間配合

            3.1 和電氣專(zhuān)業(yè)配合

            智能化專(zhuān)業(yè)在項目設計前和電氣專(zhuān)業(yè)就避免能耗管理系統重復建設的問(wèn)題進(jìn)行協(xié)商,明確由電氣專(zhuān)業(yè)根據物業(yè)管理要求設置帶遠傳接口的數字化電表,由智能化專(zhuān)業(yè)負責電表的數據采集的布線(xiàn)和能耗管理系統的系統設計,確保整個(gè)項目只有一套能耗管理系統和平臺。

            3.2 和給排水專(zhuān)業(yè)配合

            由給排水專(zhuān)業(yè)根據物業(yè)管理要求設置帶遠傳接口的數字化流量表,由智能化專(zhuān)業(yè)負責流量表的數據采集的布線(xiàn)和能耗管理系統的系統設計。

            3.3 和暖通專(zhuān)業(yè)配合

            由暖通專(zhuān)業(yè)根據物業(yè)管理要求設置帶遠傳接口的數字化空調能量表,由智能化專(zhuān)業(yè)負責空調能量表的數據采集的布線(xiàn)和能耗管理系統的系統設計。

            3.4 和綠建專(zhuān)業(yè)配合

            根據《綠色建筑評價(jià)標準》GB/T50378要求,綠建三星標準建筑應滿(mǎn)足該標準的所有控制項要求,并且綠建總得分不低于80分。智能化專(zhuān)業(yè)在項目設計前和綠建專(zhuān)業(yè)就控制項和得分項進(jìn)行協(xié)商,由智能化專(zhuān)業(yè)設計能耗管理系統,系統的功能需要滿(mǎn)足和能耗監測、計量和節能措施等方面的控制項和得分項的要求,助力綠建三星標準達標。

            4 系統設計的發(fā)展趨勢

            目前能耗管理系統組網(wǎng)以有線(xiàn)傳輸為主,具有穩定性高的優(yōu)點(diǎn),但也存在擴展不便的缺點(diǎn)。由于能耗管理系統在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的流量較小,對網(wǎng)絡(luò )帶寬要求不高,延時(shí)要求也不高,采用無(wú)線(xiàn)傳輸不僅可以滿(mǎn)足能耗管理系統的組網(wǎng)需求,還具備擴展靈活的優(yōu)勢。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G 通信的快速普及,利用無(wú)線(xiàn)傳輸會(huì )越來(lái)越廣泛地應用于能耗管理系統。

            5 安科瑞Acrel-5000建筑能耗分析系統

            Acrel-5000建筑能耗分析系統是用戶(hù)端能源管理分析系統,在電能管理系統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析,通過(guò)對用戶(hù)端所有能耗進(jìn)行細分和統計,以直觀(guān)的數據和圖表向管理人員或決策層展示各類(lèi)能源的使用消耗情況,便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習慣,有效節約能源,為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶(hù)可按照國家有關(guān)規定實(shí)施能源計算,分析現狀,查找問(wèn)題,挖掘節能潛力,提出切實(shí)可行的節能措施,并向縣級以上管理節能工作的部門(mén)報送能源計算報告。

            6 應用場(chǎng)所

            適用于公共建筑、集團公司、工業(yè)園區、大型物業(yè)、學(xué)校、醫院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。

            7 系統組網(wǎng)圖

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            8 系統功能

            8.1系統概況

            平臺運行狀態(tài),當月能耗折算、地圖導航,各能耗逐時(shí)、逐月曲線(xiàn),當日,當月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。

            8.2 用能概況

            對建筑、部門(mén)、區域、支路、分類(lèi)分項等用能進(jìn)行對比,支持當日逐時(shí)趨勢、當月逐日趨勢曲線(xiàn)、分時(shí)段能耗統計對比、總能耗 同環(huán)比對比。

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            8.3 用能統計

            對建筑、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類(lèi)能源用能進(jìn)行統計,支持報表數據導出EXCEL,支持選擇建筑數據進(jìn)行生成柱狀圖。

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            8.4 復費率統計

            復費率報表按日、月、年統計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費用進(jìn)行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

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            8.5 同比分析

            對建筑、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進(jìn)行用能數據同比分析。IMG_256

            8.6 能源流向圖

            能源流向圖展示單棟建筑自己設定時(shí)段內各類(lèi)能源從源頭到末端的的能源流向,支持按原始值和折標值查看。

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            8.7 夜間能耗分析

            夜間能耗以表格、曲線(xiàn)、餅圖等形式對選擇支路分類(lèi)能源在自己設定時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統計對比,支持導出報表。

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            8.8 設備管理

            設備管理包括,設備類(lèi)型、設備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶(hù)合理管理設備,確保設備的運行。IMG_256

            8.9 用戶(hù)報告

            用戶(hù)報告針對選定的建筑自動(dòng)統計各能源的月使用的同環(huán)比趨勢,并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結果,針對用電提供單獨的復費率用能分析,報告可編輯。

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            9 系統硬件配置

            應用場(chǎng)景

            型號

            圖 片

            保護功能

            建筑能耗管理系統

            Acrel-5000

            采用泛在物聯(lián)、云計算、大數據、移動(dòng)通訊智能傳感等技術(shù)手段可為用戶(hù)提供能源數據采集、統計分析、能效分析、用能預警、設備管理等服務(wù),平臺可以廣泛應用于多種領(lǐng)域。

