大型公共建筑能耗监测系统修复方法综述

2022-01-20沈晓雷上海市建筑科学研究院有限公司上海200032

绿色建筑 2021年4期

沈晓雷（上海市建筑科学研究院有限公司，上海 200032）

我国大型公共建筑能耗监测系统于 2007 年开始建设，至今全国已有 10 000 多栋建筑建成了能耗监测系统并将监测数据上传至各级（省、市）平台。上海市至 2019 年底已有 1 780 栋建筑完成用能分项计量装置的安装并与市平台联网，其中约 1 300 栋建成时间超过 5 a，设备老化、系统不稳定情况频出。

自 2017 年开始，上海市各区陆续启动楼宇数据质量提升项目，公共建筑能耗监测系统的修复工作迫在眉睫。本文根据近几年的工作经验，对修复方法进行一些总结。

1 能耗监测系统现状分析

现有各建筑能耗监测系统主要存在以下一些问题。

（1）系统建成 3 a 内一般运维情况良好，但对于超过3～5 a 的楼宇，运维中止情况普遍存在，大部分楼宇处无人维保状态。这些楼宇原能耗系统已完全瘫痪，服务器、采集器中止工作，但表具仍在正常工作中。主要原因，一是当年系统建设时仅考虑了建设费用，未考虑运维费用；二是部分实施公司现已转型或消亡导致断保。

（2）部分楼宇配电管理系统仍在运行，能实时监测到各回路能耗数据，但已经中止向上级平台上传。

（3）网络中断现象普遍存在，原楼宇大部分是利用建筑内的网络进行数据上传，由于各种原因，很多建筑网络中断，造成数据无法上传。

（4）现场回路情况变化，现场配电回路增加或负载类型变更，而能耗系统没有做相应的计量回路变更或增加。

（5）各建筑表具数量配置不均，部分建筑分项不全，例如中央空调配电间未安装表具。

2 系统排摸

在系统修复以前，为了更好地了解系统现状、最大程度地利用现有设备，减少修复投资，应先对现有系统进行排摸，排摸方法如下。

2.1 排摸内容

按照相关国家和地方规范的要求，对建筑楼宇进行细化排摸，校核建筑的基础情况、能耗监测系统现状、系统运行情况，并对系统是否能继续运行进行分析评估。勘察内容包括以下方面。

（1）建筑基础信息：包括建筑名称、地址、建筑面积、建筑功能等。

（2）能耗监测系统现状：包括系统安装时间、实施单位、维保期限、现场硬件品牌、型号、数量、设备保修期等，须列出设备清单、计量回路清单。

（3）能耗监测系统运行情况分析：分析系统是否正常运行、回路是否齐全、功能是否满足要求、是否联网实现同步上传，并对数据异常的原因进行初步诊断等。

（4）继续运行可行性：对现有系统进行综合评估，完全不能修复的将进行更新，如果修复后可以继续使用的将进行修复。

2.2 排摸形式

排摸工作主要由 2 部分组成，包括技术资料梳理与现场摸排调研工作。

（1）技术资料梳理：本阶段工作需要楼宇业主方、分项计量建设方与管理方配合方可进行，需要尽可能详尽的技术资料作为支撑。

（2）现场勘察调研：对目标楼宇进行进一步实地勘察工作。

2.3 制订修复方案

在完成现场勘察工作后，修复团队须编写修复方案，方案中须包括楼宇基本信息、能耗监测系统现状及数据质量情况、整改回路清单、修复工作设备清单、修复工作进度计划等内容。

3 计量点位的修复

早期的能耗监测系统，往往计量点位不全。一是分回路未计量全，会导致各分表相加之和远远小于总表—按《上海市国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统数据(用电量)采集判定要求》，分项之和须大于总用电的80%；二是很多建筑会有配电负载变更的情况，例如增加配电回路等，而能耗监测系统往往不会更新，因此需要补足计量点位。

在补足计量点位时，除消防应急等极少时使用的回路外，其余有负载的回路均应补充计量，如果大楼使用中央空调系统，空调机房中的主机、泵等设备的供电回路也应单独计量。

4 计量表具的修复

在能耗监测系统中，智能电表的寿命和稳定性均远远优于采集器和网络，主流品牌的智能电表可稳定运行 10 年以上，故障率很低，因此一般对可正常使用的智能电表进行留用，但留用前应对计量电表进行准确性核对，以确保数据的准确性。核对时，可用钳形电流表测量电缆上的电流，与智能电表瞬时电流进行核对，对于误差校大的回路，首先检查电表的互比配置是否有误，再考虑电表故障。

对于有故障的电表，进行更换，更换电表时注意必须先对互感器二次侧进行短接，以免互感器开路。

5 数据采集修复

5.1 采集器更换

能耗监测系统中，数据采集器和软件的更新很快，故障率也高。对于断保楼宇，大部分采集器均已停止工作，采集器中涉及原厂方的软件已无法维护，而且上海市 2018 年启用了新的 DGJ 08-2068—2017《公共建筑用能监测系统工程技术标准》，该标准中对数据采集器提出了更高的要求，例如断点续传等。因此，修复工作中均会对原数据采集器进行更换。

