基于Acrel-5000的公共建筑能耗管理系统设计与应用——以江苏涟水经济开发区集中供热项目为例

摘要能源危机日益严峻的当下大型公共建筑的能耗管理已成为亟待解决的现实难题。本文以江苏涟水经济开发区集中供热项目为背景介绍一套基于Acrel-5000的能耗管理系统。系统通过智能电力仪表采集配电现场电参量采用现场就地组网方式经Acrel-5000型能耗监测系统实现各配电回路的实时用电监测与管理为公共建筑节能降耗提供科学依据。关键词公共建筑能耗监测系统ACREL-50001 引言随着节能工作的深入能源利用状况的科学化管理手段日趋多样。能耗管理系统可实时监控公共建筑各种能源的详细使用情况为公共建筑查找能耗弱点促进大楼管理水平的提高及运营成本的降低为节能降耗提供直观科学的依据。作为一种高效的管理工具和新兴的管理手段能耗管理系统在大型公共建筑医院等领域已有应用。江苏涟水经济开发区集中供热项目能耗管理系统通过对能源的采集与管理实现能耗的降低。2 设计依据GBT23331-2009 《能源管理体系要求》GB-50052-2009 《供配电系统设计规范》◆ 能耗计量装置国家及行业标准DL/T 645-1997 多功能电能表通信规约DL/T 645-2007 多功能电能表通信规约CJ/T 188-2004 户用计量仪表数据传输技术条件3 项目概况江苏涟水经济开发区集中供热项目主要监视的楼层多功能仪表共计6只HCD194E-9S4系列多功能仪表。4 系统架构能耗分析管理系统根据公建现场实际情况整体网络结构采用屏蔽双绞线直接接至后台能耗网关然后通过TCP/IP网络将数据上传至的监控主机。系统整体采用分层分布式计算机网络结构自上而下分为站控管理层、网络通讯层和现场设备层各层职责与数据流向如下图所示现场设备层网络通讯层站控管理层RS485 数据串口数据TCP/IP 网络能耗监控主机Acrel-5000 系统数据报表与可视化能耗分析与决策能耗网关TCP/IP 上传485 屏蔽双绞线HCD194E-9S4 多功能仪表配电回路电参量采集其中仪表分布在配电室所有仪表通过 485 屏蔽双绞线铺设至监控中心经能耗网关至系统主机从而完成仪表数据的采集并管理。具体如下图所示该系统主要采用分层分布式计算机网络结构如系统结构图所示站控管理层、网络通讯层和现场设备层。其中仪表分布在配电室所有仪表通过485屏蔽双绞线铺设至监控中心经能耗网关至系统主机从而完成仪表数据的采集并管理。5 系统软件模块◆ 综合能耗主界面主页面显示该建筑的建筑图片建筑基本信息,建筑当月分项用电饼图和各种能源的消耗量。根据所选的建筑对其建筑图片进行加载可以选择时间查看建筑能耗情况选择建筑或时间后自动刷新默认为当天。◆ 支路用能系统可以统计各支路某段时间内逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。系统可查看各支路用能趋势可根据已有的日期或者自定义时间进行查询并可以将支路用能显示合计以图表形式显示。◆ 分项能耗统计系统可以按照分项进行能耗统计与显示。其中日分项用能同比分析图显示不同分项的当日与昨日能耗柱状图蓝色柱表示今日绿色柱表示昨日用能饼图显示各分项过去31天的用能占比堆积图显示各分项过去31天的能耗趋势分项用能排名图显示被选中分项对应能耗值排名前10位的支路。◆ 分项用能报表系统可以统计各分项某段时间内逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。可查看分项中各支路用能趋势可根据已有的日期或者自定义时间进行查询统计数据可导出至Excel。◆ 能耗的同比环比分析系统可将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。统计各支路当年每月用能及去年同期用能。◆ 用能数据检查系统可以统计某段时间内各回路与下级支路的用能差值超过一定百分比后醒目显示红色区域确保计量体系的完整性、准确性。