建筑能耗监测系统施工图设计

王　伟



建筑能耗监测系统施工图设计

王伟

王　伟(1966—),男,高级工程师,从事智能建筑电气设计。

(德州市建筑规划勘察设计研究院, 山东 德州253077)

摘要：介绍了建筑能耗监测系统施工图设计遵循的步骤及设计方法。强调施工图设计应结合工程实际情况,在规范要求的设计原则指导下,合理选择分项计量方式,使施工图设计文件成为能耗监测系统能够顺利实施运行的保证措施。

关键词：能耗监测; 分类能耗; 分项计量; 设计原则; 多功能电能表

0引言

建筑能耗监测系统是针对国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测管理的需求而设置的数字化管理系统,是智能建筑设计的一个重要组成部分。该系统通过安装在现场的分类和分项能耗计量装置,实时采集建筑能耗数据,对采集的分类、分项能耗数据进行分析，为建筑设备的运行管理提供准确的数据参数,并可通过分析对比找出存在的问题,为改进用能管理、节能改造和定制新的节能政策等提供准确、可靠的数据信息服务。分类能耗包括电、热、燃气、水等能耗。分项能耗包括照明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电等能耗。

本文介绍了建筑能耗监测系统施工图设计一般遵循的步骤及设计方法。由于分类能耗中的水、燃气、热的能耗计量相对简单,其设备选型及安装位置均由水暖及动力专业设计确定,电气专业只需做好相应的通信线路设计,故本文重点探讨用电分项能耗监测的施工图设计方法。

1资料收集及现场查验

1.1　既有建筑改造项目

在进行施工图设计前,应向建设方索取建筑物的建筑电气竣工图纸及建筑专业总说明。电气图纸应包括设计说明、高低压配电系统图、配电干线图、变配电室平面布置图、各层照明与动力平面图、配电系统图以及施工过程中的电气变更图等。建筑专业除了总说明外,最好了解节能及不同阶段的施工图变更等内容。如果对空调用电进行详细监测,还应了解暖通空调平面图、系统图及机房流程图等内容。

现场查验时,应核对各配电支路的名称及负载情况是否与图纸一致,已安装的计量表计、电流互感器是否符合要求,柜内是否有可以利用的空间。在多个工程中发现,现场低压柜内安装的计量表计只能测量电流参数,而设计图纸中选用标注的却是可以测量多个参数的多功能测控电表。如果仅依靠图纸信息,则无法实现能耗监测系统的实施。如果监测系统扩展至楼层配电箱支路,还应注意楼层配电箱是否有安装计量表的空间以及方便敷设数据传输线路。

另外,还应注意配电箱、柜内原有备用回路是否已被利用。如已利用,则应详细记录断路器、互感器及回路负荷等参数。

对于已在配电柜回路中安装计量电能表的项目,应确定已安装的计量表是否为当地节能监测认证产品。记录计量表的品牌与型号,为设计时选用节能认证产品提供基础资料。

对于非电量分类能耗的计量,在设计前应与业主充分沟通,了解现场管道情况,并与相关职能部门取得联系,征询各方意见及建议,结合资金投入情况,综合确定计量范围及计量装置设置地点。

1.2　新建建筑

对于新建建筑物,能耗监测系统的设计可由建筑设计院随电气施工图同步考虑,也可在建筑施工图出图后由智能化或节能服务公司按照深化设计来处理。设计前,应通过电气系统图或照明/动力平面图确定各用电回路的名称及供电范围、负荷性质,了解建筑物总体用电状况,确定能耗监测系统的设置范围,并与相关专业及时沟通。当施工图由专业公司深化设计完成后,须经建筑设计院设计人员审核通过后,方可送交施工图审查部门进行施工图审查。

2施工图设计文件组成

能耗监测系统施工图设计文件应能正确表达系统内容,指导现场施工人员施工。无论是改造项目,还是新建项目,施工图设计图纸都应包含以下内容。

(1) 设计说明,包括设计依据(工程概况及相关的标准规范),计量系统设计的原则、范围、原计量状况,改造前后计量系统状况,表计和设备选用说明;线缆的选择、敷设方式及要求,各设备的安装方式;施工要求和注意事项等。

(2) 改造前后配电系统原理图(也可只画出改造后的配电系统图,对改造前的情况仅进行文字说明)。新建建筑只需附上设有计量装置的配电系统图。

(3) 配电设备和计量系统设备布置图,如果只对变配电室内的低压柜出线回路进行能耗监测,且监测主机设在变配电室内或就近值班室内,则只需画出变配电室高低压柜的布置和数据采集器及监测主机的布置。如果监测的对象涉及各楼层配电箱,则还应画出楼层配电设备监测平面布置图。对于建筑物分散设置的园区,如学校、医院等,如果在每栋建筑物设置监测点,则要求画出园区总平面图。

