大型公共建筑分項(xiàng)計(jì)量疑難問(wèn)題探討

熊偉 黃海強(qiáng) 人民大會(huì)堂管理局機(jī)電處

近幾年來(lái)，在國(guó)家有關(guān)部門(mén)的大力推動(dòng)下，分項(xiàng)計(jì)量得到推廣，逐步建設(shè)大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)于加強(qiáng)節(jié)能管理，推動(dòng)公共建筑節(jié)能起到了重要的作用。

大型公共建筑實(shí)施分項(xiàng)計(jì)量存在以下難點(diǎn)：一是能耗構(gòu)成復(fù)雜，能源種類(lèi)多，合理拆分能耗點(diǎn)位存在一定的難度；二是建筑面積巨大，建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要結(jié)合實(shí)際確定合理的系統(tǒng)構(gòu)架及數(shù)據(jù)傳輸方式；三是采集數(shù)據(jù)量大，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量、做好數(shù)據(jù)分析有一定的困難。筆者所在的單位即典型的大型公共建筑，建筑面積達(dá)18萬(wàn)多平方米，使用功能復(fù)雜。在有關(guān)部門(mén)大力支持下于2010年完成了分項(xiàng)計(jì)量項(xiàng)目。該系統(tǒng)共有點(diǎn)位500多個(gè)，計(jì)量水（冷水和熱水）、電、蒸汽3種能源，安裝5種表具，在工程實(shí)踐中解決了大量技術(shù)難題。本文以該項(xiàng)目為背景，對(duì)大型公共建筑分項(xiàng)計(jì)量的疑難問(wèn)題進(jìn)行了分析研究，并提出了解決方案。

1 分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)該具備哪些功能

分項(xiàng)計(jì)量的最終目的是運(yùn)用計(jì)量數(shù)據(jù)來(lái)加強(qiáng)能耗管理，其功能定位要服務(wù)于能耗管理的需要。一般而言，大型公共建筑分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)該具備以下4項(xiàng)功能：數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)發(fā)布。

2 數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的疑難問(wèn)題

2.1 如何確定數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位

確定數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位是最基礎(chǔ)工作，拆分合理與否直接決定項(xiàng)目成敗。大型公共建筑點(diǎn)位拆分應(yīng)該遵循以下原則：

（1）分項(xiàng)分戶(hù)相結(jié)合原則。由于使用功能復(fù)雜，分戶(hù)計(jì)量和分項(xiàng)計(jì)量要相結(jié)合。

（2）粗細(xì)適宜原則。點(diǎn)位拆分以滿(mǎn)足能耗管理為目的，不宜太粗也不宜太細(xì)。

（3）加法原則。由于計(jì)量表具本身存在誤差，對(duì)于間接計(jì)量的部位，除特殊情況外，原則應(yīng)按樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖向下拆分，進(jìn)行累加，不做減法運(yùn)算。

本項(xiàng)目分別在電計(jì)量點(diǎn)位和水計(jì)量點(diǎn)位上根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了詳細(xì)的分項(xiàng)與拆分。

2.2 如何計(jì)量熱水循環(huán)水

大型公共建筑循環(huán)熱水系統(tǒng)計(jì)量一直是一個(gè)難點(diǎn)。主要是因?yàn)闊崴冀K處于循環(huán)狀態(tài)，不同于一般的流體計(jì)量。

對(duì)于熱水循環(huán)水的計(jì)量，我們采取了以下兩種計(jì)量方式（如圖1所示）。

圖1 熱水循環(huán)水計(jì)量

一是用量較大整個(gè)支路的計(jì)量，采取方案1，在供水和回水支路上各加一塊計(jì)量表。由于供回水支路存在壓差，其讀數(shù)Q供和Q回始終處于運(yùn)行狀態(tài)，且Q供讀數(shù)應(yīng)始終大于Q回，其差值Q即是該回路熱水用水量。

Q=Q供-Q回

二是對(duì)于末端用水設(shè)備用量較小，Q供和Q回差值不大，由于表具本身存在誤差，兩者差值不大，甚至有可能出現(xiàn)負(fù)值。這種情況，可以采取方案2，將表具加在水龍頭前端，其讀數(shù)Q即為熱水用量。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)架的三個(gè)層次

