大型公共建筑電能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究

丁海萍 席強(qiáng)偉

(江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330013)

0 引言

大型公共建筑經(jīng)常被作為城市現(xiàn)代化的象征，但由于結(jié)構(gòu)和用途的特殊性往往是耗能的大戶，這類建筑的節(jié)能潛力亟待挖掘。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國建筑能耗占社會(huì)能耗的比重每年增加一個(gè)百分點(diǎn)以上，同時(shí)目前我國公共建筑每年每平方米能源消耗高過歐盟2倍以上。

實(shí)現(xiàn)對(duì)大型公共建筑的智能化管理，是降低建筑能耗的關(guān)鍵，其核心就是電力監(jiān)控系統(tǒng)，一個(gè)對(duì)建筑物內(nèi)的高低壓配電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視和管理的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。目前缺少一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)大型公共建筑的電力進(jìn)行智能化管理的系統(tǒng)。

1 方案提出

為了建立一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)大型公共建筑的電力進(jìn)行智能化管理的電能監(jiān)控系統(tǒng)，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大型公共建筑電能監(jiān)控系統(tǒng)。

該監(jiān)控系統(tǒng)是通過如下途徑實(shí)現(xiàn)的:一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大型公共建筑電能監(jiān)控系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)分為三層，即主控層、中間層和現(xiàn)場層，如圖1所示。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的組成

主控層位于中控室或值班室，一般配置高性能、高可靠性計(jì)算機(jī)、UPS不間斷電源、打印機(jī)、報(bào)警裝置等。電力監(jiān)控軟件安裝在主控計(jì)算機(jī)上，通過軟件的人機(jī)界面和各種管理功能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

中間層位于現(xiàn)場層與主控層之間，主要完成現(xiàn)場層設(shè)備與主控計(jì)算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信連接、數(shù)據(jù)交換、通信協(xié)議轉(zhuǎn)換和提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、兼容性和擴(kuò)充性?？梢酝ㄟ^以太網(wǎng)交換機(jī)方便地與其他系統(tǒng)進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)信息共享，對(duì)于大型的系統(tǒng)還可設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)服務(wù)器與其他系統(tǒng)進(jìn)行連接。

圖1 大型公共建筑電能監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)場層主要任務(wù)是將現(xiàn)場的各種配電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集和測(cè)量，并將采集和測(cè)量的各種數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。其主要設(shè)備是:嵌入式電能儀表、導(dǎo)軌式電能儀表、能斷路器、四遙單元等。這些裝置或儀表依據(jù)一次設(shè)備的需要進(jìn)行配置，并裝設(shè)在現(xiàn)場的配電屏或開關(guān)柜上。上述設(shè)備通過現(xiàn)場的RS485總線將檢測(cè)到的各項(xiàng)電參數(shù)和狀態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街虚g層。

3 智能監(jiān)控管理系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1 方案架構(gòu)

1)將各類建筑內(nèi)使用電子遠(yuǎn)傳智能儀表計(jì)量的能耗數(shù)據(jù)(如電、水、溫濕度等)，實(shí)現(xiàn)將各類能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)一實(shí)時(shí)采集與上傳到中心服務(wù)器。數(shù)據(jù)傳輸可兼容有線(局域網(wǎng)RJ45網(wǎng)口)/無線(GPRS/CDMA)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。2)將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)健肮?jié)能監(jiān)管平臺(tái)”數(shù)據(jù)庫中，海量歷史數(shù)據(jù)被永久保存起來，便于日后調(diào)用、分析和參考。

