建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)施工圖設計

王　偉

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建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)施工圖設計

王偉

王　偉(1966—),男,高級工程師,從事智能建筑電氣設計。

(德州市建筑規(guī)劃勘察設計研究院, 山東 德州253077)

摘要：介紹了建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)施工圖設計遵循的步驟及設計方法。強調(diào)施工圖設計應結(jié)合工程實際情況,在規(guī)范要求的設計原則指導下,合理選擇分項計量方式,使施工圖設計文件成為能耗監(jiān)測系統(tǒng)能夠順利實施運行的保證措施。

關鍵詞：能耗監(jiān)測; 分類能耗; 分項計量; 設計原則; 多功能電能表

0引言

建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)是針對國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測管理的需求而設置的數(shù)字化管理系統(tǒng),是智能建筑設計的一個重要組成部分。該系統(tǒng)通過安裝在現(xiàn)場的分類和分項能耗計量裝置,實時采集建筑能耗數(shù)據(jù),對采集的分類、分項能耗數(shù)據(jù)進行分析，為建筑設備的運行管理提供準確的數(shù)據(jù)參數(shù),并可通過分析對比找出存在的問題,為改進用能管理、節(jié)能改造和定制新的節(jié)能政策等提供準確、可靠的數(shù)據(jù)信息服務。分類能耗包括電、熱、燃氣、水等能耗。分項能耗包括照明插座用電、空調(diào)用電、動力用電、特殊用電等能耗。

本文介紹了建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)施工圖設計一般遵循的步驟及設計方法。由于分類能耗中的水、燃氣、熱的能耗計量相對簡單,其設備選型及安裝位置均由水暖及動力專業(yè)設計確定,電氣專業(yè)只需做好相應的通信線路設計,故本文重點探討用電分項能耗監(jiān)測的施工圖設計方法。

1資料收集及現(xiàn)場查驗

1.1　既有建筑改造項目

在進行施工圖設計前,應向建設方索取建筑物的建筑電氣竣工圖紙及建筑專業(yè)總說明。電氣圖紙應包括設計說明、高低壓配電系統(tǒng)圖、配電干線圖、變配電室平面布置圖、各層照明與動力平面圖、配電系統(tǒng)圖以及施工過程中的電氣變更圖等。建筑專業(yè)除了總說明外,最好了解節(jié)能及不同階段的施工圖變更等內(nèi)容。如果對空調(diào)用電進行詳細監(jiān)測,還應了解暖通空調(diào)平面圖、系統(tǒng)圖及機房流程圖等內(nèi)容。

現(xiàn)場查驗時,應核對各配電支路的名稱及負載情況是否與圖紙一致,已安裝的計量表計、電流互感器是否符合要求,柜內(nèi)是否有可以利用的空間。在多個工程中發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場低壓柜內(nèi)安裝的計量表計只能測量電流參數(shù),而設計圖紙中選用標注的卻是可以測量多個參數(shù)的多功能測控電表。如果僅依靠圖紙信息,則無法實現(xiàn)能耗監(jiān)測系統(tǒng)的實施。如果監(jiān)測系統(tǒng)擴展至樓層配電箱支路,還應注意樓層配電箱是否有安裝計量表的空間以及方便敷設數(shù)據(jù)傳輸線路。

另外,還應注意配電箱、柜內(nèi)原有備用回路是否已被利用。如已利用,則應詳細記錄斷路器、互感器及回路負荷等參數(shù)。

對于已在配電柜回路中安裝計量電能表的項目,應確定已安裝的計量表是否為當?shù)毓?jié)能監(jiān)測認證產(chǎn)品。記錄計量表的品牌與型號,為設計時選用節(jié)能認證產(chǎn)品提供基礎資料。

對于非電量分類能耗的計量,在設計前應與業(yè)主充分溝通,了解現(xiàn)場管道情況,并與相關職能部門取得聯(lián)系,征詢各方意見及建議,結(jié)合資金投入情況,綜合確定計量范圍及計量裝置設置地點。

1.2　新建建筑

對于新建建筑物,能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設計可由建筑設計院隨電氣施工圖同步考慮,也可在建筑施工圖出圖后由智能化或節(jié)能服務公司按照深化設計來處理。設計前,應通過電氣系統(tǒng)圖或照明/動力平面圖確定各用電回路的名稱及供電范圍、負荷性質(zhì),了解建筑物總體用電狀況,確定能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設置范圍,并與相關專業(yè)及時溝通。當施工圖由專業(yè)公司深化設計完成后,須經(jīng)建筑設計院設計人員審核通過后,方可送交施工圖審查部門進行施工圖審查。

