安科瑞 张奇峰能耗监测系统在某生产指挥控制中心能源管理系统的应用

摘要：针对大型公共建筑能耗高且能源管理不合理的问题，利用计算机网络技术、通讯技术、计量控制技术等信息化技术，实现能源资源分类分项准确计量和能源资源运行监管功能，清晰描述建筑内总的用能现状；实时监测各供电回路的电压、电流和功率等电力参数，识别负荷与无效能耗，从而可通过技术或行为节能方式，实现建筑的节能。

关键词：指挥控制中心；大型公共建筑；节能；能耗。

0  引言

随着社会的发展，能源的消耗量也在迅速增长，特别是建筑能耗的增长特别迅速，已经成为除工业、交通外的第三大能源消耗。按照当前建筑业的发展趋势，在若干年后社会的能源产出将无法满足能源的需求，所以减小能源的消耗量是一个十分重要的且需要尽早解决的问题。在建筑能耗中，大型公共建筑的能源消耗量占据了很大的份额，虽然其总能耗量远不如住宅建筑消耗量大，但是单位面积的能耗消耗量十分巨大，所以大型公共建筑的节能工作具有很大的潜力。大型公共建筑能耗监测系统的建设使得人们可以充分了解大型公共建筑的能耗使用情况，为提出节能减排政策与决策奠定基础，随着中国城市化进程的推进、经济的发展，我国建筑能耗总量呈持续增长的态势，并且增长速度有越来越快的趋势。如果任由建筑能耗照此速度增长，必然给中国能源供应安全带来很大的压力，因此建筑节能势在必行。

本文以某生产指挥控制中心为例，通过能耗在线监测系统数据传输网络的搭建、数据采集与分析等，介绍了能耗在线监测系统在大型共建以及生产指挥控制中心中的应用。

1  项目概述及建设目标

某生产指挥控制中心是集生产指挥、通信、综合办公于一体的生产综合楼，位于贵州省贵阳市。在原建设基础上加装远传智能电表、远传智能水表、远程冷量表、湿度监测仪表、照度监测仪表等。均采用 MODBUS 通讯协议经通讯总线、通讯管机采集终端计量设备数据，并由光纤或 RS-485 通讯组成的专用网络将数据传输至中心管理计算机实现智能化管理，通过能源管理系统软对数据进行存储、处理，形成管理方需要的图形、文字等形式的文件，以此实现指挥控制中心分项分部用能耗分析及智能化管理，具体建设目标如下：

1.1实现整个办公大楼能耗数据分类、分相计量；

1.2清晰描述总的用能现状，找出能源管理存在的问题，提供能源管理工作改进的方向；

1.3使后勤管理部门对办公大楼能源系统进行监测与管理；

1.4为节能降耗研究、设计与建造提供参考数据。

综合能耗：实现生产指挥控制中心能源消耗的自动、实时、在线数据采集、传输及存储。

分项计量：电能消耗要根据用电类型细分计量：照明与插座用电、空调用电、动力用电、其他特殊用电等。

2  能耗在线监测系统的设计

整个能耗在线监测系统的设计是以《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》等相关技术导则为基础，建设符合用户实际需求的能耗在线监测系统，整个系统完成了某生产指挥控制中心内部能耗计量仪表和能耗数据采集装置的安装，实现从建筑采集能耗数据，远程传输数据，数据统计与展示的功能。整个系统包括能耗数据的原始采集、能耗数据的在线传输、能耗数据的在线分析诊断等，通过能耗计量装置的安装，实现能耗数据的原始采集；通过通讯管理机的安装，实现能耗数据的在线传输；通过能耗数据的采集存数，形成可视化趋势，确定较高能耗范围 诊断形成高耗原因；通过后期的配置节能节电产品 改进运营管理模式，进行节能降耗；通过节能降耗前后数据对比，查看节能降耗实施效果。