3.2 實(shí)現(xiàn)效果

1)組織機(jī)構(gòu)能耗。初期以獨(dú)棟樓宇為監(jiān)控單元，可提供各級(jí)組織機(jī)構(gòu)用能數(shù)據(jù)。2)分項(xiàng)能耗查詢。監(jiān)控系統(tǒng)可以提供清晰完整的計(jì)量數(shù)據(jù)，可以逐層、逐項(xiàng)查詢建筑用能情況。3)物聯(lián)網(wǎng)能耗監(jiān)測(cè)。結(jié)合GIS地理信息，以環(huán)境為背景，以建筑能耗數(shù)據(jù)為分析對(duì)象，可以直觀的對(duì)耗能數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)分析，同時(shí)應(yīng)用手機(jī)，PDA等多項(xiàng)數(shù)據(jù)終端對(duì)耗能情況進(jìn)行實(shí)施檢測(cè)。4)目標(biāo)管理。同類建筑可以通過總量以及各種分量進(jìn)行分析對(duì)比，針對(duì)耗能較大的建筑進(jìn)行耗能分析，查找能源消耗漏洞。5)能耗報(bào)警?？梢愿鶕?jù)已經(jīng)采集的數(shù)據(jù)，針對(duì)各類建筑、組織機(jī)構(gòu)的用電用能異常，通過專業(yè)分析提供有針對(duì)性的用能警報(bào)，提供及時(shí)的管理建議。6)分析診斷。采用建筑能耗分析診斷算法，根據(jù)采集能耗信息，用建筑模型能耗分析模式，發(fā)現(xiàn)建筑運(yùn)行期的高能耗癥結(jié)，給出明確的結(jié)論，從而使大量建筑的節(jié)能監(jiān)管工作得以有效開展。7)用能優(yōu)化控制。通過其他節(jié)能措施與監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)接制定具體的節(jié)能減排措施。借助電能管理系統(tǒng)，建立管、監(jiān)、控、研、節(jié)五位一體的管理機(jī)制，充分發(fā)揮電能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，節(jié)約成本，推動(dòng)能源管理水平提高。可采取照明優(yōu)化控制、智能光感照明、紅外熱感開關(guān)、空調(diào)群控、智能遮陽、建筑貼膜、風(fēng)光互補(bǔ)供電等具體方案有針對(duì)性的達(dá)到節(jié)能減排的具體目標(biāo)。

4 應(yīng)用案例

4.1 照明情況

以某省交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院第4，5教學(xué)樓為應(yīng)用對(duì)象，安裝電能監(jiān)控系統(tǒng)通過時(shí)段分析得出兩棟教學(xué)樓的照明情況，見表1。

表1 第4，5教學(xué)樓教室照明情況

4.2 改造方案

本項(xiàng)目為學(xué)校教室照明系統(tǒng)，主要由光源、線路、開關(guān)控制系統(tǒng)等組成。通過表1我們可以看出學(xué)院教室照明具有以下特點(diǎn):無功耗損大;能效效率比較一般;節(jié)能潛力大。

現(xiàn)學(xué)院教室照明都是采用2×36 W日光燈光源為主，由于超高效節(jié)能條燈比傳統(tǒng)日光燈照明效果好，使用壽命相當(dāng)于2倍日光燈，啟動(dòng)更方便，各項(xiàng)性能都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)日光燈。因而根據(jù)現(xiàn)場情況可以采用不改變?cè)瓉碚彰鞣绞胶徒Y(jié)構(gòu)，通用一支SL26的超高效節(jié)能條燈代替兩支原36 W日光燈光源進(jìn)行改造。

改造250間教室2×36 W的日光燈(每間教室按9套計(jì)算)，平均電價(jià)按0.60元/度計(jì)算，光源平均壽命周期為12 000 h，則壽命周期節(jié)能效益如表2所示。

表2 第4，5教學(xué)樓照明節(jié)能效益表

5 綜合效益分析

采用本方案在全院實(shí)施，僅燈光照明一項(xiàng)可為學(xué)院每年節(jié)省214 156元電費(fèi)。平均照明周期節(jié)約1 367 280元的照明電費(fèi)。在大幅提高照明綜合效果的同時(shí)，節(jié)能效果明顯:節(jié)約照明用電50%以上，五年可以為學(xué)院節(jié)省電費(fèi)1 070 780元以上;采用超高效節(jié)能條燈代替普通日光燈，減小總用電功率，電器線路負(fù)荷小，可延長線路電線使用時(shí)間。

在社會(huì)效益方面，通過節(jié)能改造后一年可以平均省電356 928多度，相當(dāng)于減少燃煤消耗128 530多千克，從而減少了導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”和酸雨的氣體排放量，其中二氧化碳排放減少392 620多千克、二氧化硫排放減少3 212多千克、一氧化氮1 727多千克等。

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