2施工圖設計文件組成

能耗監(jiān)測系統(tǒng)施工圖設計文件應能正確表達系統(tǒng)內(nèi)容,指導現(xiàn)場施工人員施工。無論是改造項目,還是新建項目,施工圖設計圖紙都應包含以下內(nèi)容。

(1) 設計說明,包括設計依據(jù)(工程概況及相關的標準規(guī)范),計量系統(tǒng)設計的原則、范圍、原計量狀況,改造前后計量系統(tǒng)狀況,表計和設備選用說明;線纜的選擇、敷設方式及要求,各設備的安裝方式;施工要求和注意事項等。

(2) 改造前后配電系統(tǒng)原理圖(也可只畫出改造后的配電系統(tǒng)圖,對改造前的情況僅進行文字說明)。新建建筑只需附上設有計量裝置的配電系統(tǒng)圖。

(3) 配電設備和計量系統(tǒng)設備布置圖,如果只對變配電室內(nèi)的低壓柜出線回路進行能耗監(jiān)測,且監(jiān)測主機設在變配電室內(nèi)或就近值班室內(nèi),則只需畫出變配電室高低壓柜的布置和數(shù)據(jù)采集器及監(jiān)測主機的布置。如果監(jiān)測的對象涉及各樓層配電箱,則還應畫出樓層配電設備監(jiān)測平面布置圖。對于建筑物分散設置的園區(qū),如學校、醫(yī)院等,如果在每棟建筑物設置監(jiān)測點,則要求畫出園區(qū)總平面圖。

對于非電量分類能耗計量,應畫出包含各能耗節(jié)點及通信接線的設備布置圖,此部分內(nèi)容也可結(jié)合在樓層配電設備監(jiān)測平面布置圖中。

(4) 低壓配電系統(tǒng)表計安裝位置一次線示意圖,應含有出線開關額定容量、電流互感器變比、供電回路名稱、表計位置及編號等。

(5) 表箱內(nèi)表計的安裝布置,數(shù)據(jù)采集器傳輸接線圖。

(6) 表計接線原理圖,低壓柜端子布置圖。

(7) 電纜清冊,包括供給表計的電壓、電流回路線纜以及信號傳輸線纜。

(8) 設備材料表,包括計量系統(tǒng)所需的表計、表箱、CT、數(shù)據(jù)采集器及所有安裝所需材料。

(9) 數(shù)據(jù)采集器接線圖。

由于現(xiàn)階段大部分為改造項目,在進行施工圖設計時尤其要注意設計圖紙的完整性和正確性,應將原有設備及線纜與新增設備及線纜采用不同符號標識,在設備材料表中標注清楚或分別列出。

3設計原則

在大型公建及智能建筑電氣設計中,按照相關規(guī)范的要求,設計人員一般都會按照一定的模式把不同種類用電負荷分別配電,為安裝能耗監(jiān)測系統(tǒng)提供便利條件。個別工程、區(qū)域存在一些混合供電的情況時,要實施能耗監(jiān)測,資金投入相對要大一些。因此,有必要按照分項計量的原則規(guī)范建筑電氣施工圖設計時的負荷分配,為實施節(jié)能監(jiān)測奠定基礎。

(1) 合理設置分項計量回路,在設計時可以根據(jù)不同建筑物的使用功能要求,對以下回路設置分項計量表計:

① 變壓器低壓側(cè)出線回路,應設置多功能電能表。

② 單獨計量的外供電回路,如出租商業(yè)房、引至外單位的供電線路等。

③ 特殊區(qū)供電回路,如信息中心、數(shù)據(jù)中心、廚房餐廳、洗衣房、游泳池、健身房、大型醫(yī)療設備及用電量較大的實驗設備等。

④ 制冷機組主供電回路。

⑤ 單獨供電的冷熱源系統(tǒng)附泵回路,如冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔及熱水循環(huán)泵等。

