大型公共建筑用电分项计量系统研究

韩荣方

摘要：本文首先分析了我国建筑用电分项计量工程存在的问题，提出了建筑用电数据分类模型和分项计量回路的设计方法，然后对用电分项计量系统的数据传输流程及处理结构进行了研究，最后通过实例阐述了该系统的实际应用意义。

关键词：大型公共建筑；用电分项计量；能耗监测

引言

随着大型公共建筑节能事业的发展，分类能耗数据的计量作为建筑节能的一项重要工作在各地开展起来。目前，据国家有关部门统计，国家机关办公建筑和大型公共建筑每平方米建筑面积年平均耗电量为85.4度，约占全国城镇总耗电量的22%，每平方米耗电量是普通居民的10～20倍，是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5～2倍。耗电密度高是这类建筑的特点之一，也是节能重点。

实践中发现，我国大型公共建筑中普遍仅安装1～3块收费电表，从这些电表获取的信息无法为节能工作提供完整基础数据，目前面临的主要问题有：1）电耗分拆数据不可靠；2）供电局提供数据缺乏实时性；3）无法客观反映实际节能效果。为了推动大型公共建筑分项能耗系统建设的发展，结合我国大型公共建筑用电分项计量设计的安装要求，本文在总结国内已有成果和经验基础上，对建筑用电数据分类模型、建筑用电分项计量系统及其关键技术展开研究。

1 建筑用电数据分类模型

建筑能耗分类模型最重要的原则是统一性，即所有建筑采用同样的标准。为了实现统一性，必须在各个建筑之间建立统一的用能分类方法。本文将建筑的用电分为：暖通空调、一般照明插座设备、一般动力设备、特殊功能设备4大类。其中，从实用性出发，对暖通空调系统节点进行了较为细致的划分。通过调研和试验，结合国家导则要求，建立了我国大型公共建筑能耗数据模型，如图1.1所示。

2 建筑用电分项计量回路设计方法

为了获得用电原始数据，需要安装用电计量表。在充分利用现有配电设施和低压配电监测系统，结合现场实际情况，合理设置计量表计、计量表箱和数据采集器的数量和位置。需要设置分项计量表计回路包括：变压器低压侧出线回路、单独计量的外供电回路、特殊区供电回路、制冷机组主供电回路、单独供电冷热源系统泵回路、集中供电的分体空调回路、照明插座主回路、电梯回路、其他应单独计量的用电回路。

以上配电回路是一般常见的配电方式，所供电设备为单一功能。而有些回路配电是将不同类别的用电设备混合一起，这样就给分项计量带来困难，这时需要根据楼宇配电情况灵活配置，使配置的分项计量系统尽可能正确真实的反应各分项能耗，又将其配置成本控制在预算的合理范围内。方法如下：

（1）根据建筑物所配变压器数量考虑设置多功能电能表数量，设置多功能电能表的变压器应是负载率最大且长时间投入运行，负载率低于20%的变压器原则上不设置多功能电能表，考虑到分项计量系统的成本，若变压器数量为2台，则均设置多功能电能表，若变压器数量大于2台，则选择负载率最高的以照明为主的变压器和以空调为主的变压器各1台，安装2块多功能电能表，其余变压器安装普通三相电能表。

（2）三相平衡设备应设置单相普通电能表，照明插座供电回路宜设置三相普通电能表。一般风机、水泵等380V供电的用电设备都是三相平衡设备，这种设备运行时每相电流大小基本一样，变化很小，其消耗的总电能可以用单相电能表数据乘以3而得到。而照明插座主回路不是三相平衡回路，需要设置三相电能表。

（3）总额定功率小于10kW的非空调类用电支路不宜设置电能表。此规定主要目的是限制表计设置的数量，尽量减少分项计量成本。但若小于10KW的回路是具有代表性的典型回路，对分项计量数据有非常重要意义，则根据需要设置。

