电气节能监控系统在绿色建筑中的应用浅谈

任志刚 董宁铸 暴迎宾

摘 要 电气系统节能监控是绿色建筑能源管理的重要组成部分，主要包括选择节能设备、实施节能改造、安装节能监控系统。电气监控系统用于耗能管理节能效果明显，能够实现电气系统能耗的有效管理，其设计和安装应引起足够重视，对于促进建筑节能具有一定的指导意义。

关键词 节能管理；电气监控系统；建筑

电气节能是绿色建筑实现整体节能增效的关键，绿色建筑的核心是节能与可持续发展，电气系统的设计和运行对于实现绿色建筑的能源管理至关重要。实现建筑电气节能主要有两种方式：“硬件”节能和“软件”节能。硬件节能是指在建筑电气系统中应用节能型设备，而软件节能是指通过在建筑电气系统中应用变配电监控系统实时有效地管理变配电系统和设备运行，实现耗电计量和用电成本核算、单位能耗分析、负荷分配管理、电能质量检测和用电异常情况监测等。利用软件监控系统可以保证配电系统和设备运行的节能效果，有利于了解系统和设备的耗电模式和水平、制定行之有效的节能措施，提升节能意识。同时，可以为能源审计提供资料，提高能耗管理的透明度和科学性，为电气节能改造和能源合同签订提供基础。

1.电气系统硬件节能技术

绿色建筑，就是以最节约能源、最有效利用资源的方式，建造最低能源负荷下最安全、健康、高效及舒适的环境空间。

1.1 供配电系统

根据用电负荷容量及其分布、用电设备特点，合理设计供配电系统，实现供配电系统的经济有效运行。一是供配电系统要尽量简单可靠，变配电所应尽量靠近负荷中心，合理分布供电网络，减少电压损失，提高供电网络的供电质量及网络运行的经济效益。二是合理选择变压器容量和级数。变压器容量一般为65～75VA/m2之间，变压器的负载率以0.7~0.85为宜，能适应负荷变化，使变压器工作在最佳工作点。同时在新建或改造时要尽可能选择节能型变压器，减少空载损耗，降低空载电流和噪音污染。三是合理选择配电干线电缆，在满足允许载流量前提下，综合电压损失、热稳定等各种技术指标，合理选择导线截面、敷设条件、电缆型号，变配电室的选择要靠近电缆竖井。

1.2 机电空调系统

建筑用电负荷中，空调耗电制冷约占45%～55%，照明约占30%，动力及设备用电约占15%～25%，可见空调系统在耗能中的占主要部分。机电和空调系统要充分考虑设备的运行节能管理系统，如变频器的选择，中央空调的专家管理系统等。

1.3 照明系统

照明设计是实现绿色建筑电气节能的关键，在保证照明标准和质量的前提下，尽可能减少照明系统中的能量损失，最有效利用电能。一是要合理选择照度标准，按照设计标准和局部场合的特殊要求，综合考虑照明系统的总效率，区分一般照明和局部照明。二是选择节能光源。目前白炽灯逐渐被取代，提到的光源组要包括卤钨灯、荧光灯或小功率的高压钠灯，荧光灯单灯及气体放电灯单灯功率因数不应小于0.9，并应采用能效等级高的产品。推荐使用发光均匀、波长一直、平均寿命长的节能型LED发光二极管光源，LED等节能灯光效高、能耗低、稳定性高，但是价格限制了应用。

1.4 节能改造

已经建成的绿色建筑应该加大能源审计，分析重点用能负荷的变化，及时应用新技术、新设备对原有的耗能设备进行更换改造，优化运行方式等。例如更换普通的荧光灯为节能型的LED灯，加装路灯节电设备，电梯节能改造等。

2.电能监控系统的功能和结构

目前用于变配电系统的计算机电能监控产品已经有很多，这些产品一般都基于现场总线技术，这种协议具有简单、开放性好、容错能力强、实时性好、安全、成本低、能够频繁交换等特点，采用这种技术可以快速方便地实现变配电系统的自动化监控。智能建筑配电监控系统一般由计算机控制中枢、通讯传输网络、智能化调节开关和或控制设备、计量设备组成，实现运行数据的采集和处理，集中进行监控，真正达到建筑电气能耗的遥测、遥调、遥控和遥信。

