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1 大型公共建築的節能管理現狀
目前,超過70%的(de)大(dà)型公共建築沒有專職的節能管理人(rén)員,企業內部普遍沒(méi)有建立相應的能源管(guǎn)理製度,不能及時掌握能源的整體(tǐ)消耗情況,對主要用能設備的運行情況和(hé)節能狀(zhuàng)況也未能及時把握。總的來說,大多數大型公共建築業主的用能設備管理僅僅是從安全使用的角度考慮,建(jiàn)立企業內部的節能管理體係已經變得非常的迫切。
2 大型公共建築節(jiē)能需求
大型公共建築(zhù)的用電設備數量與種類眾多,主(zhǔ)要包括(kuò):*空調、照明(míng)、電梯、給排水、電加熱負載,變壓器和其他混合負載等。而各(gè)種機電設備的能耗具有較大的節能空間。同時(shí),麵向建築內的機電設備(bèi)實施節能,相對(duì)於改變建築的牆體、窗(chuāng)體結構而言,更具(jù)有見效快、對建築正常使用影響(xiǎng)小等優勢
(1)*空調(diào)能耗現狀
一般地,在大型(xíng)公共建築中,*空調係統的能耗(hào)約占總能耗的40%以上,而大(dà)部(bù)分建築的*空調實際熱負載在絕大部分時間內遠比設計負載低,且主機、輔機(jī)和末端舒適度三者未能實現(xiàn)合理動態調節,導致(zhì)係統效率(lǜ)較(jiào)低,電能浪費嚴重。
(2)照明係統能耗現狀
目前,許多公共建築都是全封閉空間模式(shì),*依靠人工照明進行采光,在上班時間(jiān)段,照明係統通常都是連續照(zhào)明,所消耗的能量大,也(yě)增加了室內(nèi)熱(rè)負荷。可以根據實際需(xū)求選擇不同的照明節(jiē)能措施,對提(tí)高光效、節約能量是(shì)非常重(chóng)要的。
(3)電(diàn)梯係統及其他動力設備能耗現狀
目前,大型公共建築節能(néng)電梯僅(jǐn)占全(quán)國電梯保有量的2%,節能潛力巨大。而(ér)公共建(jiàn)築中(zhōng)給排水等其他(tā)能耗設備通過采取一定的控製手段,也能有一定的節能空間。
(4)供配電係統能耗現狀
供配電係統通過導線、開關、變壓器等設備進行傳輸的過(guò)程中,會產生(shēng)功率損失(有功、無功功率),並在相應(yīng)的時間內產生能量損失(shī)(有功(gōng)、無功電量)。
3 大型公(gōng)共建築用能結構特點
對珠三角地區的公共建(jiàn)築進行能源審計時發現,大型公共建築功能的實現是以各類機電設備係統運行為基礎(chǔ),空調、給(gěi)排水、照明的能耗要占建築運行能耗的(de)70%,僅空調係統的運行能耗就占各係統總(zǒng)能耗的40%以上。所以,在(zài)進行大型公共(gòng)建(jiàn)築節能研究(jiū)時,解決機電設備的節能問題是核心。
4 大型公共建築節能解決(jué)方案
4.1係統結構
建築能耗監測(cè)係統的拓撲結構(gòu)如圖3,係統(tǒng)多采用分布式結構,按功能或區域進行劃分,模塊化設計。整個係統一般分為三層,即主控層(站控管理層)、中間層(網絡(luò)通訊層)和現場層(céng)(現(xiàn)場設備層(céng))。
圖3 係統拓撲結構圖
1)站控(kòng)管理層
站控管理層針對能(néng)耗監測係統的管理人員,是人(rén)機交互的直接窗口,也是係(xì)統的zui上層部分。主要由係統軟件和(hé)必要的硬件設備,如工業級計算機、打印機、UPS 電源等(děng)組成。監測係(xì)統軟件具有(yǒu)良好的人機交互界麵,對采集的現場各類數據信息計算、分(fèn)析與處理,並以圖形、數顯、聲音等方式反映現場的運行狀況。
監控主機:用於數據采集、處(chù)理和數據轉發。為係統內或外部提供數據接口,進行係統管理(lǐ)、維護和分析工作。
打印機:係統召喚打印(yìn)或自動打印(yìn)圖形(xíng)、報表(biǎo)等。
模擬屏:係統(tǒng)通過通訊方(fāng)式與智能模(mó)擬屏進(jìn)行數據交換,形象顯(xiǎn)示整個係統運行(háng)狀況。
UPS:保證計算機監測係統的正常供電,在整個係統發生供電(diàn)問題時(shí),保證站控管理層設備的正常運行。