（4）当无法直接安装电能表时，应采用加法或减法原则，间接获取电耗数据，其他无法直接获取电耗数据的回路均应采用间接获取的方法。

分项用电计量表设置的加减法原则：A1～m、B1～n、C1～k分别代表a、b、c三种类型用电量相关的所有配电支路，支路数量分别为m，n，k。如果目的是获得a类型用电量：一种方法是在A1、A2、…Am各支路上安装电能表，并求和获得，这就是加法原则；另一种方法是在总用电支路、B1、B2、…Bn及C1、C2、…Ck各支路上安装电能表，在总用电中减去b类及c类用电量，即可获得a类能耗量，这就是减法原则。若只为获得a类用电量，则按加法原则和减法原则设计方案的优劣可以通过装表总数多少来评价。

3 建筑用电分项计量系统数据处理流程

建筑用电分项计量系统软件由数据采集传输子系统、数据处理与存储子系统、数据展示分析子系统以及数据上报子系统等各子系统构成。

（1）数据采集传输子系统

能耗数据采集传输系统包括硬件防火墙、路由器、交换机、通信前置机、Internet网络及数据采集器等组成。建筑能耗数据采集传输系统从该系统区域内的数据采集器中取得数据，同时可以接收来自区域内数据中转站转发的能耗数据。建筑能耗数据采集传输系统使用国家标准数据协议，接收通过Internet网络传输来的建筑能耗数据，并存储其数据库内。

（2）数据处理与存储子系统

数据处理与存储子系统是建筑能耗监测系统软件的核心部分，对数据采集子系统接收到的有效数据包进行校验、解析和处理，对采集时间进行统一规范，根据各配电支路安装的计量仪表情况建模，并根据构造的用能模型对原始数据进行拆分计算，从而得到分项能耗数据，将原始的能耗数据和通过计算得来的分项能耗数据存储到数据库中。

（3）数据展示分析子系统

数据展示分析子系统主要由WEB服务器和工作站组成。其中，WEB服务器主要是为客户端的浏览服务；工作站供监测中心工作人员配置建筑信息以及查询各个监测中建筑的能耗消耗情况以及能耗对比情况。

（4）数据上报子系统

数据上报子系统主要通过定时任务调度自动从数据中心数据库中提取能耗分类分项数据，合并整理打包后发送到上一级的数据中心。数据交换格式为压缩的XML数据包。数据上报子系统主要包括数据提取、数据打包、数据上传、接收反馈结果等功能。

4 建筑用电分项计量应用实例

下面就某大学为例，详细说明用电分析计量监测系统的技术选择、具体实施以及在实际建筑中是怎样实现其各种功能的。

（1）计量装置的安装

根据现场需求配置相应表计；对重要和有节能潜力的回路要配置多功能电力监控终端（测量电压、电流、电度、功率等参数，有遥控、遥信、遥测及定时控制功能）。在变电所低压配电柜及楼层配电箱上嵌入式安装多功能电力监控终端；在宿舍集中安装单相多功能电力监控终端。

（2）软件显示界面

所有综合楼分项计量显示界面和宿舍楼每个宿舍的实时功率和本月电度。

（3）电能质量监测

以实时监测的有功功率、电量、功率因数等实时数据为依据，进行变压器负荷率分析、配电网各级负荷和线损分析，有效防止偷电、漏电等情况的发生，并且有针对性的对配电系统进行优化。图4.1显示的是管理楼变电所1#低压总进线的电能质量监测界面：

5 总结

本文分析了我国用电分項系统建设在发展中存在的问题，提出了建筑用电数据分类模型、分项计量回路设计方法以及分项用电计量表设置的加减法原则。研究了建筑用电分项计量系统结构框架，分析了数据采集、输送、分析、储存系统的组成及原理。本文研究成果可应用于全国的大型公共建筑节能领域，对建筑节能具有重要的意义。

参考文献：

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[4]《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术导则》.