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淺談智能管理系統(tǒng)在高校的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):869更新時間:2021-07-28

劉 丹 

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801 

  

摘要:結(jié)合深圳南方科技大學(xué)能效系統(tǒng)工程設(shè)計實例,針對校園中電耗、熱量消耗、冷量消耗及水資源消耗數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析管理系統(tǒng),分析了系統(tǒng)中的水、電、氣在高校中的能耗分布,并闡述了節(jié)能應(yīng)用方案,可為其他節(jié)能減排項目的設(shè)計提供參考。 

關(guān)鍵詞:能源管理系統(tǒng);水電量;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);解決方案 

  

0 引言 

隨著社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,能量消耗高速增長,傳統(tǒng)粗放型管理模式已無法滿足當(dāng)今社會的進(jìn)步,節(jié)能降耗面臨嚴(yán)峻的考驗。我國的能源消耗已達(dá)到全球的20% ,超過美國,能效減排壓力迫在眉睫。我國高校的建設(shè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷提高和高校建設(shè)速度的高速發(fā)展,導(dǎo)致高校建筑能耗成倍增長,其各項指標(biāo)遠(yuǎn)高于普通商業(yè)建筑。 

本文主要針對校園中電耗、燃料消耗、熱量消耗、冷量消耗及水資源消耗數(shù)據(jù)的釆集、傳輸、分析管理系統(tǒng)展開介紹。隨著社會對節(jié)能降耗認(rèn)識的不斷深化,綠色環(huán)保高校已經(jīng)成為高校建設(shè)和發(fā)展的新理念。 

  

1 高校系統(tǒng)應(yīng)用 

1.1系統(tǒng)概述 

能源管理系統(tǒng)(energy management system, EMS)是計算機(jī)輔助系統(tǒng),用來監(jiān)視、控制以及優(yōu)化能源的轉(zhuǎn)換、使用與回收,提高能源利用效率。1985年,能源管理系統(tǒng)已應(yīng)用于寶鋼鋼鐵總廠,其后,在鋼鐵、石油化工、電力等行業(yè)中都有應(yīng)用,但在造紙行業(yè)尚未形成完善的針對能源管理與節(jié)能減排的管控系統(tǒng)。 

建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用智能化集成系統(tǒng)技術(shù),對校園內(nèi)的電能消耗、水資源消耗(包括冷水和熱水)等能源信息予以采集、顯示、分析、處理、維護(hù)及優(yōu)化管理,園綜合能耗信息的集中管理。系統(tǒng)通過資源整合形成具有實時性、全局性和綜合性的能源利用狀況及效率信息,向用戶提供校園能源利用狀況報告,并輔助能源管理人員制定適合的能源運(yùn)行、管理策略,實現(xiàn)“管理節(jié)能"和“綠色用能",最終某大學(xué)成為國內(nèi)乃至綠色校園。其系統(tǒng)平臺示意圖如圖1所示。 

  

圖1某大學(xué)建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)平臺示意圖 

該案例在圖書館信息中心設(shè)計一個系統(tǒng)后臺,系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)置在圖書館網(wǎng)絡(luò)匯聚中心,系統(tǒng)工作站設(shè)置在圖書館消防監(jiān)控中心。校園內(nèi)按照各區(qū)域能源消耗的種類及用途,設(shè)置了電量釆集點(diǎn)1227個(其中不包含中低壓配電系統(tǒng)的電參數(shù)采集點(diǎn)),低壓配電系統(tǒng)釆集釆集點(diǎn)650個,冷水用量采集點(diǎn)1221個,熱水用量釆集點(diǎn)1214個。前端能耗釆集裝置通過RS485總線與設(shè)置在各區(qū)域的通信管理機(jī)連接,將各區(qū)域的能耗數(shù)據(jù)匯集在通信管理機(jī)中。各區(qū)域的通信管理機(jī)通過校園控制網(wǎng)與系統(tǒng)服務(wù)器通信,實現(xiàn)系統(tǒng)后臺對校園內(nèi)各類分項能耗的分布采集、集中管理、資源和信息共享。 

該系統(tǒng)采用三層架構(gòu),三層結(jié)構(gòu)部署,分別為數(shù)據(jù)接口層、數(shù)據(jù)整合層和數(shù)據(jù)應(yīng)用匯總層。數(shù)據(jù)接口層設(shè)備主要包括多功能電力監(jiān)控儀、三相智能數(shù)顯儀表、多功能電能表、遠(yuǎn)傳水表(冷、熱) 等,如圖2所示。 

  