对于非电量分类能耗计量,应画出包含各能耗节点及通信接线的设备布置图,此部分内容也可结合在楼层配电设备监测平面布置图中。

(4) 低压配电系统表计安装位置一次线示意图,应含有出线开关额定容量、电流互感器变比、供电回路名称、表计位置及编号等。

(5) 表箱内表计的安装布置,数据采集器传输接线图。

(6) 表计接线原理图,低压柜端子布置图。

(7) 电缆清册,包括供给表计的电压、电流回路线缆以及信号传输线缆。

(8) 设备材料表,包括计量系统所需的表计、表箱、CT、数据采集器及所有安装所需材料。

(9) 数据采集器接线图。

由于现阶段大部分为改造项目,在进行施工图设计时尤其要注意设计图纸的完整性和正确性,应将原有设备及线缆与新增设备及线缆采用不同符号标识,在设备材料表中标注清楚或分别列出。

3设计原则

在大型公建及智能建筑电气设计中,按照相关规范的要求,设计人员一般都会按照一定的模式把不同种类用电负荷分别配电,为安装能耗监测系统提供便利条件。个别工程、区域存在一些混合供电的情况时,要实施能耗监测,资金投入相对要大一些。因此,有必要按照分项计量的原则规范建筑电气施工图设计时的负荷分配,为实施节能监测奠定基础。

(1) 合理设置分项计量回路,在设计时可以根据不同建筑物的使用功能要求,对以下回路设置分项计量表计:

① 变压器低压侧出线回路,应设置多功能电能表。

② 单独计量的外供电回路,如出租商业房、引至外单位的供电线路等。

③ 特殊区供电回路,如信息中心、数据中心、厨房餐厅、洗衣房、游泳池、健身房、大型医疗设备及用电量较大的实验设备等。

④ 制冷机组主供电回路。

⑤ 单独供电的冷热源系统附泵回路,如冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔及热水循环泵等。

⑥ 集中供电的分体空调回路,包括分体柜机、挂机及VRV机组等。

⑦ 照明插座主回路,包括室内照明和插座、走廊和应急照明、室外景观照明等。

⑧ 电梯回路,包括普通客梯、货梯、自动扶梯、自动人行道及消防电梯等。

⑨ 其他应单独计量的用电回路,如电开水器、区域地板发热电缆、送排风机等。

在既有建筑中,有些供电回路并不完全按照上述分类设计,经常是不同种类的负荷混在一起供电,这就需要设计人员根据配电实际情况合理设置计量表的位置和数量,在合理的成本预算范围内尽可能准确地反映各分项能耗。按层供电就是这种情况,在设计时需特别注意。在实际设计过程中遇到混合供电情况时,要仔细梳理各种负荷性质,如能按回路区分,则可按分项原则增设相同回路总断路器及计量表;也可仅在重要或用电量较大的回路增设计量表,其他回路用电量通过层总表与分表数据加减计算来获取。若某建筑的配电设置没有单独分出照明插座回路,而是直接设置一路供电至层配电箱,从层配电箱采用放射式直接敷设至分配电箱,当建筑层数较多时,如果要准确地计量耗电量,则需要设置多个电能表,导致造价很高。此时可采用选择标准层计量的方法,即在功能、面积等均相差不多的层中,挑选具有代表性的2～3层进行计量,并通过计量数据的加减法则间接计量分项能耗。

在新建建筑设计时,应按照以上分项原则进行设计,为能耗监测系统提供经济、适用的基础条件。

(2) 充分利用现有配电设施和低压配电监测系统,合理设计分项计量系统所需要的表计、计量表箱和数据采集器的数量。如有些既有建筑改造项目已经安装低压配电监测系统,实施时应优先考虑利用原有系统,包括可利用的计量表和电流互感器等,采用合理形式将配电监测系统的数据纳入到分项计量系统中。如果原有配电监测系统的表计不符合分项计量要求,则只需更换符合要求的电能表,这样可以节约部分资金。

(3) 三相平衡设备回路可设置单相普通电能表,照明插座供电回路可设置三相普通电能表。三相平衡设备包括风机、水泵等,其供电电压一般为380V,设备运行时每相电流基本一致,其耗电量为3倍的单相电能表数据。

(4) 新建建筑市政给水管网引入总管及厨房餐厅的供水管配置数字水表;新建建筑采用区域性热源和冷源时在每栋单体建筑的热(冷)源入口总管处配置数字热量表;市政供气管网引入管及厨房餐厅用气管配置数字燃气表。

