大型公共建筑能耗監測系統修復方法綜述

沈曉雷（上海市建筑科學研究院有限公司， 上海 200032）

我國大型公共建筑能耗監測系統于 2007 年開始建設，至今全國已有 10 000 多棟建筑建成了能耗監測系統并將監測數據上傳至各級（省、市）平臺。上海市至 2019 年底已有 1 780 棟建筑完成用能分項計量裝置的安裝并與市平臺聯網，其中約 1 300 棟建成時間超過 5 a，設備老化、系統不穩定情況頻出。

自 2017 年開始，上海市各區陸續啟動樓宇數據質量提升項目，公共建筑能耗監測系統的修復工作迫在眉睫。本文根據近幾年的工作經驗，對修復方法進行一些總結。

1 能耗監測系統現狀分析

現有各建筑能耗監測系統主要存在以下一些問題。

（1）系統建成 3 a 內一般運維情況良好，但對于超過3～5 a 的樓宇，運維中止情況普遍存在，大部分樓宇處無人維保狀態。這些樓宇原能耗系統已完全癱瘓，服務器、采集器中止工作，但表具仍在正常工作中。主要原因，一是當年系統建設時僅考慮了建設費用，未考慮運維費用；二是部分實施公司現已轉型或消亡導致斷保。

（2）部分樓宇配電管理系統仍在運行，能實時監測到各回路能耗數據，但已經中止向上級平臺上傳。

（3）網絡中斷現象普遍存在，原樓宇大部分是利用建筑內的網絡進行數據上傳，由于各種原因，很多建筑網絡中斷，造成數據無法上傳。

（4）現場回路情況變化，現場配電回路增加或負載類型變更，而能耗系統沒有做相應的計量回路變更或增加。

（5）各建筑表具數量配置不均，部分建筑分項不全，例如中央空調配電間未安裝表具。

2 系統排摸

在系統修復以前，為了更好地了解系統現狀、最大程度地利用現有設備，減少修復投資，應先對現有系統進行排摸，排摸方法如下。

2.1 排摸內容

按照相關國家和地方規范的要求，對建筑樓宇進行細化排摸，校核建筑的基礎情況、能耗監測系統現狀、系統運行情況，并對系統是否能繼續運行進行分析評估。勘察內容包括以下方面。

（1）建筑基礎信息：包括建筑名稱、地址、建筑面積、建筑功能等。

（2）能耗監測系統現狀：包括系統安裝時間、實施單位、維保期限、現場硬件品牌、型號、數量、設備保修期等，須列出設備清單、計量回路清單。

（3）能耗監測系統運行情況分析：分析系統是否正常運行、回路是否齊全、功能是否滿足要求、是否聯網實現同步上傳，并對數據異常的原因進行初步診斷等。

（4）繼續運行可行性：對現有系統進行綜合評估，完全不能修復的將進行更新，如果修復后可以繼續使用的將進行修復。

2.2 排摸形式

排摸工作主要由 2 部分組成，包括技術資料梳理與現場摸排調研工作。

（1）技術資料梳理：本階段工作需要樓宇業主方、分項計量建設方與管理方配合方可進行，需要盡可能詳盡的技術資料作為支撐。

（2）現場勘察調研：對目標樓宇進行進一步實地勘察工作。

2.3 制訂修復方案

在完成現場勘察工作后，修復團隊須編寫修復方案，方案中須包括樓宇基本信息、能耗監測系統現狀及數據質量情況、整改回路清單、修復工作設備清單、修復工作進度計劃等內容。

3 計量點位的修復

早期的能耗監測系統，往往計量點位不全。一是分回路未計量全，會導致各分表相加之和遠遠小于總表—按《上海市國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統數據(用電量)采集判定要求》，分項之和須大于總用電的80%；二是很多建筑會有配電負載變更的情況，例如增加配電回路等，而能耗監測系統往往不會更新，因此需要補足計量點位。

在補足計量點位時，除消防應急等極少時使用的回路外，其余有負載的回路均應補充計量，如果大樓使用中央空調系統，空調機房中的主機、泵等設備的供電回路也應單獨計量。

4 計量表具的修復

在能耗監測系統中，智能電表的壽命和穩定性均遠遠優于采集器和網絡，主流品牌的智能電表可穩定運行 10 年以上，故障率很低，因此一般對可正常使用的智能電表進行留用，但留用前應對計量電表進行準確性核對，以確保數據的準確性。核對時，可用鉗形電流表測量電纜上的電流，與智能電表瞬時電流進行核對，對于誤差校大的回路，首先檢查電表的互比配置是否有誤，再考慮電表故障。

對于有故障的電表，進行更換，更換電表時注意必須先對互感器二次側進行短接，以免互感器開路。

5 數據采集修復

5.1 采集器更換

能耗監測系統中，數據采集器和軟件的更新很快，故障率也高。對于斷保樓宇，大部分采集器均已停止工作，采集器中涉及原廠方的軟件已無法維護，而且上海市 2018 年啟用了新的 DGJ 08-2068—2017《公共建筑用能監測系統工程技術標準》，該標準中對數據采集器提出了更高的要求，例如斷點續傳等。因此，修復工作中均會對原數據采集器進行更換。