            智能網(wǎng)關(guān)

            Anet-1E2S1

            采用嵌入式硬件計算機平臺,具有多個(gè)下行通信接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò )接口,作為信息采集系統中采集終端與平臺系統間的橋梁,能夠根據不同的采集規約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數據采集匯總,并使用相應的規約轉發(fā)現場(chǎng)設備的數據給平臺系統。

            高壓重要回路或低壓進(jìn)線(xiàn)柜

            配電變壓器

            APM810

            HG9A9451

            具有全電量測量,電能統計,電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò )通訊等功能,主要用于對電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設計,當客戶(hù)需要增加開(kāi)關(guān)量輸入輸出,模擬量輸入輸出,SD 卡記錄,以太網(wǎng)通訊時(shí),只需在背部插入對應模塊即可。

            APM520

            6f7b641d

            三相全電量測量,2-63 次諧波,不平衡度,支持付費率,越限告警,SOE,4-20mA輸出。

            低壓聯(lián)絡(luò )柜、出線(xiàn)柜

            AEM96

            2020828-13507204

            三相多功能電能表,均集成三相電力參數測量及電能計量及考核管理,提供上 24 時(shí)、上 31日以及上 12 月的電能數據統 計。具有 63 次分次諧波與總諧波含量檢測,帶有開(kāi)關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現“遙信" 和“遙控"功能并具備告警輸出,可廣泛應用于多種控制系統SCADA 系統和能源管理系統中。

            動(dòng)力柜

            ACR120EL

            HG9A9815

            測量所有的常用電力參數,如三相電流、電壓,有功、無(wú)功功率,電度,諧波等,并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能,非常適合于實(shí)時(shí)電力監控系統。

            DTSD1352

            HG9A9450

            DIN35mm 導軌式安裝結構,體積小巧,能測量電能及其他電參量,可進(jìn)行時(shí)鐘、費率時(shí)段等參數設置,精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標準DL/T614-2007 對電能表的各項技術(shù)要求并且具有電能脈沖輸出功能;可用 RS485通訊接口與上位機實(shí)現數據交換。

            AEW100

            3-1(10)[1]

            三相全電量測量,剩余電流、2-63 次諧波支持付費率,量值、電纜溫度,可選 2G/4G 通訊。

            照明箱

            DTSD1352

            HG9A9450

            DIN35mm 導軌式安裝結構,體積小巧,能測量電能及其他電參量,可進(jìn)行時(shí)鐘、費率時(shí)段等參數設置,精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標準DL/T614-2007對電能表的各項技術(shù)要求,并且具有電能脈沖輸出功能;可用 RS485通訊接口與上位機實(shí)現數據交換。

            DDSD1352

            DDSD1352

            DDSD1352單相電子式電能表主要用于計量低壓網(wǎng)絡(luò )的單相有功電能,同時(shí)可測量電壓、電流、功率等電量,具有紅外通訊功能,并可選配 RS485通訊功能,方便用戶(hù)進(jìn)行用電監測、集抄和管理??伸`活安裝于配電箱內,實(shí)現對不同區域和不同負荷的分項電能計量,統計和分析。

            DDS1352

            DDS1352

            單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,正反向電能計量,紅外及RS485 通訊,電流規格 10(60)A,有功電能精度1級。無(wú)功精度2級。尺寸:1P

            ADW300/4G

            ADW300

            計量低壓網(wǎng)絡(luò )的三相有功電能,具有 RS485通訊和470MHz無(wú)線(xiàn)通訊功能,方便用戶(hù)進(jìn)行用電監測、集抄和管理??伸`活安裝于配電箱內,實(shí)現對不同區域和不同負荷的分項電能計量,統計和分析。

            ARCM300T-Z-4G

            ARCM300T-Z

            三相全電量測量,剩余電流、2-63 次諧波,支持付費率,量值、電纜溫度,可選 2G/4G 通訊。

            給水管道

            水表

            IMG_256

            計量流經(jīng)給水管道用水的體積總量,適用于單向水流,采用電子直讀技術(shù),通過(guò)RS485總線(xiàn)直接輸出表盤(pán)數據。

            10 結論

            總而言之,將大數據應用到公共建筑能耗監測系統中能夠大大提高系統的工作效率.一方面,隨著(zhù)監測系統的建設,越來(lái)越多的數據開(kāi)始被記錄下來(lái),如何充分利用這些數據正是每一個(gè)從業(yè)人員都面臨的問(wèn)題;另一方面,將大數據引用到監測系統中,不僅能夠充分對監測系統本身的數據進(jìn)行挖掘利用,還能夠利用到外部數據來(lái)提升監測系統的水平,從而建立起一個(gè)科學(xué)完備的公共建筑能耗監測體系。

            參考文獻

            [1]高享.某辦公建筑的建筑能耗管理系統設計及分析[J].電子技術(shù)與軟件工程,2021:2.

            [2]張徐.智慧樓宇實(shí)踐[M].北京:人民郵電出版社,2020.

            [3]張子慧.建筑設備管理系統[M].北京:人民交通出版社,2009.

            [4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與選型手冊.2022.05版.



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