2)網絡通(tōng)訊(xùn)層
通訊層主要是由(yóu)通訊管理機、以太網設備及總線(xiàn)網絡組成。該層是數(shù)據信息交換的橋梁,負責對現場設(shè)備(bèi)回送(sòng)的(de)數(shù)據信息進行采集(jí)、分類(lèi)和傳送等(děng)工作(zuò)的同時,轉達上位機對現場設備的各種控製命令。
通訊(xùn)管理機:是係統數據處理和智能通訊管理(lǐ)中心。它具備了數據采集與處理(lǐ)、通訊控製器、前置機等功能(néng)。
以太網設備:包括工業級(jí)以(yǐ)太網(wǎng)交換機。
通訊介質:係統主要采用屏蔽雙絞線(xiàn)、光纖以及無線通訊等(děng)。
3)現場設備層
現場設備層是數據(jù)采集終端,主要由智能(néng)儀表組成,采用具有(yǒu)高可靠性、帶有現場總線連接的(de)分布式I/O 控製器構成數據采集終(zhōng)端,向數據中心上傳存儲的建築能耗數據。測量儀表擔負著zui基層的數據采集任務,其監測的能耗數據必須完整、準確並實時傳送至數據中心。
4.2軟件實(shí)現與係統功(gōng)能
上位機軟件(jiàn)為Acrel-5000能耗監測係統組態(tài)軟件,該軟件是對現場能耗數據進行采集與監測(cè)的軟件,zui大的特點是能以靈活多樣的“組態形式”而不是(shì)編程方式來進行係統集成,它提供了良好的用戶開發界麵和簡捷的工程實現(xiàn)方法,隻要將(jiāng)其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態”,便可以(yǐ)非常容易(yì)地實現和完成對現場數據的采集與監測功能。Acrel-5000能耗監測係統具有友好的人機交互(hù)界麵,可(kě)實時和定時采集現場(chǎng)設備各(gè)參量及開關量(liàng)狀態,並將采集到的數據上傳給數據中心存儲。係統還提供了實時曲線和曆史趨勢曲線分析,符合用戶設計需要的報表、事件記錄和(hé)故障報警等(děng)功(gōng)能。整個(gè)係統可以實(shí)現所(suǒ)有回路能耗的采集和統計,實現了遠(yuǎn)程自動抄表、能耗(hào)監測功能。
1)運行狀態監測:通訊異常(cháng)報警提示。
2)用戶管(guǎn)理:不同用(yòng)戶權限具備不同操作功能,各級權限的口(kǒu)令(lìng)修(xiū)改操作功能,具有權限防誤功能。
3)能耗報表、棒圖:實現了所有能耗(hào)報(bào)表的按時間查詢,分為(wéi)日、月、年報表等,任意分類、分項實時能耗棒圖顯示。
4)打印及導出:所(suǒ)有報(bào)表及界麵可打印,或以EXCEL、WORD 格(gé)式進(jìn)行導出。
4.3大型公建電能計(jì)量宜采用智(zhì)能電力監控儀表
大型公共建築電能計量宜采用電力儀表作為內部管理電表,不宜用收費電表。兩者主要特點歸納如下(見表1)。
供(gòng)電部門一般給(gěi)用戶實施一戶一表的收費製度,即收費電表由供電部門統一安裝。因此(cǐ),收費電表除了(le)要有技監(jiān)局發放的計量器具許可證外,還需要當地省、市電力(lì)部門的許可才可安裝使用。在大型公共建築電能(néng)管理中,供(gòng)電部(bù)門一般會在總進線處安裝收費電表。
電力儀表在用戶安裝收費電表(biǎo)的基礎上,考慮內部電能計量與節能管理的需要安裝,用於內(nèi)部電能管理。因此用戶可自主選擇采購,但應注意製造商是否有電力儀表(電能部分)的計量許可證。電力儀表可以完成對各(gè)回路、各樓層或各功能區的分項電能數據的采集,通過後台電能管理係統完成對大型公共建築(zhù)的電能(néng)分項計量。
4.4電力儀表在建築能耗電能分項(xiàng)計量中的選型(xíng)方案
Acrel(安(ān)科瑞)公司研發的Acrel-5000建築能耗分析管理係統,可以通過ACR網絡電力儀表、諧波表、導軌式(shì)電能表,對商場、賓館、學校、醫院、銀行、體育館(guǎn)、*等大型公建(jiàn)進行電能分項計(jì)量和(hé)能耗分析管理。
