1、1 能耗计量系统1.1 分项能耗计量管理平台在我国目前的能耗结构中，建筑所造成的能源消耗，已占我国总的商品能耗的2030。而建筑运行的能耗，包括建筑物照明、采暖、空调和各类建筑内使用电器的能耗，将一直伴随建筑物的使用过程而发生。在建筑的全生命周期中，建筑材料和建造过程所消耗的能源一般只占其总的能源消耗的 20左右，大部分能源消耗发生在建筑物的运行过程中。建筑节能主要是为了降低各类建筑运行过程中消耗的能源。根据建筑能耗特点的不同，建筑可分为三类：住宅建筑，一般性非住宅建筑和大型公共建筑。根据对大量数据的研究，大型公共建筑的单位面积能耗是前两类建筑的 48 倍。具有很大的节能潜力。实际调查数据表明
2、，我国的建筑运行能耗，包括大型公共建筑的能耗都低于同等气候条件的发达国家现状，更远低于美国大多数建筑的目前状况。这是由于对室内环境要求的不同理念和不同标准所致。由于我们的状况与发达国家差异很大，因此不能简单复制国外建筑节能技术与经验。然而目前我国在大型公共建筑的新建和既有改造项目中，一方面建筑设计追求“与国外接轨” ， “新、特、奇” ，造成大量全玻璃，全密闭的高能耗建筑出现；另一方面又大量采用发达国家的所谓的“节能技术” ，如变风量系统（VAV） ，建筑热电冷联供系统（BCHP） ，区域供冷，吸收制冷机，等等。但这些技术在大多数情况下并不能真正实现建筑节能。因此，我国大型公共建筑的节能应该从
3、实际能源消耗数据抓起，建筑实际运行能耗数据是评价和检验建筑节能的唯一标准。建立大型公共建筑分项用能实时监控管理平台是建筑节能的第一步。这有利于基于能耗数据的节能诊断、改造、运行、管理的服务。青岛远洋大厦建立分项用能实时监控管理平台可以对水、电、气、的实际能耗数据为基础对大厦的现有用能状况进行分析，可进一步对空调系统、照明系统等进行节能诊断，得出切实可行的节能办法，包括管理节能和技术节能，降低大厦的能源消耗，提高大厦的运行管理水平，减少大厦的运行管理费用。能耗计量分项计量方案设计依据国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据采集技术导则国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据传输技术导则国家机
4、关办公建筑及大型公共建筑数据中心建设与维护技术导则国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗动态监测系统建设、验收与运行管理规范国家机关办公建筑及大型公共建筑楼宇分项计量安装技术导则民用建筑能耗数据采集标准JGJ/T154-2007多功能电能表通信规约DL/T 645-1997，多功能电能表DL/T614-1997，电能计量装置技术管理规程DL/T 448-2000，电测量及电能计量装置设计技术规程DL/T 5137-2001，电能计量装置安装接线规则DL/T 825-2002，户用计量仪表数据传输技术条件CJ/T 188-2004 ，自动化仪表工程施工及验收规范GB50093-2002 ，低压配电设
5、计规范GB50054-95 ，民用建筑电气设计规范 、电能计量柜基本试验方法DL/T549-1994 、电能计量柜GB/T16934-1997，电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范GB 50168-2006 、建筑电气施工质量验收规范 GB50303-20021.2 青岛远洋大厦分项计量数据采集设计数据采集是青岛远洋大厦整个分项计量节能管理系统工作的基础，数据采集部分的核心内容在于以下两个方面：1）以今后节能分析和管理工作的需要为出发点，确定青岛远洋大厦计量分项的基本原则，有选择性对部分用电支路的用电情况进行数据采集。2）保证数据采集工作所得数据的意义的正确性。这需要设计和实行有效的校核方式
6、来保证，即确认所装计量表的数据意义是否与设计时目标相同。数据的准确性可通过计量表的校准等方式得以保证，然而数据的意义正确却也需同样重视。我们在已有项目中普遍发现设计图及现场配电柜标识的支路名称与实际该支路所带设备出入较大。既有建筑建成时间越长，这类现象越突出。比如标识为“照明插座”配电线路中附带了大量非照明插座的负荷，而计量获得的数据若直接按照照明插座进行分析，必然会获得错误的结论。对于这个普遍存在的、易忽视的、却对整项工作有重要影响的问题，我们作为青岛远洋大厦分项计量节能管理系统采集方案的核心问题进行处理，下文的设计方案及实施导则中会对校核过程给出详细描述。青岛远洋大厦分项计量节能管理系统计