⑥ 集中供電的分體空調(diào)回路,包括分體柜機、掛機及VRV機組等。

⑦ 照明插座主回路,包括室內(nèi)照明和插座、走廊和應急照明、室外景觀照明等。

⑧ 電梯回路,包括普通客梯、貨梯、自動扶梯、自動人行道及消防電梯等。

⑨ 其他應單獨計量的用電回路,如電開水器、區(qū)域地板發(fā)熱電纜、送排風機等。

在既有建筑中,有些供電回路并不完全按照上述分類設計,經(jīng)常是不同種類的負荷混在一起供電,這就需要設計人員根據(jù)配電實際情況合理設置計量表的位置和數(shù)量,在合理的成本預算范圍內(nèi)盡可能準確地反映各分項能耗。按層供電就是這種情況,在設計時需特別注意。在實際設計過程中遇到混合供電情況時,要仔細梳理各種負荷性質(zhì),如能按回路區(qū)分,則可按分項原則增設相同回路總斷路器及計量表;也可僅在重要或用電量較大的回路增設計量表,其他回路用電量通過層總表與分表數(shù)據(jù)加減計算來獲取。若某建筑的配電設置沒有單獨分出照明插座回路,而是直接設置一路供電至層配電箱,從層配電箱采用放射式直接敷設至分配電箱,當建筑層數(shù)較多時,如果要準確地計量耗電量,則需要設置多個電能表,導致造價很高。此時可采用選擇標準層計量的方法,即在功能、面積等均相差不多的層中,挑選具有代表性的2～3層進行計量,并通過計量數(shù)據(jù)的加減法則間接計量分項能耗。

在新建建筑設計時,應按照以上分項原則進行設計,為能耗監(jiān)測系統(tǒng)提供經(jīng)濟、適用的基礎條件。

(2) 充分利用現(xiàn)有配電設施和低壓配電監(jiān)測系統(tǒng),合理設計分項計量系統(tǒng)所需要的表計、計量表箱和數(shù)據(jù)采集器的數(shù)量。如有些既有建筑改造項目已經(jīng)安裝低壓配電監(jiān)測系統(tǒng),實施時應優(yōu)先考慮利用原有系統(tǒng),包括可利用的計量表和電流互感器等,采用合理形式將配電監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)納入到分項計量系統(tǒng)中。如果原有配電監(jiān)測系統(tǒng)的表計不符合分項計量要求,則只需更換符合要求的電能表,這樣可以節(jié)約部分資金。

(3) 三相平衡設備回路可設置單相普通電能表,照明插座供電回路可設置三相普通電能表。三相平衡設備包括風機、水泵等,其供電電壓一般為380V,設備運行時每相電流基本一致,其耗電量為3倍的單相電能表數(shù)據(jù)。

(4) 新建建筑市政給水管網(wǎng)引入總管及廚房餐廳的供水管配置數(shù)字水表;新建建筑采用區(qū)域性熱源和冷源時在每棟單體建筑的熱(冷)源入口總管處配置數(shù)字熱量表;市政供氣管網(wǎng)引入管及廚房餐廳用氣管配置數(shù)字燃氣表。

4能耗監(jiān)測系統(tǒng)設備選擇

4.1　多功能電能表

規(guī)范要求,能耗監(jiān)測系統(tǒng)使用的電能表的精確度等級不應低于1.0級。普通電能表應具有監(jiān)測和計量三相(單相)有功功率和有功功率或電流的功能;多功能電能表應至少具有監(jiān)測和計量三相電流、電壓、有功功率、功率因數(shù)、有功電能、最大需量、總諧波含量功能。選用的電能表應具有數(shù)據(jù)遠傳功能,至少應具有RS-485標準串行電氣接口,采用Modbus標準開放協(xié)議或符合DL/T 645—2007《多功能電能表通信協(xié)議》中的有關規(guī)定。一般僅在變壓器低壓側(cè)總進線處設置多功能電能表,其他用電回路處只設置普通電能表。能耗監(jiān)測系統(tǒng)所用電能表一般采用數(shù)字式測控電表和導軌式電子測控電能表。變配電室低壓柜內(nèi)一般選用數(shù)字式測控儀表,樓層配電箱內(nèi)選用導軌式電能表;既有建筑改造項目中,低壓柜原有測控儀表不可用時,根據(jù)柜內(nèi)空間也可考慮設置導軌式電能表。

