1 前言

我國目前是世界上第二位能源生產國和消費國。能源供應的持續增長，為經濟社會發展提供了重要的支撐；同時，能源消費的快速增長，為世界能源市場創造了廣闊的發展空間。中國已經成為世界能源市場不可或缺的重要組成部分，中國的發展對維護全球能源安全，正發揮著越來越重要的積極作用。

在我國，建筑能耗約占總能耗的27%以上，而且還在以每年1個百分點的速度增加。據住房和城鄉建設部統計數字顯示，我國每年城鄉建設新建房屋建筑面積近20億平方米，其中80%以上為高能耗建筑；既有建筑近400億平方米，95%以上是高能耗建筑。建筑能耗占全國總能耗的比例逐年快速上升，為應對上述情況，我國新建建筑已經基本實現按節能標準設計，這個比例已高達95.7%，但是，施工階段執行節能設計標準的比例僅為53.8%。

據統計，我國國家機關辦公建筑和大型公共建筑總面積不足城鎮建筑總面積的4%，但年耗電量約占全國城鎮總耗電量的22%，每平方米年耗電量是普通居民住宅的10～20倍，是歐洲、日本等發達國家同類建筑的1.5～2倍。

由此看來，節能減排是我國當前及將來發展中所必須面臨并亟待解決的重大問題。實際上，十一五規劃已經為減少能源浪費和降低廢氣排放制定了具體的目標，國務院印發的發展改革委會同有關部門制定的《節能減排綜合性工作方案》，明確了中國實現節能減排的目標任務和總體要求。

為了我國長遠可持續的發展，為了我國能源的安全，也為了把我國建設成一個和諧、現代化的文明社會，節能減排是必須完成的既定目標。為達到上述目標，作為占總能耗1/4還多的建筑物，迫切需要建立一套完整的能耗監測系統，特別必須建立一套國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統，這是節能減排的必要措施。

2 系統設計依據及技術規范

建筑能耗監測系統是在住房和城鄉建設部制定的《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統》技術規范的出臺后完成設計和開發的。因此，設計依據充分、技術標準正確，并且為節能減排提供了預留接口。

本系統設計依據的技術規范包括：

1、住房和城鄉建設部技術要求

《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據采集技術導則》

《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據傳輸技術導則》

《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統樓宇分項計量設計安裝技術導則》

《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統數據中心建設與維護技術導則》

《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統建設、驗收與運行管理規范》

《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統軟件開發指導說明書》

2、國家及行業相關標準

GB50052-2009 供配電系統設計規范

DL/T 698 電能信息采集與管理系統

MODBUS_RTU 多功能電表通信規約

CJ/T 188-2004 戶用計量儀表數據傳輸技術條件

GB/T 19582-2008 基于Modbus協議的工業自動化網絡規范

GB 9254-1998 信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法

GB/T 17168-1998 信息技術設備抗擾度限值和測量方法

GB/T 17626-1998 電磁兼容試驗和測量技術

3 建筑能耗分析管理系統應用實例

廣東某市級司法中心，總占地面積85畝，總建筑面積9.2萬平方米，工程建設投資4億元，建成后的機關大樓，供區法院、檢察院、公安局、政法委在內的政法系統單位辦公使用。

該項目有1#（公安局）、2#（法院、檢察院）兩個變配電室，室內的配電柜中安裝了安科瑞332塊PZ系列可編程智能電測表。為了能夠實現電力參數實時遙測、電能計量、電能報表等功能，系統采用了Acrel-5000能耗監測管理系統，做到集中管理、集中控制，解決了值班人員現場抄表的煩瑣，及以往定期手工抄表帶來的低效率和數據可靠性不高的問題。并且預留了擴展接口，可方便進行水、氣以及其他能源消耗監測的擴展接入，具有投資少、簡明實用、便于智能管理等優點。

3.1 系統結構

司法中心的值班室位于1#公安局負一層變配電室旁，配置一臺工業網絡交換機；2#變配電室現場采用13根總線，使用一臺16口的串口服務器，通過光纖連接至1#值班室內的交換機上；1#變配電室現場采用13根總線，使用一臺16口的串口服務器，連接至值班室內的交換機；再通過大樓的局域網把數據傳輸到后臺系統。