電力儀(yí)表,是針對電力係統、工礦企業、公用設施、智能大型公共建築的電力監(jiān)控與(yǔ)電能管(guǎn)理(lǐ)需求而設計(jì)的。它(tā)能高精度的測量所有常用的電力參數,如三相電壓、三相(xiàng)電流、有功功率(lǜ)、無功功率、頻率、功率因(yīn)數、四(sì)象限電能等,采用可視度(dù)高的LCD來顯示儀表測量參數和電網係(xì)統的運行信息。電力儀表功能(néng)、型號繁多,價格也各不相同(tóng),電能計量方案也多種多樣(yàng),因此,應合理選配,達到較佳的性價比。
根據*114號文(wén)件,對大型公共建築能耗數據(jù)實行(háng)分類、分項計量,對電能按動力用電、照明與(yǔ)插座用電、空調用電和特殊用電進行分項計量管理。因此,針對宿舍(shě)、商鋪、病房等應計量到經濟核算單元的地方,可采用DDS1352或DDSF1352電表;
DDS1352單相電表,用於單相電能計量,DIN35mm導軌安裝,寬度為1個模數(即(jí)寬為18mm),一次zui大接(jiē)入單相(xiàng)電流30A,精度1.0級。優點是尺寸小(xiǎo),價格低,缺點是沒有通訊功(gōng)能,不能組網。
DDSF1352單相電表,同樣為(wéi)DIN35mm導軌安裝,寬度為4個模數,一次(cì)zui大接(jiē)入單相電流為80A,精度1.0級,具有峰、平、穀電能分時複費率計量功能,帶RS485接口,Modbus協議或(huò)DL/T645規約,可(kě)組網。主要應用於對單相電能的計量,常用在配電(diàn)箱內。DDS1352及DDSF1352單相電表外形及應用如圖4所(suǒ)示:
圖4 DDS1352電表外形,DDSF1352電(diàn)表外形及其應用(yòng)
針對用電設施(shī)按照明與插座用電、動力用電、空調用(yòng)電、特殊用(yòng)電進行分項計量,對(duì)學校教室、醫療病房、賓館客房按樓層或功能分區計量時,可選用DTSF1352或ACR120EL電表(biǎo)。
采用DTSF1352三相四線電表(見圖5),用於(yú)三(sān)相電能計量,具有尖、峰、平、穀電能分時複費率計(jì)量功能,DIN35mm導軌安裝,寬度為(wéi)7個模數,可安裝在照明箱或(huò)動力箱中,一次(cì)zui大接入三相電流80A,80A以上可經電流互感器采集,精度(dù)0.5級,帶RS485接口,Modbus協議或(huò)DL/T645規約,可組(zǔ)網。
圖5 DTSF1352電表外形及其(qí)在動力箱中的應用
采用ACR120EL多功能電表,該表為嵌入式安裝,可安(ān)裝在動力箱(xiāng)或低壓出線櫃門板上,麵板尺寸為80mm×80mm,規格為220/380V、,電流經互感器接入,精度(dù)0.5級,可測量電流、電壓(yā)、功率、頻率、功率因數、四象限電能等電參量,帶Modbus通訊(xùn)協議。
一些重要場合需檢測諧波的,可采用ACR230ELH多功能電表,針對(duì)進線回路或重要出線回路,采用ACR230ELH多功能電表,嵌入式安裝在配電櫃門板上,麵框尺寸為96mm×96mm,除測量(liàng)所有電參量外,還具有(yǒu)zui大需量,2-31次電流、電壓諧波分量(liàng)、電壓波峰係(xì)數、電流(liú)K係數、波形因子、電流電壓不平衡度、正負(fù)零序分量分(fèn)析等功能。ACR120EL,ACR230ELH多功能電表外形(xíng)及其在低壓配電櫃(guì)中的(de)實際應用(yòng)如圖6所示。
圖6 ACR120EL、ACR230ELH多功能電表外形及(jí)其在配(pèi)電抽屜櫃中的應用
4.5係統(tǒng)解決方案
基於對大(dà)型公共建築的了解,Acrel(安科瑞)通過能源監測管理技術、建築(zhù)智能化技(jì)術、變頻技術等綜合節能技術的應(yīng)用,從節能管(guǎn)理層麵、設備改造(zào)層麵、運營服務層麵,提出大型(xíng)公共(gòng)建築機電設備節能整體解決方案,以滿(mǎn)足建築功(gōng)能為前提,幫助建築實現能效提升。
節能管理(lǐ)——建立樓宇能效管理中心,提升節能管理水平
樓宇能效(xiào)管理(lǐ)中心由能效管理、設施管理、環境控製組成三層能效監測管理係統,從管(guǎn)理角度使建築獲得能效提升,同(tóng)時,對穩定節能效果也起到一定的作用。用能(néng)單位可以(yǐ)從管理(lǐ)中心獲知每日用電情況,並及時對異常情況進行調整。