圖2系統(tǒng)架構(gòu)圖 

1.2 能耗分項計量 

按照《辦公建筑和大型公共建筑分項能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》和《高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》的要求,并根據(jù)某大學(xué)的實際情況,能源計量的類型包括電量和水量(包含冷熱水)、燃?xì)饬俊⒗淞俊?nbsp;

1.2.1 分區(qū)域 

某大學(xué)區(qū)域共分為八大區(qū)域,分別為公共教學(xué)樓、風(fēng)雨操場及食堂、檢測中心、科研樓、行政樓、信息中心及圖書館、教師公寓、學(xué)生書院及院士樓、校醫(yī)院。 

1.2.2 能耗類型 

每個區(qū)域有電量和水量(包含冷、熱水)、燃?xì)饬?、空調(diào)冷量。其中電量在總能量消耗中,電量消耗的類型也分照明用電、空調(diào)用電、動力用電、特殊用電等。 

校園建筑分類能耗中電耗比例大,是校園建筑節(jié)能監(jiān)管的,因此建筑用能設(shè)備的分項能耗主要針對電耗部分,按用電系統(tǒng)分類將電量分為以下4項實施分項電耗數(shù)據(jù)采集。 

(1)照明插座用電。 

(2)空調(diào)用電。 

(3)動力用電。 

(4)特殊用電。 

特殊區(qū)域用電是不屬于建筑物常規(guī)功能的用電設(shè)備的用電,特殊用電的特點(diǎn)是能耗密度高、占總電耗比重大的用電設(shè)施及設(shè)備。特殊用電設(shè)施一般包括信息中心、廚房餐廳、游泳池、實驗室或其他特殊用電設(shè)施。 

1.3 能耗系統(tǒng)特點(diǎn) 

能耗系統(tǒng)是由相關(guān)部門根據(jù)學(xué)?;蚬?jié)能管理工作的需要,按統(tǒng)一規(guī)定的方式自底層至上級 提供相關(guān)能耗統(tǒng)計資料的統(tǒng)籌工作。能耗監(jiān)測軟件是校園節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)的核心,能充分反映校園能源管理需求,符合相關(guān)建筑節(jié)能統(tǒng)計、審計及監(jiān)管技術(shù)要求。平臺構(gòu)筑也符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫;具備能耗數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、圖表顯示、自動統(tǒng)計、節(jié)能分析、數(shù)據(jù)存儲、報表管理、指標(biāo)比對、數(shù)據(jù)上傳等功能。流程如下:能耗歷史采集、能耗預(yù)算分析、節(jié)能目標(biāo)設(shè)定、能耗。 

系統(tǒng)具有以下特點(diǎn): 

(1)實用性。系統(tǒng)支持基于Internet的遠(yuǎn)程瀏覽,不同部門可在校內(nèi)不同的地點(diǎn)同時査看所需信息、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、趨勢分析等,并提供相應(yīng)數(shù)據(jù)報表,方便管理。 

(2)高度集成。系統(tǒng)通信管理機(jī)可以接入支持Modbus, BACnet等通信協(xié)議的各類計量表。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架設(shè)計,可使用標(biāo)準(zhǔn)OPC或ODBC接口與第三方系統(tǒng)無縫對接,無需額外網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換帶來的實時性損失,減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的重復(fù)敷設(shè)和降低維保成本。 

(3)可靠性。系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、B/S軟件架構(gòu),并釆用企業(yè)級關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)管理,具有很強(qiáng)的可靠性。 

(4)安全性。系統(tǒng)釆用與工作主機(jī)儲存方式進(jìn)行雙機(jī)熱備,使數(shù)據(jù)安全可靠。 

(5)遠(yuǎn)程管理維護(hù)。系統(tǒng)基于以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,將大大減少系統(tǒng)實施難度,并且系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展非常方便;可提供遠(yuǎn)程能源托管和數(shù)據(jù)維護(hù)服務(wù)。 

(6)能耗。客戶確定投入和實施節(jié)能計劃的決策依據(jù)。通過對目前世界上的綜合能耗仿真軟件包的應(yīng)用研究和二次開發(fā),提供準(zhǔn)確的設(shè)計和運(yùn)行能耗數(shù)據(jù),為客戶節(jié)能降耗提供依據(jù)。 

  

2 安科瑞能源管理系統(tǒng)介紹 

2.1系統(tǒng)架構(gòu)介紹 

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)以計算機(jī)、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具,根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無線通訊中的一種或多種結(jié)合的組網(wǎng)方式,為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺,它可以和檢測設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱?、分級、分布式智能一體建立如下層次結(jié)構(gòu): 

