西安第二十一小學能耗監測及電力監控系統的研究與應用

摘要：大型公共建筑總面積不足城鎮建筑總面積的4%，但總能耗卻占全國城鎮總耗電量的22%，大型公共建筑單位面積年耗電量達到70～300KWh，為普通居民住宅的10～20倍。公共建筑是節能大戶和節能重點，做好公共建筑節能工作，對促進和帶動全社會節能工作，實現節能減排目標，落實“轉方式、調結構"重大戰略具有重要意義。本文介紹西安高新第二十一小學能耗監測及電力監控系統，采集現場配電室的高壓綜保以及低壓電力儀表，儀表就地組網后通過現場總線通訊并遠傳至后臺，通過Acrel-2000電力監控系統實現配電運行狀況的監測，保證配電的可靠性；通過Acrel-5000型建筑能耗監測系統實現整個學校用電的監測分析。

關鍵詞：學校建筑；能耗監測系統；ACREL-5000; 電力監控系統；ACREL-2000

1 引言

目前，我國已經是世界上的第二大能源生產國和消費國，統計顯示，我國建筑能耗約占全國總能耗的28%，在我國每年新建的20億平方米建筑中，其中99%是高能耗建筑；而既有的建筑中，僅有4%采取了節能措施。大型公共建筑不但能耗密度高，而且能源浪費非常嚴重，具有巨大的節能空間，建筑節能的推廣已經勢在必行，節能降耗，計量先行。

大力開展綠色建筑行動，以綠色、循環、低碳理念指導城鄉建設，有利于提高資源能源使用效率，緩解資源能源供需緊張矛盾；有利于降低社會總能耗，減少污染物排放，確保完成節能減排任務;有利于促進建筑產業優化升級，培育節能環保、新能源等戰略性新興產業;有利于提高建筑舒適性、健康性，改善群眾生產生活條件。各級、各部門要把開展綠色建筑行動作為大力推進生態文明建設的重要內容，進一步增強責任感和緊迫感，統籌規劃，狠抓落實，推動城鄉建設走上綠色、循環、低碳的科學發展軌道，促進經濟社會全面、協調、可持續發展。

2 設計依據

GB-T 15587-2008 《工業企業能源管理導則》

《評價企業合理用電技術導則GB》

《企業節能規劃編制通則》

《企業能源審計技術通則-GB》

GBT23331-2009《能源管理體系要求》

GB-50052-2009 《供配電系統設計規范》

u 能耗計量裝置國家及行業標準

DL/T 645-1997       多功能電能表通信規約

DL/T 645-2007       多功能電能表通信規約

CJ/T 188-2004       戶用計量儀表數據傳輸技術條件

GB/T 19582-2008     基于Modbus協議的工業自動化網絡規范

3 項目概況

西安高新第二十一小學位于西安市長安區楓丹白露苑西面，現場共1間配電室，10KV微機保護6臺，低壓電表114塊，水表1塊，熱量表1塊。

本項目重點要解決基礎能耗數據的智能化、自動化、可視化、可量化的收集與存儲；建立能源管理平臺、實現能源的集中化管理；深入分析能源消耗過程與趨勢；建立能耗監測與公示平臺。通過對此項目的用電統一綜合管理，可以對各區域設備能源使用情況進行查詢分析，幫助管理人員發現潛在的節能機會，限度地提高能源利用效率，科學有效地管理能源使用，從而降低能源使用費用，為建立節約型社會發揮作用。

同時為保證生產管理用電負荷的統計及對危險源實時監控。還需要對現場的10KV高壓配電柜及0.4KV低壓配電柜進行電壓、電流、功率以及各開關量信號等參數進行實時在線監控。一旦監控點被監視參數異常，能夠及時檢測報警，有關人員采取必要的措施，避免安全事故的發生。自動抄表功能節省了人力物力，電流趨勢曲線功能能夠直觀的顯示各回路的工作狀態與時間。

4 系統架構

安科瑞Acrel-5000建筑能耗分析管理系統以工作站主機、通訊設備、測控單元為基本工具，為大型公共建筑的實時數據采集及遠程管理提供了基礎平臺，它可以和其他樓宇自動化系統進行數據轉發構成復雜的監控系統。該能耗系統主要采用分層分布式計算機網絡結構，如系統結構圖所示：