7、量支路选择的基本原则是：在一定投资成本和不改动已有配电线路的前提下，以最大程度的获得能耗管理需求数据为目标，在既有配电支路上有选择性的对已有智能电量表进行数据采集。对以下类型相关的各支路逐个计量1）变电站各台变压器低压侧出口2）空调冷站系统用电支路的冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔等3）含楼内空调箱、新风机、空调系统排风机的支路4）室内用电设备负荷为主（如照明、办公设备、室内风机盘管、饮水机等）的相关支路5）水系统的能耗量6）各种气的耗气量1.2.1. 数据校核电能表计量前，确认各配电支路的信息。要求的信息内容如下：每个支路的唯一编号、名称表（下表） ，需确保覆盖全部用电支路；给出各支路之间的关系
8、，包括上下游关系、联络关系及备用关系图（例如下图） ；表 1 某支路所带设备清单支路唯一编号 支路名称12314 5 6 7 8 9 10 11 122 313 14 15 16图 1 支路关系结构图电能表计量前，确认各配电支路所带用能设备的信息，要求支路所带设备信息完整、正确。1.2.2. 调查各支路的主要设备功率调查各支路的主要设备功率，确定装表容量，并同时能够维护计量表与计量对象的关系，如表 2 所示，表 2 某支路所带设备清单设备编号配电支路含有何种类型设备（类型从能耗模型中选择）该类型设备总容量（kW）123电能表安装后调试时，需用三相功率表对所有电能表（共 n 个）逐个电表（第 i
9、 个）所在支路进行一段时间 T（一般取 1 小时）的电量测量，结果为 Ei1，并与电能表所计数据 Ei2对比，校验数据的误差是否在允许范围内（5%）：，i=1,2,n%5012iE电能表安装后调试时，按照电表的层次关系进行数据大小的校核：1） 校核两小时内，所有变压器低压侧出口所计电量之和各建筑已有高压侧电表电量之和，且由此计算变压器电损在合理范围内（5%15%）2） 校核两小时内，变压器低压侧出口所计电量该变压器下引出的支路上所装电能表所计电量之和3）对安装电表的各支路，读表获得某一时间范围 T 内（一般取 1 小时）的电量 Q，再调研该支路所带的第 i 个设备（根据 3.2 要求记录其额定
10、功率为 Wi）是否处于运行状态，校核如下公式是否满足：iTWQ0其中，若该设备处于运行状态时 Ti=1, 否则 Ti=0。1.2.3 计量支路信息清单根据以上设计原则，确定青岛远洋大厦的计量支路如下：表 3 青岛远洋大厦计量支路电表ID计量支路名称计量表相数功率(KW)配电盘编号1 变电所照明 三 152 消防控制室 三 153 电信机房 三 201p4 消防电梯 三 305 客梯 1 三 1206 客梯 2 三 1207 裙房电梯 1 三 608 地下层排烟风机 1 三 1069 裙房电梯 2 三 4010 地下层排烟风机 2 三 9511 地下层排烟风机 3 三 7812 地下层排烟风机
11、4 三 8813 地下层排烟风机 5 三 6514裙房卷帘及排烟风机三 5515 机房层排烟风机 三 5916 地下层 2-4 层照明 三 16517 疏散楼梯间照明 三 1442p18 地下一层照明 三 22319 123 层照明 三 30220 4，5 层照明 三 25621 消防泵房 三 20422 31 层总统套间 三 703p23 室外照明预留 1 三 5024 室外照明预留 2 三 504p257-30 偶数层插接封闭母线三 670 5p267-30 奇数层插接封闭母线三 670 6p27 制冷机房 三 1250 12p28 地下 2-4 层诱导风机 三 8929地下 1、2 层风
12、机热水泵房三 8830 洗衣房 三 8031 裙房风机 1 三 4632 裙房风机 2 三 2633 裙房风机 3 三 2734 机房层风机 三 5113p35 1 层厨房 三 6036 2 层厨房 三 6037 3、4 层厨房 三 11038 地下一层厨房 三 18039 5 层厨房 三 12040 锅炉房 三 1541 游泳池设备 三 4014p42 裙房电梯 1 三 6043 地下层排烟风机 1 三 11144 裙房电梯 2 三 4016p45 地下层排烟风机 2 三 10246 地下层排烟风机 3 三 7847 地下层排烟风机 4 三 8848 地下层排烟风机 5 三 6549 地下层