2.1 能耗数据的原始采集

能耗数据的原始采集是整个能耗在线监测系统的基础，是整个能耗在线监测系统的基本构成元素，指依据国家机关办公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源种类的划分，分项能耗数据是指分类能耗数据中的一类或多类再细分为若干项。如电能又可以分为4类分项，插座照明用电，空调用电，特殊用电和动力用电，且每一个分项又可再分为若干子项。插座照明用电包括了建筑内部主要工作区域照明，普通设备用电等。可细分为插座照明用电，应急照明及走廊用电，室外照明用电三个子项。空调用电主要是指为建筑内部提供制冷和制热所消耗的电能，其也包括两个子项，冷热站电能使用和空调末端电能使用。动力用电是为建筑内提供动力服务使用的电能，包括电梯用电、水泵用电、通风机用电三个子项。这些分类分项数据要在采集器内部进行计算和存储，并定时与数据中心建立连接发送原始数据。本项目中，涉及到的能耗信息主要包括耗电量、耗水量、冷热量等，按照分类、分项计量系统的设计要求，本建筑中用电计量采用多功能电度表，在各楼层照明配电箱、空调配电箱、动力配电箱以及其他特殊用电配电箱安装多功能电表，实现电能的分项采集；用水计量通过远传智能水表，分别安装与办公楼水表间以及宿舍楼宿舍内，同时针对食堂、室外景观灯均加装远传水表；针对空调计量采用超声波流量计，计算冷热量。

多功能电表采用交流采样技术，能分别测量电网中的电流、电压、功率、功率因数和电能等参数，可通过面板薄膜开关设置倍率。带RS-485通讯接口，采用Modbus-RTU通信协议，所有多功能电表有功电度计量精度达到0.5级，

2.2 数据传输

数据传输是指原始分类分项数据经由数据采集器通过Internet远程通讯方式将能耗原始数据从有离散分布的单体建筑上传到数据中心，并将数据进行处理，完成原始数据存储的过程。在该过程中，数据采集器将定时采集到的数据进行累加，形成可扩展标示语言（XML）格式的数据包，数据包中不仅包含需要上传的数据还包括对应的建筑信息和采集器信息等。采集器还要对要传输的数据包进行加密处理，一般采用128位aes加密处理以保证数据的安全并进行上传工作。整个系统的数据传输网络包括现场计量采集装置与采集器之间的485网络以及采集器与数据中心之间以太网，现场计量采集装置与采集器之间通过RS-485的总线方式，实现计量采集装的手拉手式的连接，然后接入采集器，每路485总线连接计量采集装置的数量在20只左右；采集器与数据中心之间通过光纤局域网实现数据的远传传输，整个系统的网络结构如下图所示：

2.3 能耗在线监测系统软件功能设计

能耗综合主界面

通过综合能耗主界面可以反映生产指挥控制中心当年用能各分类能耗和折算为标准煤的综合能耗，并计算得到单位面积能耗；界面下方显示这能耗的当日逐时用能曲线；单击每个分类能耗的上部区域，可跳转到该分类能耗的用能分析主界面；可通过下拉框切换建筑物。

分项用电数据统计

将电耗进行逐时、逐日、逐月、逐年统计。统计数据采用饼图、柱状图、线图、区域图等各种图形展示方式，直观反映各项统计数据的数值、趋势和分布情况。

用电支路趋势分析

统计各区域、各设备电能消耗，准确定位用电消耗重要回路，制定节能绩效考核制度，推动节能降耗的执行。为用能重要设备建立运行记录档案，长期跟踪记录设备运行过程中的能效分析评估结果，结合设备维护保养记录，为设备的运行维护提供依据。

能耗数据同环比分析

将各种类型和各主要耗能设备的能耗与去年同期值和上月值进行同比环比分析，检验节能效果，根据分析结果执行节能绩效考核，以及节能目标的修正。

能耗数据分时统计

将能源类型、负载类型、区域能耗按照时间区分，按时、天、月、年、工作日、非工作日等对用能数据进行对比分析，准确掌握能源具体消耗情况。可将每天用能按时段设置峰、平、谷，统计各时段能耗，降低闲时能耗。

电能数据实时监测和预警

通过高精度智能仪表以技术手段实现自动化全实时、高密度的实时用能监测，减少用能的“跑、冒、滴、漏”和计量误差。实时监视现场仪表的回传数据，对电能进行合理的管控和预警，及时发现并改正运行中存在的用电异常，随时处理。按需设置重要设备的超标预警值，超标时醒目提醒并主动记录。

3 能耗在线监测系统建设的意义

大型公共建筑能耗监测系统是按照国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设的相关技术导则进行设计的一个多层次，多功能，跨区域，可双向交换信息的复杂系统。通过搭建这样的能耗监测系统可以实时监测建筑的能耗使用情况，通过能耗数据的分类分项计算，数据的分时统计，公共展示平台等，能促使国家机关办公建筑和大型公共建筑提高节能运行管理水平，为政府机关制定切实的政策和决策提供参考和有力的支持，并过能源综合管理系统软件对各电能计量点的用电量实施在线计量、动态监测、集中管理、科学考核，通过末端监控管理，综合性地实现整体节能，为高能耗建筑的进一步节能改造提供依据。