◆ 配置选项依照相关技术规范配置建筑物的基本信息例如建筑功能、建筑面积、空调面积、建筑地址等其中建筑面积等信息将用能单位面积能耗分析配置项目中使用的仪表的类型、型号、生产厂家等基本信息并添加该型仪表所能提供的监测参数信息此处配置情况影响能耗统计、分时段用能统计、参数查询功能配置项目中使用到的所有计量仪表保存计量仪表的地址、变比、对应的采集器、代码、监测回路的名称等信息配置分项能耗统计时涉及到的计量表计、所占比例、运算方式等信息可根据项目情况灵活配置此处配置信息将影响各分类能耗分项用能分析小模块中的功能配置各部门用能对应的计量仪表、运算方式、所占比例以及部门用能计划完成此项配置后将启用部门能耗分析功能模块配置建筑物中某用能区域对应的计量仪表、运算方式、所占比例完成此项配置后将启用区域能耗分析功能模块。6 前期展望根据办公楼宇能耗运行效果分析建立典型能耗分析模型统一分析。◆ 建立建筑能耗计量体系针对公建的用电结构监控至配电室层级能正确无误的统计进出线回路要满足电能守恒原理即进线电能为出线电能总和误差率在3%左右。◆ 对采集数据存储并形成可视化图表系统采集数据后存储到数据库系统可满足报表查询及导出并且系统可由柱状图等形式展现能耗趋势。◆ 诊断出高能耗点管理人员可通过系统采集数据正对性的对各个回路同比及环比分析通过一阶段分析可找出高能耗点。◆ 通过能耗分析改进管理运营模式针对高能耗点正对性的改进管理运行如在下班期间通知各个小组关灯、关机器同时列入绩效考核在工作期间对用电负荷较大回路可错峰减少同时间负荷过大7 节能效果分析江苏涟水经济开发区集中供热项目能耗管理系统自投运以来通过对 6 只 HCD194E-9S4 多功能仪表采集的配电回路电参量进行持续监测与统计分析以下结合项目实际运行数据对系统实施前后的能耗情况进行对比分析。◆ 实施前能耗基线系统上线前项目采用人工抄表方式每月仅能获取各楼层总用电量无法掌握各支路、各分项的实时用能情况。由于缺乏精细化的能耗数据支撑存在以下问题下班后照明、空调等设备未及时关闭待机能耗长期存在各回路用电负荷不均衡高峰时段变压器负载率偏高无法及时发现异常用能回路能源浪费难以定位。根据系统上线前连续 3 个月的抄表统计该项目月均用电量约为 18.6 万 kWh其中照明插座用电占比约 42%空调通风用电占比约 38%动力设备及其他用电占比约 20%。◆ 实施后能耗对比系统上线运行 6 个月后通过分项能耗统计、支路用能趋势分析及同比环比分析等功能管理人员能够实时掌握各回路用能情况并针对高能耗点采取改进措施。实施前后主要能耗指标对比如下表所示指标实施前实施后变化幅度月均用电量18.6 万 kWh16.2 万 kWh下降 12.9%照明插座用电占比42%35%下降 7 个百分点空调通风用电占比38%36%下降 2 个百分点高峰时段负载率82%71%下降 11 个百分点异常用能回路发现周期1 个月实时—◆ 节能效果量化通过能耗管理系统的持续运行与精细化管理项目取得了以下量化节能成果月均节电量约 2.4 万 kWh按年计算可节约用电约 28.8 万 kWh按当地工商业电价 0.85 元/kWh 计算年节约电费约 24.5 万元折合标准煤约 35.4 吨/年减少二氧化碳排放约 88.5 吨/年系统投资回收期约 1.5 年。◆ 节能措施落地节能效果的取得主要得益于以下管理措施的落地执行下班期间通过系统监测数据通知各小组及时关闭照明、空调及办公设备并纳入绩效考核工作期间对用电负荷较大的回路实施错峰运行降低同时段负荷峰值通过分项用能排名锁定能耗排名前 10 位的支路进行重点治理利用用能数据检查功能及时发现并修复计量异常回路确保计量体系完整准确。7 结束语江苏涟水经济开发区集中供热项目能耗系统是在能源问题日益紧张能源价格不断上涨的背景下针对大型公共建筑能耗问题而设计。在建设能耗管理系统后不但能减轻工作人员的工作负担提供工作效率而且直观的统计分析结果能帮助管理者根据能耗情况做出分析对促进节能工作、实现节能减排目标具有积极意义。