2.1 监控系统的主要功能

监控系统基于先进的现场总线方式实现电气系统信息的交换和管理，集保护、测量、控制、信号采集、故障检测、谐波分析、电能质量分析、负荷管理与运行控制管理，通过无线传感器检测网络传输数据，是一套提高电气系统安全性、可靠性和管理水平的智能化系统。主要的功能包括配电系统运行监视、远程运行控制、电能质量检测管理、故障报警、运行数据管理、耗电管理、报表管理、能耗管理专家等。通俗地讲，监控系统能够实现耗电数据采集、能耗监控，从而实现能耗评价、运行优化、能耗监管与结算、能耗数据上报。

2.2 监控系统的结构

一般的监控系统如图1所示，主要包括以下几个方面[1]：1）中央计算机管理层。一般由监控软件、监控主机、打印机、不间断电源等组成，电力监控软件实现电力系统的全部监控和管理功能。同时可以通过以太网实现与楼宇管理系统、消防系统、安防系统及信息管理系统的通讯。监控软件一般为智能专家管理系统，实现对采集数据的自动判断和分析；2）网络通讯层。网络通讯系统是现场监测设备与中央计算机管理系统实现数据交换的通讯设备和通讯线路，包括交换机、串口服务器、收发器及传输路由，根据各个工程的实际情况，设计相应的网络结构，配备相应的通讯设备；3）现场监测控制层。现场的检测控制设备相对独立，完成保护、控制、测试和通讯等功能，包括电力监控仪表、多回路监控单位和电能表，保护装置，传感器和执行电动阀等，部分可以安装于开关柜中，实时显示开关设备工作状态、运行参数、故障信息。

3.监控系统在节能管理中的应用

只有不断地对硬件进行节能改造，同时应用监控系统对各种电气设备的运行进行检测和控制管理，使软件管理和硬件更新相结合，才能充分发挥设备的使用效率，同时提高管理效益，提高能耗使用效率。

3.1 系统运行和设备管理

实时监测电气系统的运行状态参数，对故障和异常现象的报警和处理，远程控制设备的投运，监测各种节能措施和节能设备的运行效果，同时可以根据记录的数据和异常耗电情况，对对应的设备进行巡检，提高电气系统运行的安全性和经济性。通过监控系统，对每个设备的运行进行分析，可以获得设备的最佳运行模式，从而为设备的节能管理提供参考依据。例如中央空调的专家管理子系统，就可以实时显示运行状况，提示运行状态。

3.2 用能数据采集管理

监控系统统一采集各个回路和进线的计量表计数，通过无线网络传输至间监控系统数据库，通过数据分析软件，实现对单位、部门、设备实时能耗数据采集管理，并能进行整理和统计，通过表格、柱状图、曲线等方法进行对比，对于推进科室的成本核算十分有利。通过耗能数据可以提供电能收费表，对于提高相关单位的节能意识、实施能耗使用审计具有重要的意义。

3.3 电能质量的监测

电能质量对于很多用电设备至关重要，同时电能质量对于能耗由直接或间接的影响。如果电压比较低，设备消耗的电流就会加大，从而导致能耗的直接增加；如果谐波电流增加，会导致变压器和电缆的谐波损耗增大。通过监控系统实时对电能质量进行监测，并及时查找分析原因，有利于进行相应的改造。

4.结语

电气系统运行监控是绿色建筑能源管理的重要组成部分，通过选择节能设备、实施节能改造、运行监控系统能够实现电气系统耗能的有效管理。通过电气监控系统管理实现运行节能效果明显，电气监控系统的设计和安装应该引起足够重视，应该在绿色建筑评价标准方面进行推荐。同时对于绿色建筑系统，供水、供暖、供气等能耗的计量和管理也十分重要，如何在实施绿色建筑设计过程中，充分考虑以后的管理需要，建设集电气、供水、供暖、供气及环境信息为一体的智能化综合节能监管系统具有重要的现实意义。

参考文献：

[1] 叶国权，余俊祥. 建筑设备监控系统及节能. 制冷空调与电力机械，2006，27（2）：63-66.