13、排烟风机 6 三 6150裙房卷帘及排烟风机三 5551 机房层排烟 三 5917p52 冷量计 冷冻机房1.3 数据传输网络设计分项计量系统数据远传环节的目的是实时的将各建筑中电表的数据通过网络媒介传送到监管中心的采集数据库中，远传系统主要分为数据采集终端网络（位于各建筑内） 、网络媒介、监管中心网络三部分，终端网络负责采集监控本地所有计量仪表的数据，网络媒介负责将数据传输到远地的数据中心，监管中心网络则保证采集数据的接收及未来平台应用所需的带宽。系统原理图如下所示。1.3.1 数据采集频率数据采集频率 f 是系统的一个关键参数，该参数将对布线方式、网络传输成本、数据库类型及容量选择均会产生
14、不同程度的影响。毫无疑问，软件硬件系统必须支持该采集频率的自由设定，然而，在系统方案中需对该参数明确化，才能有效的指导系统设计。采集频率 f 取决于数据分析目的。由于节能监管平台的用途多样化，因此，不同的用途决定不同的采集频率，其对应关系如下表 4。表 4 采集频率与数据用途的对应关系使用者 用途 采集频率政府部门实时监测全市各类建筑用能状况、了解其动态变化规律5 分钟政府部门确定建筑用电定额，控制用电峰值，调控和掌握全市用电1 小时业主了解本建筑的各系统用电情况、对各类能耗数据进行总结报表等1 天能耗诊断人员发现建筑用能的漏洞所在，评价建筑用能的高低、30 分钟能耗模拟分析人员寻找能耗动态变
15、化的本质规律，对模拟分析过程提供数据依据，从而结合模拟手段指导新建建筑设计5 分钟根据以上分析，本系统方案设计中应以满足最大需求为目标，5 分钟为采集频率是较科学合理的方式。1.3.2 数据采集器系统选用为分项计量定制开发的 Muzak2616 能耗数据采集器（以下简称为 Muzak2616采集器）是数据实时采集和远传系统中的关键设备，负责接入智能电能表或其他数据采集终端（如水、燃气等能耗计量设备，或者传感器设备） 。Muzak2616 下行采用 RS-485 串行通信端口进行数据采集，上行可以根据需要采用基于 IP 协议有线以太网或移动 GPRS 网络实现数据远传，实现与接收端服务器程序的通
16、信。本方案共对 46 路用电支路进行计量，配置 4 台 Muzak2616 数据采集器。数据采集器弱电柜安装，弱电柜设于低压配电房。Muzak2616 采集器具有高速稳定的数据传输性能并支持多种数据采集和远程传输通信协议，其主要功能如下：高效的数据采集Muzak2616 采集器比传统的数据采集设备拥有更多的设备端口，可以更灵活的接入电表等计量设备，并能自由实现星型结构或总线结构的设备连接方式。Muzak2616 还能很好保证数据采集的实时性，更能符合能耗分项计量系统的要求。多样的数据远传模式Muzak2616 采集器的数据远程传输分为有线和无线两种方式。有线方式：采集器提供一个上行 10M/1
17、00M 自适应网络端口，直接接入基于 IP 协议的数据通信网络。无线方式：采集器还可以扩展一个上行无线通信端口模块，利用移动 GPRS 网络提供的通用分组无线业务远传数据。优秀的设备兼容性Muzak2616 采集器支持采用半双工 RS-485 电气端口的各种计量设备，包括普通电能表、多功能电表、流量表、冷量表、热量表等。不同种类计量设备一般使用不同的通信协议。Muzak2616 采集器可以根据计量设备相关国家和行业的标准化通信协议（规约）对 RS-485端口进行灵活配置，具备良好的设备兼容性和扩展能力。便捷的端口配置Muzak2616 采集器采用 32 位嵌入式架构并使用 Linux 操作系统
18、，在软件设计上充分考虑到系统应用灵活性。用户可以远程或者通过 Muzak2616 采集器提供的本地配置端口，对每个 RS-485 端口单独配置，更改波特率等串口参数，以适应不同传输距离和通信速率的需要。Muzak2616 采集器的设备配置采用图形化的 Web 方式，可以通过友好的用户端口界面，在本地或远程便捷地配置设备端口属性，包括：不同的串口通信协议、采集器的 IP 地址、端口号，远端服务器的 IP 地址以及采集时间间隔等参数。系统数据量和网络传输带宽采集数据库一年的采集数据量 Vol 根据如下公式计算：nii BfmVol1)40365(其中，n 为建筑数量，m i 为第 i 栋建筑中的电