2.3 如何選擇安裝表具

遠(yuǎn)傳表具按信號(hào)輸出分類(lèi)，有脈沖和直讀兩種，一般選用直讀表。這樣在斷電、掉線的情況下，在恢復(fù)正常后能直接讀出表具的讀數(shù)，無(wú)需重置表底數(shù)，大大減少了維護(hù)工作量。

電表有普通遠(yuǎn)傳電表和多功能表兩種。多功能表除了能計(jì)量有功電度、無(wú)功電度外，還能計(jì)量三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因素等參數(shù)。其造價(jià)較高，可根據(jù)使用要求來(lái)選擇。一般而言，電壓、電流、有功功率、有功電度的精度不應(yīng)低于0.5%，無(wú)功功率、無(wú)功電度、功率因數(shù)不超過(guò)1%。電表安裝有嵌入式和掛壁式兩大類(lèi)，應(yīng)根據(jù)配電柜具體情況來(lái)確定。所有電表都要嚴(yán)格按照規(guī)范安裝，須配備互感器。

遠(yuǎn)傳水表應(yīng)滿(mǎn)足GB/T778-2007的要求。水表承壓范圍應(yīng)至少高于1MPa,精度不應(yīng)低于B級(jí)，熱水水表計(jì)量溫度的范圍至少應(yīng)在0～70℃。水表安裝以法蘭式為主。為便于檢修，水表前后應(yīng)加閥門(mén)。

3 數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)的疑難問(wèn)題

3.1 如何確定數(shù)據(jù)傳輸方式

目前可供選擇的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)較多，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇。總體上有無(wú)線和有線傳輸兩大類(lèi)。無(wú)線傳輸主要用于敷設(shè)線路困難（如水表都安裝在管道井內(nèi)，無(wú)法敷設(shè)線路），或線路距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)所（如距離較遠(yuǎn)的建筑與建筑之間、城市之間）。具體有GPRS、射頻發(fā)射器等技術(shù)。

無(wú)線傳輸最大的優(yōu)勢(shì)在于不需布線，能節(jié)省投入，但也存在著后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高、數(shù)據(jù)傳輸可靠性受環(huán)境影響大等缺陷，而有線傳輸則相反。如果無(wú)特殊情況，原則上應(yīng)選擇有線傳輸。

有線傳輸可供選擇的技術(shù)也較多，應(yīng)用較廣的有RS485、電力載波、TCP／IP協(xié)議等。其中RS485運(yùn)用最為廣泛，其信號(hào)傳輸穩(wěn)定，傳輸距離遠(yuǎn)，計(jì)量表具基本都配備標(biāo)準(zhǔn)RS485信號(hào)輸出接口。電力載波、TCP／IP協(xié)議則可以利用現(xiàn)有的電力線纜和網(wǎng)絡(luò)線路，能減少布線。通常規(guī)模較小的網(wǎng)絡(luò)采用多路485總線即可覆蓋；規(guī)模較大時(shí)，可采用RS485結(jié)合TCP／IP協(xié)議的組網(wǎng)模式。大型公共建筑一般都有辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)踐中較多的是下層RS485上層TCP／IP協(xié)議的組網(wǎng)模式，這樣上層通信可利用現(xiàn)有的辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，減少布線規(guī)模。

3.2 如何確定系統(tǒng)構(gòu)架和網(wǎng)絡(luò)布局

根據(jù)節(jié)能管理的需要，系統(tǒng)構(gòu)架一般可分為采集層、傳輸層和管理層3個(gè)層次。采集層由計(jì)量?jī)x表構(gòu)成，對(duì)各計(jì)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。傳輸層由數(shù)據(jù)采集器、交換機(jī)和傳輸網(wǎng)絡(luò)組成，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)。管理層由主機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件組成，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理和信息的發(fā)布（見(jiàn)圖2）。

