能源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與用途

鄭大宇

（中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司）

1 引言

20 世紀(jì)1993 年，我國(guó)由石油出口國(guó)變成石油凈進(jìn)口國(guó)。從此以后，每年石油進(jìn)口量逐年遞增，消耗了大量的外匯和能源。為了有效利用能源，我國(guó)推行能源審計(jì)制度，從督促各單位安裝規(guī)范的計(jì)量?jī)x表開始，逐步讓企業(yè)淘汰落后產(chǎn)能，引導(dǎo)生產(chǎn)單位合理利用能源，降低單位產(chǎn)品能源消耗量。為了進(jìn)一步規(guī)范和考核生產(chǎn)單位的能源使用效率，在2015 年10 月1 日開始實(shí)施《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015[1]；在2018 年1 月1 日開始實(shí)施《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB51245-2017[2]。兩本標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)能源監(jiān)控做出了具體描述，要求在建筑物設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置能源監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)能源監(jiān)控系統(tǒng)考核使用單位的能源利用效率。為了滿足上述兩本標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單位開始引進(jìn)能源監(jiān)控系統(tǒng)。以下我們將通過(guò)具體案例，詳細(xì)介紹前期能源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施以后能源監(jiān)控系統(tǒng)的用途。

2 能源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 普通建筑物能源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)上述兩本標(biāo)準(zhǔn)的要求，建筑物內(nèi)用水、供熱、制冷、壓縮空氣、煤氣、用電（詳細(xì)分為照明、空調(diào)、生產(chǎn)設(shè)備、插座、其余用電設(shè)備）均需要計(jì)量。如果有自動(dòng)收費(fèi)需求，可以增加預(yù)付費(fèi)功能，通過(guò)程序設(shè)置讓客戶預(yù)存一定的費(fèi)用，才能用水、用電、用氣。如果預(yù)存費(fèi)用低到一定程度，提前向客戶報(bào)警，當(dāng)預(yù)存費(fèi)用清零以后，立刻停水、停電、停氣。客戶必須重新充值，才能繼續(xù)用水、用電、用氣。將上述各種儀表與能源監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)連通，就可以組成建筑物的能源監(jiān)控系統(tǒng)。如果建筑物沒有變壓器，如圖1 無(wú)變壓器建筑物能源監(jiān)控系統(tǒng)所示；如果建筑物有變壓器，如圖2 有變壓器建筑物能源監(jiān)控系統(tǒng)所示。

圖1 無(wú)變壓器建筑物能源監(jiān)控系統(tǒng)

圖2 有變壓器建筑物能源監(jiān)控系統(tǒng)

上述圖中基本涵蓋了各種能源計(jì)量?jī)x表，如果實(shí)際工程與圖中描述不一致，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

2.2 動(dòng)力站能源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

與普通建筑物比較，廠區(qū)動(dòng)力站除了增加用水、用電、用氣、供熱總計(jì)量表以外， 10KV 高壓配電系統(tǒng)還會(huì)增加出線計(jì)量表，如圖3 動(dòng)力站能源監(jiān)控系統(tǒng)所示。將各種儀表與能源監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)連通，就可以組成動(dòng)力站的能源監(jiān)控系統(tǒng)。各項(xiàng)功能與普通建筑物能源監(jiān)控系統(tǒng)類似。

2.3 廠區(qū)能源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

將廠區(qū)內(nèi)所有建筑物能源監(jiān)控子系統(tǒng)組網(wǎng)，經(jīng)過(guò)通訊光纜引至廠區(qū)能源監(jiān)控主機(jī)，就可以組成廠區(qū)能源監(jiān)控系統(tǒng)。如圖4 廠區(qū)能源監(jiān)控系統(tǒng)所示。

廠區(qū)能源監(jiān)控系統(tǒng)一般設(shè)置在動(dòng)力站，如果動(dòng)力站無(wú)人值班，應(yīng)該更換安裝位置，與使用方協(xié)商，設(shè)置在有人值班的廠區(qū)消防監(jiān)控中心或者其余有人值班場(chǎng)所。

圖3 動(dòng)力站能源監(jiān)控系統(tǒng)

圖4 廠區(qū)能源監(jiān)控系統(tǒng)

3 能源監(jiān)控系統(tǒng)的用途

2006 年開始，我國(guó)開始執(zhí)行萬(wàn)元GDP 能耗指標(biāo)考核指標(biāo)。單位GDP 能耗又叫萬(wàn)元GDP 能耗，就是每產(chǎn)生萬(wàn)元GDP（國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值）所消耗的能源，單位GDP 能耗的單位是：萬(wàn)t 標(biāo)準(zhǔn)煤/億元。因此，在上述兩本標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)之前，一些有條件的單位已經(jīng)開始設(shè)置能源監(jiān)控系統(tǒng)。能源監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)量及控制等用途比較常見，例如每戶家庭的三表到戶，即減少了抄表員的工作量，也方便了用戶集中繳費(fèi)時(shí)的排隊(duì)。以下將通過(guò)一些具體事例，介紹能源監(jiān)控系統(tǒng)在考核與后期運(yùn)行的用途。