Acrel-5000能耗監測管理系統拓撲結構如圖1。

圖1 系統拓撲結構圖

Acrel-5000能耗監測管理系統采用了分布式結構，按功能或區域進行劃分，模塊化設計。整個系統分為三層，即現場層、中間層、主控層。

現場層主要任務是將現場的各種配電系統的運行參數進行采集和測量，并將采集和測量的各種數據傳輸給監控系統。項目中主要使用了安科瑞PZ系列可編程智能電測表共計300余臺，實現了現場300余點位的監控及管理。以上設備均相互獨立完成各自的功能，不依賴主控計算機運行，具備RS-485 通信接口，通過現場的RS-485總線將檢測到的各項電參數和狀態信號實時傳輸到中間層的數據處理單元—通訊服務器。

中間層位于現場層與主控層之間，采用高性能、嵌入式通訊服務器。通訊服務器負責把現場層儀表采集的數據經過網絡通信聯接、數據交換上傳到主控層，是主控層與現場層的橋梁。

主控層位于1#公安局變配電室旁的值班室，配置高性能、高可靠性工業級計算機、UPS不間斷電源、打印機等。Acrel-5000能耗監測管理系統安裝在主控計算機上，通過軟件的人機界面和各種控制功能實現對整個大樓電力系統的能耗監控及分析管理。

3.2 設備參數列表

3.3 系統功能介紹

現場低壓配電系統主要有8臺10/0.4 kV配電變壓器和2臺應急發電機，本系統主要負責對低壓進線及相應配出回路的實時動態監測。

進線回路采用PZxx-E4/KC，它能測量三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電能、無功電能等多種電參量，并帶有4路光電隔離開關量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點,帶RS485通訊接口。

配出回路采用PZxx-AI3/KC，它能測量三相電流，帶有4路光電隔離開關量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點，帶RS485通訊接口。

進入系統后通過遙測我們可以查看各回路的三相線電壓、電流、功率、電能等電參量。遙信功能則實現了顯示現場設備的運行狀態，主要包括：開關的分、合閘運行狀態和通訊故障報警，斷路器變位時會發出報警信號。如下圖2，高壓配電系統主要監測了高壓回路的運行狀態，紅色代表合閘，綠色代表分閘；并在畫面上動態顯示三相電流、線電壓。

圖2 1#（公安局）高壓配電系統圖

圖3的低壓配電系統主要監測了運行設備的電參量，其中包括：進線三相電流，功率，功率，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流。

圖3 T1變壓器低壓配電系統圖

系統通訊狀態圖，可實時查看系統各設備通訊運行情況，見圖4。

圖4 1#（公安局）配電室通訊狀態

遠程抄表功能，完成對各主要回路的實時遠程集抄功能。并根據時間段可以查詢各回路的能耗情況，定期打印電能報表，見圖5。

圖5 電能報表

趨勢曲線，可直觀的查看回路的負荷運行情況，并進行不同時間段之間的能耗曲線比較，見圖6。

圖6 趨勢曲線

3.4 能耗管理系統實施效果

機關辦公大樓內的能耗分析管理系統經過近一年的運行,已積累了一定量的能耗數據，管理人員已可以使用此系統對樓內各分項系統、各個供電回路進行實時監測,多次及時地糾正了個別辦公室在非工作時間忘記關燈、空調及辦公設備的行為。通過對歷史能耗數據的統計分析,已掌握了電耗在各大樓內分項系統中的分布情況以及各部門的能耗情況。Acrel-5000能耗監測管理系統為國家機關辦公建筑的節能管理工作提供了客觀的量化依據。

4 結束語

節能減排是我國當前及將來發展中所必須面臨并亟待解決的重大問題。此司法中心項目上的成功應用，證明了Acrel-5000能耗監測管理系統為國家機關辦公建筑的實時數據采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺，實現建筑分項能耗的自動采集，自動匯總及分析，該系統能夠得到大型建筑實時能耗，并為降低其建筑能耗和提高建筑能效，提供了決策依據和參考；為進一步推進能耗統計，能源審計，能效測評等工作提供了關鍵數據。

參考文獻：

[1]《電力電測數字儀表原理與應用指南》， 任致程、周中，中國電力出版社

[2]上海安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2013.01.版

[3] [2008]114號文《關于印發國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統建設相關技術導則的通知》