系統結構圖

5 系統軟件模塊

綜合能耗主界面

反映建筑物當年用能各分類能耗和折算為標準煤的綜合能耗，并計算得到單位面積能耗；

通過表計計量的主要為電能消耗，界面下方顯示電能的當日逐時用能曲線；單擊每個分類能耗的上部區域，可跳轉到該分類能耗的用能分析主界面；

可通過下拉框切換建筑物，建筑物圖片可根據項目要求替換；

分類能耗主界面

反映某分類能耗（例如電）當日及昨日同期、當月及上月同期、當年及上年同期的用能及對比，增長百分比及增加值；

反映某分類能耗過去48小時、過去31天、過去12個月、過去3年的用能趨勢；

反映某分項能耗的當月用能餅圖；

反映某分類能耗當年各月用能同比分析圖；

分類能耗支路用能統計報表

可靈活選擇支路，并統計某段時間內支路用能的日、月、周、季、年用能；

通過透視表功能強大，用戶可進行多種數據統計，并對數據進行組合排序；

統計數據可通過柱狀圖、點線圖、堆積圖、餅圖等多種圖表展示；

統計數據可導出至Excel；

分類能耗支路非工作日用能

統計對各支路工作日和非工作日用能，非工作日可通過系統靈活設置

統計數據可導出至Excel；

分類能耗支路同比分析

統計各支路當年每月用能及去年同期用能；

分類能耗支路用能集抄

查詢各支路任意兩個時間的表計讀數，并計算出差值；

時間精度到分鐘；

分類能耗支路分時段用能趨勢分析

可查詢任一支路某段時間內的用能參數（例如電壓、電流、功率、功率因數等），具體可查詢的參數與安裝的儀表和系統配置有關，查詢時不可跨月；

數據以圖表或表格的形式顯示，圖表可通過鼠標操作放大、縮小、移動；可對數據進行排序（值、最小值）；

數據可導出至Excel;

配置選項

依照相關技術規范配置建筑物的基本信息，例如：建筑功能、建筑面積、空調面積、建筑地址等，其中建筑面積等信息將用能單位面積能耗分析；

配置項目中使用的儀表的類型、型號、生產廠家等基本信息，并添加該型儀表所能提供的監測參數信息，此處配置情況影響能耗統計、分時段用能統計、參數查詢功能；

配置項目中使用到的所有計量儀表，保存計量儀表的地址、變比、對應的采集器、代碼、監測回路的名稱等信息；

配置分項能耗統計時涉及到的計量表計、所占比例、運算方式等信息，可根據項目情況靈活配置，此處配置信息將影響各分類能耗分項用能分析小模塊中的功能；

配置各部門用能對應的計量儀表、運算方式、所占比例以及部門用能計劃，完成此項配置后將啟用部門能耗分析功能模塊；

配置建筑物中某用能區域對應的計量儀表、運算方式、所占比例，完成此項配置后將啟用區域能耗分析功能模塊

配電系統實時監控

在系統圖中可以直觀的看到每路10KV配電柜及低壓進出線回路的運行參數和狀態，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率等。

通訊狀態

系統通訊結構示意圖，主要顯示系統的組網結構，系統采用分層分布式結構，同時監測間隔層設備的通信狀態。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊異常。如下圖所示：

事件告警記錄

事件告警記錄功能，主要完成對查詢時間段內出現的報警信息事件記錄以及發生時間，為值班人員提供依據并且分析事故發生的原因。

電參量報表

參數抄表功能，主要對10KV配電柜及低壓配電各回路的電參數進行查詢。支持任意時刻電參數查詢，具備數據導出和報表打印等功能。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。

6 前景展望

根據西安高新第二十一小學項目能耗運行效果分析，建立典型能耗分析模型，統一分析。

建立建筑能耗計量體系，把脈建筑能耗，發現能耗黑幕，節能改造更有針對性，同時通過計量收費、績效考核等管理措施鞏固節能改造成果。

選擇節能設備。

再好的節能設備，管不住浪費也無法發揮節能效果，通過增加自動化節能設備，制定設備運行策略，減少人為干預，集中管控，使節能設備正在實現節能。

通過能耗監測系統提供的同環比分析數據量化節能改造成果，展現節能效果。

7 結束語

大型公共建筑總面積不足城鎮建筑總面積的4%，但總能耗卻占全國城鎮總耗電量的22%，大型公共建筑單位面積年耗電量達到70～300KWh，為普通居民住宅的10～20倍。公共建筑是節能大戶和節能重點，做好西安高新第二十一小學項目的節能工作，對促進和帶動節能工作，實現節能減排目標具有重要意義；同時實現對采集數據的分析、處理，實時顯示中心配電室內各10KV配電柜回路以及0.4KV低壓配電進出線回路的運行狀態，對分合閘、負載越限具有彈出報警對話框、報警聲音提示，該系統運行安全、可靠、穩定，保證了大型公共建筑的用電可靠度。