5.2 与配电管理系统的数据共享

更换采集器时，尤其要注意的是与原配电管理系统的共享数据问题。建筑中所用的智能电表通过 RS-485 总线上传能耗数据，而 RS-485 总线的特点是 “一主多从”，即数据采集器为主机,计量表具为从机，一台主机上通过串行的方式可以挂接多台从机，但一台从机无法向 2 台主机发送数据。通常情况下，配电管理系统的设计均会早于能耗监测系统，因此智能远传电表的数据会先上传至配电管理系统，能耗监测系统通过软件接口，从配电管理系统中读取表具的实时数据。但是，这样的方式对能耗监测系统往往会有以下弊端。

（1）系统稳定性差。由于所有数据来源于配电管理系统而非表具直传，因此能耗监测系统的数据稳定性高度依赖于配电管理系统，一旦配电管理系统发生故障，能耗监测系统的数据将中断。

（2）协调工作量大。由于配电管理系统的实施方与能耗监测系统的实施方无直接的合同关系，对于配电管理系统实施方来说，能耗监测系统的实施进度与其无直接关系，因此很多协调工作需要由业主方中转。这中间造成的工作配合脱节、沟通不畅屡有发生，协调工作量很大。

（3）商务成本高。由于表具的一手数据被配电管理系统独家掌控，为了将数据转发给能耗监测系统，配电管理系统也有一定的开发工作量，配电管理系统实施方往往借此索要高额接口费，造成商务成本提高。

5.3 485 多主机设备的应用

由于上述原因，在修复工作中，可采用 485 多主机转接设备，自动协调 2 台主机的通信，解决了表具无法识别 2 台主机回文信息的问题，确保一台电表的数据可同时发送给配电管理系统和能耗监测系统。其接线图如图 1 所示。

图1 485 多主机转接设备接线图

采用 485 多主机转接设备具有以下优点。

（1）对原配电管理系统无影响。采用 485 多主机转接设备后，表具的能耗数据可同时发送给能耗监测系统和配电管理系统。配电管理系统软件上完全透明，不用做任何接口协议和配置上的改动，对系统的正常运行无任何影响，因此节约了大量的协调成本。

（2）数据传输稳定。由于采集的是表具的一手能耗数据，能耗监测系统完全不依赖于配电管理系统，因此可以最大程度的保障能耗监测系统的稳定运行。

（3）适用范围广。485 多主机转接设备一般都配有软件配置界面。2 台主机可以配置不同的波特率和采集频率，基本适用于市面上大多数智能电表、水表等计量表具。

（4）设备稳定性好。该设备原理简单，故障率很低。某单位曾在近 20 栋建筑中使用该种设备进行 485 转接，接入电表约 5 000 块，稳定运行 1 a 未发生一起转接设备故障。

（5）改造工程量小。485 多主机转接设备安装在配电管理系统的数据采集器边上，原表具的 485 通信线仍可利用，仅需增加 485 多主机转接设备至 2 个系统的 485 通信线即可，改造的工程量小。

（6）成本低。市场上有多种 485 多主机转接设备可供选择，主流产品售价在百余元人民币，物美价廉。

5.4 注意事项

使用 485 转接设备，需要注意以下 2 个方面。

（1）增加了一个故障点。加装 485 多主机转接设备后，对于配电管理系统和能耗监测系统而言，前端除了智能表具外，增加了一个故障点.一旦 485 多主机转接设备发生故障，2 套系统都将失去源数据。因此，该 485 多主机转接设备的质量显得极为重要。

解决方案：由于该设备采购成本不高，为了保障系统稳定，同时提高业主的信任度，可在现场多放置转接设备，作为备品备件，一旦发生故障，可随时更换。

（2）少数表具不兼容。该 485 多主机转接设备可兼容市面上绝大多数据电表、水表，直接安装即可转发能耗数据。但是，在使用中发现，极少数冷热量计的 485 通信不兼容该设备。

解决方案：经查，是由于冷热量计的上下拉电阻与智能电表不同，因此只要调整 485 转接设备的上下拉电阻，使之与表具相配即可。

6 网络系统的修复

2015 年以前的能耗监测系统在网络传输上，由于当年无线流量资费较高、无线数据传输模块尚未普及，因此大多数都利用建筑本地的有线网络进行能耗上传。虽然理论上有线网络带宽比无线传输稳定，但实际运行过程中，由于受当地网络状况影响，断线和不稳定性现象非常多。经统计，约50% 的系统维保工单是由于本地网络故障引起，运维工作量极大。当下 4G、5G 数据传输技术已经相当成熟，数据资费也很低，因此为了减少运维工作量、确保能耗监测系统上传网络不受本地网络影响，对于本地有线网络不稳定的，宜多采用无线网络进行修复。