4能耗监测系统设备选择

4.1　多功能电能表

规范要求,能耗监测系统使用的电能表的精确度等级不应低于1.0级。普通电能表应具有监测和计量三相(单相)有功功率和有功功率或电流的功能;多功能电能表应至少具有监测和计量三相电流、电压、有功功率、功率因数、有功电能、最大需量、总谐波含量功能。选用的电能表应具有数据远传功能,至少应具有RS-485标准串行电气接口,采用Modbus标准开放协议或符合DL/T 645—2007《多功能电能表通信协议》中的有关规定。一般仅在变压器低压侧总进线处设置多功能电能表,其他用电回路处只设置普通电能表。能耗监测系统所用电能表一般采用数字式测控电表和导轨式电子测控电能表。变配电室低压柜内一般选用数字式测控仪表,楼层配电箱内选用导轨式电能表;既有建筑改造项目中,低压柜原有测控仪表不可用时,根据柜内空间也可考虑设置导轨式电能表。

4.2　电流互感器

规范要求,能耗监测系统配用电流互感器的精确度等级不应低于0.5级。电流互感器的种类很多,应结合工程实际选用。在既有建筑改造项目重要回路(不允许停电施工)中,可选用开合式互感器。

4.3　数字水表、数字热量表、数字燃气表

设备专业负责该类设备的选型,要求计量表具满足规范要求的精确度级别,性能参数符合相应的技术标准,优先选用具有RS-485标准串行接口或Modbus电气接口的计量表,并应具备累计流量和计量数据输出的功能。各表具的设置位置可结合技术标准、设备选型及业主的需求来确定。在既有建筑改造项目中,尤其要注意选择的表计不应对原有系统的正常运行产生影响。

4.4　数据采集器

数据采集器是一种采用嵌入式微计算机系统的建筑能耗数据采集专用装置,具有数据采集、数据处理、数据存储、数据传输以及现场设备运行状态监控和故障诊断等功能。现场采集网络有两种基本形式:有线方式和无线方式。有线方式主要有RS-485总线、电力载波通信,无线方式主要为ZigBee无线组网技术。

数据采集器的设置数量应满足分项计量系统数据采集和传输的要求。数据采集器需提供220 V供电电源。

4.5　系统管理控制柜(系统主机)

系统管理控制柜一般安装在变配电室的控制室或值班室内,也可按照用户要求安装在专设的能源监测管理室内。柜内一般包括显示器、网络交换机、数据采集器(也可设在现场)、监测系统主机、不间断电源(Uninterrupted Power Supply,UPS)、外置UPS电池组等设备。柜体宜采用镀锌钢板制作,表面喷塑处理。

4.6　通信线路

通信网络分为能耗采集器与计量表计之间的下行通信,以及能耗采集器与软件系统之间的上行通信。

能耗监测系统的接线为总线式。电能表、能量表、温控器、数据采集器之间的通信方式均采用RS-485,通信线为屏蔽双绞线;数据集中器、以太网交换机、数据中心间相互距离不超过100 m时,采用以太网通信,通信线为屏蔽超五类线或六类线;若相互距离超过100 m,则需要选用光纤通信。

5其他注意事项

(1) 能耗监测软硬件系统由服务器、工作站、系统软件、应用软件组成。能耗监测系统主机一般由专业节能公司提供,施工图设计时需确定系统主机设置位置(房间),以方便系统接线。系统主机一般设在变配电值班室或建筑设备监控中心,也可设在其他由建设单位指定的专门房间内,尽量减少人为干扰,以确保系统的稳定运行。

(2) 在设计说明中明确系统主机应配置与上级能耗监测中心的通信接口,以及能耗数据传输和发送的通信设备和网络接口。

(3) 分项计量改造不应改动供电部门计量表的二次接线,不应与计费电能表串接,避免影响计费系统的正常工作。

(4) 当建筑物供电系统采用TN-S系统时,电能表采用三相四线制;在医院等特殊区域采用IT系统时,电能表采用三相三线制。

(5) 楼层配电箱回路开关电流不超过60 A时,可直接接入导轨式电能表;当线路开关电流大于60 A时,需配置电流互感器。

6结语

能耗监测系统施工图设计是实现建筑物能耗监测的一项重要工作,也是确保系统正常运行的基本保证。因此,建设单位、设计单位都应充分重视这项工作,努力做好前期准备,精心组织设计,为建筑物节能运行打下坚实的基础。

参考文献

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[5]深圳市中电电力技术股份有限公司.建筑智能用电管理及建筑能效管理分册[G].2012.

Construction Drawing Design of Building Energy Consumption Monitoring SystemWANGWei

(Dezhou Architectural Planning Survey and Design Institute, Dezhou 253077, China)

Abstract：This paper introduced the steps and methods of construction drawing design for building energy consumption monitoring system.It is emphasized that the construction drawing design should combine with the engineering practice to choose the suitable subentry measure ways.The construction drawing is the guaranteed measures for the favorable operation of energy consumption monitoring system.

Key words:energy consumption monitoring; classification energy consumption; subentry measure; design principle; multifunction watthour meter

收稿日期：2015-06-27

中图分类号：TU 201.5

文献标志码：B

文章编号：1674-8417(2016)01-0047-05