19、表数量， f 为采集频率（单位：分钟） ，B为每条采集数据的存储字节数（单位：byte） 。本方案中 n1，计量电表数据按照 50 块极端、每 5 分钟采集一次数据估算，假设每条采集数据中包含采集时刻（8 字节的时间量） 、采集对象的唯一标识符（4 字节的整型量） 、各相电压（3 个 4 字节浮点量） 、各相电流（3 个 4 字节浮点量） 、各相功率因素（3 个 4 字节浮点量） 、有功及无功电度（2 个 4 字节浮点量）计算： 年/0)8128(510361 MBVol 报表公示数据库根据不同用途将会由分析软件自动生成，其数据库容量 Vol 计算公式为： Zii BfmVol140365其中
20、，z 为建筑数量，m i 为第 i 个分析指标所涉及涵盖的建筑数量，f为分析的频率（单位：分钟） ，B 为每条采集数据的存储字节数（单位： byte） 。对本项目进行最大容量估算，每 15 分钟进行一次实时动态分析，分析目标为 100 个用能指标值，每个指标值记录中包含分析时间（8 字节的时间量） 、分析对象建筑的唯一标识符（4 字节整型量） 、分析目标量的唯一标识符（4 字节整型量） 、分析方法的唯一标识符（4 字节整型量） 、分析结果值（4 字节的浮点量） ，则报表公示数据库容量： 年/260)48(1503601 MBVol 上述计算表明，数据库需要的存储量很小。即使考虑一定余量，在 1
21、0 年时间内数据存储的需求量仍然不大。这两个数据中，只有采集数据量与网络传输有关。可见系统对网络传输带宽的需求量很小，普通的 10M/100M 以太网足够系统使用。1.4 分项计量软件体系数据库及软件构架采用下图方式，软件分为采集软件、分析软件；公示平台分为演示软件和能耗公示网站。数据库集群内主要分为能耗原始数据数据库、能耗公示结果数据库两种。图 2 软件及数据库体系登录运行主程序，进入登录。该登录界面与能耗数据分析软件登录界面相同，但是数据维护和用户管理的权限需最高级管理员（该用户一般是 SQL Server 安装时创建的用户） 。登录过程中，读取数据需一定时间，登录成功后，将会进入主界面图
22、 3 数据管理软件登陆界面图 4 数据管理软件主界面数据维护点击工具栏面板中的数据管理，可进入如下界面，即数据维护界面。图 5 数据管理软件数据维护界面在数据管理前，需导入待管理的时间段范围内的数据。方法是通过菜单-管理-导入数据，如图，选中要导入的建筑，点击开始导入，等待导入进度条完成后，可点击完成退出。图 6 数据管理软件导入数据界面在数据管理主界面中，可选择指定端口的计量设备，并指定该设备的某种参数，然后可以查询该参数在某段时间内的所有数据，也可以指定某种规则检查这些数据的合法性。目前支持的查错规则有：长期缺数、斜率突增、数据变小、长期不变。用户可以根据不同规则查询出符合条件的数据结果。
23、在查询结果显示框中能够看到符合条件的结果集，用户可点击选择某行记录（按住 ctrl 键能够多选） ，然后点击删除选中行（如图）可删除该记录（这样，就完成了对坏数的剔除） 。图 7 数据管理软件数据维护界面图 8 某建筑逐时电耗统计界面图 9 分项计量系统采集与分析软件界面1.5 设备主材序号 设备材料名称 规格型号 单位 数量 备注1 能耗数据采集器 个 4 2 采集器弱电箱 个 2 3 网络仪表 个 51 4 电流互感器连接线 米 500 5 电流互感器 个 105 6 低压 5V 电源 个 3 7 网络路由器 D-LINK 个 1 8 冷量计 个 1 9 接线端子 个 500 10 Rs485 双绞线 RVVP2*1.0 米 6700 11 桥架 400150 米 20 12 桥架 150100 米 100 13 热镀锌钢管 （25） 米 300 14 超五类双绞线 屏蔽，pvc 护套， 4 对 米 300 15 软件费 套 1 16 设计费 项 1 17 服务器 DELL PowerEdge 2950 台 1 18 显示器 三星 T190 台 1 19 机柜 台 1 20 数据库SQL Server 2000(非正式版)套 1 21 键盘鼠标 双飞燕套装 个 1