如何減少布線降低造價(jià)，要對(duì)系統(tǒng)構(gòu)架認(rèn)真研究。數(shù)據(jù)采集器在采集層和傳輸層中起著承上啟下的作用，是關(guān)鍵設(shè)備。實(shí)踐中使用的采集器有兩種：一種是以集線功能為主，輸入輸出均為RS485；另一種則具有轉(zhuǎn)換功能，輸入RS485，輸出TCP／IP協(xié)議。兩種采集器分別對(duì)應(yīng)著不同的系統(tǒng)構(gòu)架方案（見(jiàn)圖3）。兩者在表具到采集器之間的布線是相同的。方案1采集器和交換機(jī)之間是總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在進(jìn)交換機(jī)前增加一個(gè)異步串口通信服務(wù)器，集中進(jìn)行信號(hào)處理。方案2采集器和交換機(jī)則是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，直接和交換機(jī)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。兩個(gè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)：方案1能節(jié)省布線，但增加了轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，系統(tǒng)可靠性有所降低；方案2沒(méi)有轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，可靠性高，但布線較多。選用何種方案，要根據(jù)工程的實(shí)際情況來(lái)確定。

圖3 兩種不同的架構(gòu)方案

4 數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)中的疑難問(wèn)題

4.1 如何保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量

從數(shù)據(jù)的流程和處理上來(lái)看，從計(jì)量表具的原始數(shù)據(jù)到最終提供給管理部門(mén)的能耗信息，經(jīng)過(guò)了以下的流程：（1）存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)；（2）計(jì)算分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)；（3）數(shù)據(jù)挖掘與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

上述數(shù)據(jù)處理流程在軟件算法設(shè)計(jì)上要嚴(yán)格把握，確保發(fā)布數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在工程實(shí)踐中，應(yīng)注意從以下5個(gè)方面對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量予以保證：

（1）對(duì)能耗系統(tǒng)進(jìn)行合理的拆分，盡量減少間接計(jì)量。

（2）保證硬件的質(zhì)量和功能。

（3）在數(shù)據(jù)處理軟件中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)校核功能，對(duì)數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行判斷，如對(duì)不合理奇大數(shù)判斷、總用量遞增判斷等。

（4）調(diào)試時(shí)要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校核，運(yùn)行后還要定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽樣校核。

（5）設(shè)計(jì)報(bào)警功能，及時(shí)處理錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

4.2 如何確定軟件的功能

使用者比較關(guān)心的是數(shù)據(jù)處理的第三個(gè)環(huán)節(jié)，即能耗數(shù)據(jù)處理軟件。用戶(hù)的需求可謂五花八門(mén)，但基本功能是以下4項(xiàng)：監(jiān)測(cè)功能；查詢(xún)功能；比較功能；匯總功能。本項(xiàng)目計(jì)量軟件具備以下幾項(xiàng)功能。

（1）能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和匯總。

（2）自定義表具能耗的監(jiān)測(cè)和匯總。

（3）歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)與比較。

（4）能耗預(yù)警功能。

5 能耗發(fā)布環(huán)節(jié)的疑難問(wèn)題

能耗發(fā)布是分項(xiàng)計(jì)量的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是容易忽視的環(huán)節(jié)。發(fā)布的數(shù)據(jù)應(yīng)該是經(jīng)分析評(píng)價(jià)并有結(jié)論的數(shù)據(jù)。常用的能耗發(fā)布手段有以下三種：（1）網(wǎng)頁(yè)發(fā)布；（2）大屏幕發(fā)布；（3）手機(jī)發(fā)布。

6 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)推行分項(xiàng)計(jì)量時(shí)間不長(zhǎng)，工程案例還不多，需要更多的實(shí)踐和探索。在工程實(shí)踐中一定要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)確定實(shí)施方案，做好點(diǎn)位拆分，確定合適的數(shù)據(jù)傳輸方式和系統(tǒng)構(gòu)架，合理確定軟件功能，重視數(shù)據(jù)質(zhì)量的保證。最重要的是一定要將其應(yīng)用于日常管理，否則計(jì)量系統(tǒng)即使建起來(lái)也只是個(gè)擺設(shè)。