設備改造——從建築機電設備運行改善入手,解決建(jiàn)築(zhù)高能耗及環境改善(shàn)問題。
(1)*空調係統節能
*空調係(xì)統作為大型公共建(jiàn)築zui主(zhǔ)要的用電設備,針對它的節能不僅能為建築整體運營成本的下降帶來zui大、zui直接的效益,同時,還(hái)對改善建(jiàn)築環境空氣質量有著非常重(chóng)要的意義。
①製冷主機的節能控製
通(tōng)過優化主機運行模式、設定運行參數,調節(jiē)製冷(lěng)主機供回水溫差及冷凍、冷卻(què)水流(liú)量,以提供製(zhì)冷主機的運行效率,從而實現製(zhì)冷主機的*COP值;
②空調水係(xì)統節能控製
對冷(lěng)卻(què)、凍水循(xún)環及冷卻塔係統分別加裝智能調速控製器、溫度傳感器、壓差傳感器和流量傳感器等,實(shí)現符合負荷要求的合(hé)理性調節。
③空氣處理機的節能控製
加裝空調處理機變頻控製係統,優化空調機組的控(kòng)製模(mó)式,對風係統各支管路(lù)風閥進行節能(néng)控製,保證各空調區域換氣次數和壓力平衡,並通過合理利用新風取得優化節(jiē)能的(de)效果;
④排風係統的節能控製
排風係統的改造不(bú)僅可以起到節能降耗的效(xiào)果,還可以提高建築內的熱舒適性。對風係(xì)統各分支管路風閥進行檢測,保證各區域送風的平衡,提升建築內的空氣品質,進而實現節能與熱舒適度的結合(hé)。
(2)照明係統
根據建築物的(de)實際用能需求,安科瑞公司通過提供(gòng)經(jīng)濟技術指標良好的(de)照明節能(néng)方案,幫助用戶實(shí)現節能目的;如:將常規的T8熒光燈更換更為節能的T5熒光燈或LED照明燈具等。
對公共照明區域,還可采用自動化控製手段,必要時輔以配電線路的改造,實(shí)現對公共照明係統按各種模式(shì)實現分時、分區、分線路的群控功能。
(3)電梯係統及其(qí)他動力設備(bèi)
對擁有多部電梯的場合(hé),可根據電梯在不同時段、不同(tóng)區域的使用特點建立群控係統,在(zài)保障(zhàng)運營服務(wù)品質的基礎上提高其整體使用效率。
當然,采用變頻器調速取代異步電動機調壓調速也是以提高(gāo)電動機運行效率為目標的節能措(cuò)施。同樣的,其它風機、水泵也可適當采用變頻調速(sù)等手段提高設備運(yùn)行效(xiào)率。
(4)供配電係統
配電(diàn)係統的(de)降損(sǔn)節能措施主要包括變壓器的合理使用,無功補(bǔ)償技術(shù),保持三相(xiàng)負載平衡,減少高次諧波、提高功率因數(shù)等。
運營服務——實時監測係統的運行(háng)狀(zhuàng)態,提供在線持續節能服(fú)務,穩定節能效益。
在實施節(jiē)能改造(zào)後,用戶可以獲得設備運行(háng)狀態的(de)數據服務。同時(shí),針對實時監測的情況,利用(yòng)控(kòng)製策略進行的節能調節,保證了建(jiàn)築末端環境的溫濕度、照度、二氧化碳濃度等的要求。
通過建立在安科瑞公司的“城(chéng)市能源(yuán)監測管理平台(tái)”提供的在線檢測服務,24小時監測建築的實時運行參數,提供故障診斷和排除,實現傳統的定期維護模式向實時狀(zhuàng)態維護(hù)模式(shì)的轉變,避免出現過(guò)修或失修的狀況。
大型公共建築節能核心目標(biāo)
打造高舒適、低能耗的建築運(yùn)行環境,實現(xiàn)四大目標:
提升管理水平,打造智能(néng)建築;
改(gǎi)善環境品(pǐn)質,實現健康舒適;
優化係統(tǒng)運行,延長設備壽命(mìng);
降低整(zhěng)體能耗,減少運營成本。
5 結束
隨著(zhe)能源的日益緊張,節能(néng)降耗成為大型公(gōng)共建築(zhù)智能化建設的必然選擇,本文介紹Acrel-5000能耗(hào)監測係統,不僅能監控(kòng)供(gòng)配電係統的運行狀(zhuàng)況,還能監測用水量、燃氣等其它能源的使用狀(zhuàng)況,並(bìng)能(néng)根據采集到的能耗數(shù)據繪製出各種報(bào)表、分析曲線、圖形等,便於分析研究,為智(zhì)能建築的節能技術提供參(cān)考。該係統運行安全、可靠,並附有事件記錄及故障報警等功能,極(jí)大地方便了用戶的使用