3.1 不同車間的考核與節(jié)能改造的依據(jù)

某公司老零部件廠房生產(chǎn)能力已無(wú)法滿足供貨需求，通過(guò)投資在新征地塊新建零部件廠房來(lái)滿足供貨需求。新零部件廠房投入生產(chǎn)以后，通過(guò)新、老零部件廠房生產(chǎn)零部件單位產(chǎn)品能源消耗量進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)老零部件廠房單位產(chǎn)品能源消耗量明顯偏高。由于生產(chǎn)線剩余殘值較高，改造整條生產(chǎn)線不太現(xiàn)實(shí)。根據(jù)廠房現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)與節(jié)能改造公司進(jìn)行溝通，決定對(duì)主廠房照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。將廠房?jī)?nèi)照明燈具更換為更加節(jié)能的照明燈具，照明控制系統(tǒng)由粗獷的手動(dòng)開關(guān)燈具模式修改為根據(jù)工作時(shí)間及室內(nèi)外照度值與設(shè)計(jì)照度值比較，能夠自動(dòng)開關(guān)的智能照明開關(guān)方式。經(jīng)過(guò)與節(jié)能改造公司協(xié)商，由節(jié)能改造公司提供所有改造費(fèi)用，根據(jù)改造前后消耗能源的金額差值，按一定比例逐年發(fā)放給節(jié)能改造公司作為報(bào)酬。此種方式為雙贏模式，工廠沒有出一分錢就進(jìn)行了節(jié)能改造，降低了運(yùn)行成本；節(jié)能改造公司用投資的方式，獲得了未來(lái)若干年的穩(wěn)定回報(bào)，對(duì)雙方來(lái)講，皆大歡喜。

由于能源監(jiān)控系統(tǒng)的使用，我們通過(guò)新、老零部件廠房單位產(chǎn)品能源消耗量的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)老零部件廠房的單位能源消耗量偏高，這就可以作為績(jī)效考核的依據(jù)，可以降低老零部件廠房生產(chǎn)每個(gè)零部件的獎(jiǎng)勵(lì)；發(fā)現(xiàn)老零部件廠房的單位能源消耗量偏高以后，就可以作為節(jié)能改造的依據(jù)，通過(guò)節(jié)能改造的實(shí)施，降低單位能源消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。

3.2 及時(shí)發(fā)現(xiàn)室外管道的泄露與維修

某公司新建一期工程包含以下建筑物：動(dòng)力中心、研發(fā)大樓、食堂、門房、污水處理站。在一期工程運(yùn)行一段時(shí)間以后，能源監(jiān)控系統(tǒng)顯示污水排放流量突然急劇減少，懷疑是能源監(jiān)控系統(tǒng)或者計(jì)量?jī)x表故障所致。經(jīng)過(guò)廠家技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，能源監(jiān)控系統(tǒng)及計(jì)量?jī)x表均處于正常工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)以后，與廠家技術(shù)人員及工廠維護(hù)人員分析原因，懷疑是排污管道泄露導(dǎo)致。經(jīng)過(guò)對(duì)廠區(qū)污水管道進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)由于廠區(qū)位于東部沿海地區(qū)，研發(fā)大樓在建成以后正常沉降，由于室內(nèi)外沉降度不一致，將研發(fā)大樓污水管道出口處局部拉裂，導(dǎo)致污水泄露，大部分污水沒有經(jīng)過(guò)污水管道進(jìn)入污水處理站。發(fā)現(xiàn)污水管道泄露以后，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)維修，排除故障，污水排放流量恢復(fù)為正常值。

某公司廠區(qū)位于山區(qū)，壓縮空氣管道安裝方式為架空明敷。廠區(qū)運(yùn)行過(guò)程中，壓縮空氣出口流量總表與各分廠流量表之和偏差值逐漸增加。設(shè)計(jì)人員在后期處理問題時(shí)，廠房維護(hù)人員反應(yīng)此問題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析故障原因，懷疑是廠區(qū)線路檢修閥門或者是管道連接處等薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)泄漏。經(jīng)過(guò)對(duì)廠區(qū)壓縮空氣管道巡視，有兩處檢修閥門緩慢漏氣，盡管管道局部有泄漏，但是泄漏量太小，不影響廠房用氣，因此不易察覺。經(jīng)過(guò)維修封堵泄漏點(diǎn)后，壓縮空氣出口流量總表與各分廠流量表之和基本接近，可以斷定泄漏故障已經(jīng)排除。