  

圖 3 安科瑞Acrel-5000能源管理系統(tǒng)架構(gòu)示意圖 

2.2 系統(tǒng)功能介紹 

  

圖4 安科瑞Acrel-5000能源管理系統(tǒng)用能統(tǒng)計示意圖 

2.2.1支路用能 

系統(tǒng)可以統(tǒng)計各支路某段時間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。系統(tǒng)可查看各支路用能趨勢,可根據(jù)已有的日期或者自定義時間進(jìn)行查詢,并可以將支路用能顯示合計,以圖表形式顯示。 

2.2.2分項能耗統(tǒng)計 

系統(tǒng)可以按照分項進(jìn)行能耗統(tǒng)計與顯示。其中,日分項用能同比分析圖顯示不同分項的當(dāng)日與昨日能耗柱狀圖;用能餅圖顯示各分項過去31天的用能占比;堆積圖顯示各分項過去31天的能耗趨勢;分項用能排名圖顯示被選中分項對應(yīng)能耗值排名位的支路。 

2.2.3分項用能報表 

系統(tǒng)可以統(tǒng)計各分項某段時間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能??刹榭捶猪椫懈髦酚媚苴厔?,可根據(jù)已有的日期或者自定義時間進(jìn)行查詢,統(tǒng)計數(shù)據(jù)可導(dǎo)出至Excel。 

2.2.4能耗的同比環(huán)比分析 

系統(tǒng)可將各主要耗能設(shè)備的能耗與去年同期值和上月值進(jìn)行同比環(huán)比分析,檢驗節(jié)能效果,根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行節(jié)能績效考核,以及節(jié)能目標(biāo)的修正。統(tǒng)計各支路當(dāng)年每月用能及去年同期用能。 

2.2.5用能數(shù)據(jù)檢查 

系統(tǒng)可以統(tǒng)計某段時間內(nèi)各回路與下級支路的用能差值,超過一定百分比后醒目顯示,確保計量體系的完整性、準(zhǔn)確性。 

2.3系統(tǒng)設(shè)備選型 

應(yīng)用場合 

型號 

功能 

照明箱 

DTSD1352 

三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,分相正向有功電能統(tǒng)計,總正反向有功電能統(tǒng)計,總正反向無功電能統(tǒng)計;紅外通訊;電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3*1(6)A,直接接入3*10(80)A,有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 

動力柜 

ACR220EL 

LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、S、PF、F);四象限電能計量RS485/Modbus可選復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計;4DI+2DO 

高壓重要回路 

或低壓進(jìn)線柜 

  

APM810 

三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序電流In,四象限電能,實時及需量,本月和上月峰值,電流、電壓不平衡度,負(fù)載電流柱狀圖顯示,66種警示類型及外部事件(SOE)各16條事件記錄,支持SD卡擴(kuò)展記錄,2-63次諧波,2DI+2DO,RS485/Modbus,LCD顯示 

給水管道 

水表 

計量流經(jīng)給管道用水的體積總量,適用于單向流水,采集電子直讀技術(shù),通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù) 


表1 安科瑞Acrel-5000能源管理系統(tǒng)設(shè)備選型表 

  

3 結(jié)束語 

能耗系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)如下: 

(1)實現(xiàn)能耗波動幅度跟蹤,實現(xiàn)能耗的準(zhǔn)確預(yù)測。 

(2)實現(xiàn)能耗監(jiān)測、自動警示,避免不合理能耗。 

(3)實現(xiàn)能耗、能效標(biāo)準(zhǔn)化管理,形成具有推廣性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 

(4)實現(xiàn)能耗量化分析、能耗管理流程化和精細(xì)化管理。 

(5)節(jié)能效果,實現(xiàn)對節(jié)能改造措施的管理。 

通過實現(xiàn)這些目標(biāo),使高校實現(xiàn)“十二五"的 節(jié)能目標(biāo),保證高校節(jié)能目標(biāo)設(shè)定的科學(xué)性和受 控性,從預(yù)算環(huán)節(jié)就將節(jié)能目標(biāo)納入高校管理流 程,并進(jìn)行動態(tài)管理模式,對節(jié)能減排目標(biāo)以年、 季度、月為周期進(jìn)行分析、調(diào)整、控制和。 

  

【參考文獻(xiàn)】 

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑與科學(xué)技術(shù),教育部發(fā)展規(guī)劃司.高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則[G]. 

[2] 谷屹巖,袁文勝.淺談能源管理系統(tǒng)在高校中的應(yīng)用方案[J].2013年年會??? 

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版. 


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