5.2 與配電管理系統的數據共享

更換采集器時，尤其要注意的是與原配電管理系統的共享數據問題。建筑中所用的智能電表通過 RS-485 總線上傳能耗數據，而 RS-485 總線的特點是 “一主多從”，即數據采集器為主機,計量表具為從機，一臺主機上通過串行的方式可以掛接多臺從機，但一臺從機無法向 2 臺主機發送數據。通常情況下，配電管理系統的設計均會早于能耗監測系統，因此智能遠傳電表的數據會先上傳至配電管理系統，能耗監測系統通過軟件接口，從配電管理系統中讀取表具的實時數據。但是，這樣的方式對能耗監測系統往往會有以下弊端。

（1）系統穩定性差。由于所有數據來源于配電管理系統而非表具直傳，因此能耗監測系統的數據穩定性高度依賴于配電管理系統，一旦配電管理系統發生故障，能耗監測系統的數據將中斷。

（2）協調工作量大。由于配電管理系統的實施方與能耗監測系統的實施方無直接的合同關系，對于配電管理系統實施方來說，能耗監測系統的實施進度與其無直接關系，因此很多協調工作需要由業主方中轉。這中間造成的工作配合脫節、溝通不暢屢有發生，協調工作量很大。

（3）商務成本高。由于表具的一手數據被配電管理系統獨家掌控，為了將數據轉發給能耗監測系統，配電管理系統也有一定的開發工作量，配電管理系統實施方往往借此索要高額接口費，造成商務成本提高。

5.3 485 多主機設備的應用

由于上述原因，在修復工作中，可采用 485 多主機轉接設備，自動協調 2 臺主機的通信，解決了表具無法識別 2 臺主機回文信息的問題，確保一臺電表的數據可同時發送給配電管理系統和能耗監測系統。其接線圖如圖 1 所示。

圖1 485 多主機轉接設備接線圖

采用 485 多主機轉接設備具有以下優點。

（1）對原配電管理系統無影響。采用 485 多主機轉接設備后，表具的能耗數據可同時發送給能耗監測系統和配電管理系統。配電管理系統軟件上完全透明，不用做任何接口協議和配置上的改動，對系統的正常運行無任何影響，因此節約了大量的協調成本。

（2）數據傳輸穩定。由于采集的是表具的一手能耗數據，能耗監測系統完全不依賴于配電管理系統，因此可以最大程度的保障能耗監測系統的穩定運行。

（3）適用范圍廣。485 多主機轉接設備一般都配有軟件配置界面。2 臺主機可以配置不同的波特率和采集頻率，基本適用于市面上大多數智能電表、水表等計量表具。

（4）設備穩定性好。該設備原理簡單，故障率很低。某單位曾在近 20 棟建筑中使用該種設備進行 485 轉接，接入電表約 5 000 塊，穩定運行 1 a 未發生一起轉接設備故障。

（5）改造工程量小。485 多主機轉接設備安裝在配電管理系統的數據采集器邊上，原表具的 485 通信線仍可利用，僅需增加 485 多主機轉接設備至 2 個系統的 485 通信線即可，改造的工程量小。

（6）成本低。市場上有多種 485 多主機轉接設備可供選擇，主流產品售價在百余元人民幣，物美價廉。

5.4 注意事項

使用 485 轉接設備，需要注意以下 2 個方面。

（1）增加了一個故障點。加裝 485 多主機轉接設備后，對于配電管理系統和能耗監測系統而言，前端除了智能表具外，增加了一個故障點.一旦 485 多主機轉接設備發生故障，2 套系統都將失去源數據。因此，該 485 多主機轉接設備的質量顯得極為重要。

解決方案：由于該設備采購成本不高，為了保障系統穩定，同時提高業主的信任度，可在現場多放置轉接設備，作為備品備件，一旦發生故障，可隨時更換。

（2）少數表具不兼容。該 485 多主機轉接設備可兼容市面上絕大多數據電表、水表，直接安裝即可轉發能耗數據。但是，在使用中發現，極少數冷熱量計的 485 通信不兼容該設備。

解決方案：經查，是由于冷熱量計的上下拉電阻與智能電表不同，因此只要調整 485 轉接設備的上下拉電阻，使之與表具相配即可。

6 網絡系統的修復

2015 年以前的能耗監測系統在網絡傳輸上，由于當年無線流量資費較高、無線數據傳輸模塊尚未普及，因此大多數都利用建筑本地的有線網絡進行能耗上傳。雖然理論上有線網絡帶寬比無線傳輸穩定，但實際運行過程中，由于受當地網絡狀況影響，斷線和不穩定性現象非常多。經統計，約50% 的系統維保工單是由于本地網絡故障引起，運維工作量極大。當下 4G、5G 數據傳輸技術已經相當成熟，數據資費也很低，因此為了減少運維工作量、確保能耗監測系統上傳網絡不受本地網絡影響，對于本地有線網絡不穩定的，宜多采用無線網絡進行修復。

7 結 語

能耗監測系統的修復，應先進行排摸，摸清現狀，制訂排摸方案。在修復工作中，可通過加裝 485 多主機轉接設備，在不影響原配電管理系統的基礎上，使能耗監測系統可以采集到表具的一手數據，并且不受配電管理系統的影響。同時，網絡系統的修復優先采用無線網絡，以減少本地網絡對系統的影響。