由于能源監(jiān)控系統(tǒng)的使用，通過(guò)監(jiān)控計(jì)量?jī)x表，通過(guò)總表與分表之和的差值，可以發(fā)現(xiàn)壓力管道的故障；通過(guò)排水儀表計(jì)量數(shù)據(jù)的異常變化，可以發(fā)現(xiàn)排水管道的故障。發(fā)現(xiàn)故障以后，立即巡檢發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，盡快排除故障。故障排除以后，通過(guò)能源監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析，就可以判斷故障是否排除。

3.3 電氣設(shè)備故障的發(fā)現(xiàn)與排除

某工廠新建噴漆廠房，在試運(yùn)行階段經(jīng)常跳閘，有時(shí)候跳高壓，有時(shí)候跳低壓，運(yùn)行人員無(wú)法判斷故障點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)以后，通過(guò)能源監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)取高、低壓斷路器故障數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)是由于電機(jī)起動(dòng)電流過(guò)大，導(dǎo)致電氣保護(hù)開關(guān)跳閘。找到了故障原因，到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)回路使用軟啟動(dòng)器的電流起動(dòng)倍數(shù)設(shè)定值為6 倍，最大一臺(tái)風(fēng)機(jī)起動(dòng)容量已經(jīng)接近變壓器容量的一半，如果在廠房正常生產(chǎn)時(shí)，起動(dòng)大功率電動(dòng)機(jī)，就會(huì)引起變壓器過(guò)載，導(dǎo)致高壓或者低壓斷路器跳閘。設(shè)計(jì)時(shí)已考慮最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)容量，在現(xiàn)場(chǎng)將軟啟動(dòng)器的電流起動(dòng)倍數(shù)設(shè)定值調(diào)整為設(shè)計(jì)時(shí)考慮起動(dòng)倍數(shù)3 倍，解決了斷路器跳閘的問題。

由于能源監(jiān)控系統(tǒng)的使用，通過(guò)監(jiān)控各斷路器的故障狀態(tài)，可以快速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，通過(guò)調(diào)取故障信號(hào)，可以快速發(fā)現(xiàn)故障原因，就可以盡快排除故障。故障排除以后，通過(guò)能源監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析，就可以判斷故障是否排除。

3.4 錯(cuò)峰生產(chǎn)的依據(jù)

某工廠部分廠房建設(shè)在二十世紀(jì)八十年代，按照當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，廠房生產(chǎn)區(qū)沒有設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)后期增加生產(chǎn)設(shè)備對(duì)溫度的要求，廠區(qū)對(duì)上述廠房進(jìn)行空調(diào)改造，在生產(chǎn)區(qū)增加空調(diào)。在空調(diào)系統(tǒng)改造完成以后，由于電力增容滯后，在夏季生產(chǎn)高峰期，所有廠房空調(diào)系統(tǒng)全部使用的過(guò)程中，用電負(fù)荷已經(jīng)超過(guò)廠區(qū)總變壓器的容量，無(wú)法繼續(xù)生產(chǎn)。為保證繼續(xù)生產(chǎn)，動(dòng)力部門調(diào)取能源監(jiān)控系統(tǒng)各廠房的實(shí)際用電需求，根據(jù)生產(chǎn)工藝及用電需求等實(shí)際條件，決定在上午七點(diǎn)至十二點(diǎn)安排部分廠房生產(chǎn)，在下午一點(diǎn)至六點(diǎn)安排另外一部分廠房進(jìn)行生產(chǎn)，通過(guò)錯(cuò)峰生產(chǎn)保證了正常生產(chǎn)。

由于能源監(jiān)控系統(tǒng)的使用，通過(guò)各廠房用電實(shí)際需求，通過(guò)合理安排各廠房生產(chǎn)時(shí)間，為錯(cuò)峰生產(chǎn)提供了依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著能源監(jiān)控系統(tǒng)的使用、推廣與應(yīng)用，我們可以發(fā)現(xiàn)，能源監(jiān)控系統(tǒng)不僅僅只有監(jiān)控、收費(fèi)等常見功能，在后期運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，對(duì)于發(fā)現(xiàn)故障和判斷故障也有一定的作用，也可以作為節(jié)能改造、績(jī)效考核和錯(cuò)峰生產(chǎn)的依據(jù)。所以，只要合理利用和發(fā)掘，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)能源監(jiān)控系統(tǒng)的更多的功能，為后期使用過(guò)程中遇到的問題提供數(shù)據(jù)支撐，為解決問題提供數(shù)據(jù)依據(jù)，更加方便我們的工作。