4.2　電流互感器

規(guī)范要求,能耗監(jiān)測系統(tǒng)配用電流互感器的精確度等級不應低于0.5級。電流互感器的種類很多,應結(jié)合工程實際選用。在既有建筑改造項目重要回路(不允許停電施工)中,可選用開合式互感器。

4.3　數(shù)字水表、數(shù)字熱量表、數(shù)字燃氣表

設備專業(yè)負責該類設備的選型,要求計量表具滿足規(guī)范要求的精確度級別,性能參數(shù)符合相應的技術標準,優(yōu)先選用具有RS-485標準串行接口或Modbus電氣接口的計量表,并應具備累計流量和計量數(shù)據(jù)輸出的功能。各表具的設置位置可結(jié)合技術標準、設備選型及業(yè)主的需求來確定。在既有建筑改造項目中,尤其要注意選擇的表計不應對原有系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生影響。

4.4　數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器是一種采用嵌入式微計算機系統(tǒng)的建筑能耗數(shù)據(jù)采集專用裝置,具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸以及現(xiàn)場設備運行狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷等功能?，F(xiàn)場采集網(wǎng)絡有兩種基本形式:有線方式和無線方式。有線方式主要有RS-485總線、電力載波通信,無線方式主要為ZigBee無線組網(wǎng)技術。

數(shù)據(jù)采集器的設置數(shù)量應滿足分項計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)囊?。?shù)據(jù)采集器需提供220 V供電電源。

4.5　系統(tǒng)管理控制柜(系統(tǒng)主機)

系統(tǒng)管理控制柜一般安裝在變配電室的控制室或值班室內(nèi),也可按照用戶要求安裝在專設的能源監(jiān)測管理室內(nèi)。柜內(nèi)一般包括顯示器、網(wǎng)絡交換機、數(shù)據(jù)采集器(也可設在現(xiàn)場)、監(jiān)測系統(tǒng)主機、不間斷電源(Uninterrupted Power Supply,UPS)、外置UPS電池組等設備。柜體宜采用鍍鋅鋼板制作,表面噴塑處理。

4.6　通信線路

通信網(wǎng)絡分為能耗采集器與計量表計之間的下行通信,以及能耗采集器與軟件系統(tǒng)之間的上行通信。

能耗監(jiān)測系統(tǒng)的接線為總線式。電能表、能量表、溫控器、數(shù)據(jù)采集器之間的通信方式均采用RS-485,通信線為屏蔽雙絞線;數(shù)據(jù)集中器、以太網(wǎng)交換機、數(shù)據(jù)中心間相互距離不超過100 m時,采用以太網(wǎng)通信,通信線為屏蔽超五類線或六類線;若相互距離超過100 m,則需要選用光纖通信。

5其他注意事項

(1) 能耗監(jiān)測軟硬件系統(tǒng)由服務器、工作站、系統(tǒng)軟件、應用軟件組成。能耗監(jiān)測系統(tǒng)主機一般由專業(yè)節(jié)能公司提供,施工圖設計時需確定系統(tǒng)主機設置位置(房間),以方便系統(tǒng)接線。系統(tǒng)主機一般設在變配電值班室或建筑設備監(jiān)控中心,也可設在其他由建設單位指定的專門房間內(nèi),盡量減少人為干擾,以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

(2) 在設計說明中明確系統(tǒng)主機應配置與上級能耗監(jiān)測中心的通信接口,以及能耗數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)送的通信設備和網(wǎng)絡接口。

(3) 分項計量改造不應改動供電部門計量表的二次接線,不應與計費電能表串接,避免影響計費系統(tǒng)的正常工作。

(4) 當建筑物供電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)時,電能表采用三相四線制;在醫(yī)院等特殊區(qū)域采用IT系統(tǒng)時,電能表采用三相三線制。

(5) 樓層配電箱回路開關電流不超過60 A時,可直接接入導軌式電能表;當線路開關電流大于60 A時,需配置電流互感器。

6結(jié)語

能耗監(jiān)測系統(tǒng)施工圖設計是實現(xiàn)建筑物能耗監(jiān)測的一項重要工作,也是確保系統(tǒng)正常運行的基本保證。因此,建設單位、設計單位都應充分重視這項工作,努力做好前期準備,精心組織設計,為建筑物節(jié)能運行打下堅實的基礎。

參考文獻

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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

中圖分類號：TU 201.5

文獻標志碼：B

文章編號：1674-8417(2016)01-0047-05