能源管理系統與NEC

能源管理系統與NEC

馬克·拉蒙多拉

近年來，許多業主一直在被勸說采用一些節能措施，甚至是一些低成本的簡單節能措施，經過長時間、多方面的努力終于達到了現有的成果：在新建或改建項目中，能源管理系統(EMS)幾乎成為不可缺少的一部分。借助于EMS，只需進行幾個簡單的操作就可以減少能源浪費。

以HGA公司為例，HGA的建筑師和工程師不僅設計EMS應用軟件，而且將它們應用在自己的辦公室中。例如，HGA在密爾沃基市的辦公室使用自動控制策略來控制空調系統、照明系統和日光采集系統(圖1)。

圖1　HGA公司辦公環境

新的2014 NEC第750章節對這些系統在電氣方面的要求降到了最低，只包括5個小節，內容不足一頁半。其中的條款屈指可數，給將來規范的修訂預留了大量的空間。

1關于EMS

NEC中提供了一個非常靈活的定義：EMS是監控或監測電氣負載、發電設備、儲能設備的系統。定義中列出了部分符合該定義的設備，例如定時器、控制器和通信設備。

并非所有與節能相關的設備都屬于EMS的范疇。例如百葉窗可以在夏季的午后遮擋陽光、降低室溫，從而達到節能的目的，但它們并沒有檢測或監控空調的實際負荷，所以并不符合EMS的定義。

圖2所示是第750章節規范制定小組的候補人員、HGA的高級電氣工程師克里斯塔·麥當娜·貝爾森，為客戶講解操作EMS的一些細節問題。

圖2　操作EMS的過程

應該從感官和技術兩方面正確認識EMS。例如，一排燈可以根據從窗戶透進來的光線自動調節亮度，這確實做到了控制負載并達到了節能的目的，但通常認為這只是一個工程化的產品，并非EMS。EMS的共同點包括：

1)安裝費用少

它們可以模塊化或封裝成標準設計，與每一個系統都是獨立的、新設計的相比，這確實降低了成本，這只是低價位的入門級系統。

2)業主投入少

EMS中已經包含了監控管理和其他的一些服務，所以每月其他的基礎服務費用較低。這種模式類似于防侵入報警監控系統。

3)可定制

控制元件、通信設備、控制面板以及其他的組件可以隨意組合。

4)遠程控制功能

如果有足夠的資源對現場系統進行監督，那現場控制是最優的選擇。但通常情況下，項目經理都沒有專業技術背景，并且可以使用的技術人員也很有限，特別是在商業建筑中，這種情況很普遍。當系統需要進行遠程控制時，對系統監控進行外包以及與承包商進行溝通就顯得格外重要。

5)觸摸面板接口

這種類型的用戶界面包含儀表盤、需求報告、歷史數據、數據趨勢以及可配置的報警功能，無論是在餐廳還是銀行分支結構，該系統都是由固定的人員操作。只要動動手指，用戶就可以實時地查看能耗情況。這有利于用戶做實時調整以實現最大化節能。

EMS系統通過如下方式進行節能：

1)低電壓緩解：在低電壓的情況下關閉選定的負載。

2)功率因數補償最小化：控制(監視/報警)感性負載在任何給定的時間都可以運行，以使功率因數控制在既定數值之內。

3)調峰：控制某些負載在非高峰時間使用。例如，EMS系統可在高峰負荷時段進行如下調整：調暗倉庫照明、不使用廢料磨床、禁用垃圾壓實機、調整溫控器以及關閉指定的冷水機組。或可以自己運行發電機來帶動所有的負載(圖3)。

圖3　調峰策略

如圖3(圖片由HGA公司提供)所示，使用EMS來減少負載是調峰的方式之一，但這會影響業務運行。另一種方式是啟動發電機，這樣會減少依賴電網輸送電的負載的數量，也不會影響各系統在高峰時段的運行。

4)廢棄物監測：當你努力查找為什么上個月的電費賬單如此昂貴時，通過廢棄物監測會發現冷水機組B(空氣壓縮機或其他大型負載)在上個月一直沒有關閉。

上述只是EMS如何對一個既有項目進行節能管理的部分例子，EMS同樣可以對現場發電項目進行能源管理。這里所介紹的EMS并不是通過感應器關閉浴室內的燈來減少幾塊錢的電費，它可以做更多節能項目。

如果一個設計師非常注重降低能源費用，那可以使用EMS控制斷路器，使其可以隨時關閉工廠中的任何負載。這也是NEC第750章節規定出現的原因之一。

2如何使用

選定一個特定類型的負載(瞬時的)，這個負載啟動時所有指標都在規定的限值之下，運行后會超過規定限值，這就意味著它需要一個瞬間的巨大電流。該負載是暫時性的，在低壓下運行，并且所有其他負載在電流需求方面也會隨之上升。

這種情況會給電費賬單增加不少壓力。使用EMS對該負載進行管理，至少不會出現毫無理由的高峰負荷。另外，當功率因數接近規定限值時，適當地限制該負載也許會更有利。工廠中所有的員工都認為正常工作時不需要運行該負載，通過查閱運行日志可知，該負載在最近三個星期內并沒有運行過。

但在限制該負荷時出現了一些問題，在發生火災時，需要使用消防泵為滅火系統提供足夠的水量，消防泵是四種不能控制的負載之一，其他三種

包括：應急系統、法律規定的備用系統和電力系統中的關鍵業務。

事實上，消防泵是非常重要的，不能用EMS來代替任何必要的控制措施，以保證其供電的連續性。上述的其他三類重要負荷也是如此。

可使用EMS監視這些負載，只是不能對其進行控制。下面以消防泵為例，闡述對不能進行控制的負載進行監測的原因。

一個消防泵系統由至少兩個泵組成，包括一個大型的主泵和一個小型的穩壓泵，穩壓泵可以隨意開關，對配電系統幾乎不產生影響，但如果進行頻繁的開關切換就會產生問題，該泵的主要用途是在滅火系統管道中維持壓力平衡，為什么系統會壓力失衡？穩壓泵的作用到底有多大？

從一個角度講，假設主泵需要開啟，EMS監測到該情況后，可以將臨界負荷調高。這樣處理有一些好處，如當防火泵啟動時可以減少對系統的應變措施。試想，如果EMS在火災發生前關閉了所有的負載系統，第一反應是處理火災時不用再浪費時間去關閉其他負載，而且斷路器也不會斷開。

EMS不能斷開如下五類負載的電源：1)載有人的電梯；2)危險場所的通風系統；3)有毒氣體的通風系統；4)應急照明；5)衛生保健設施的必要系統。

除了禁止EMS進行控制的系統外，還規定了其他的一些規則：

1)EMS不能致使任何分支電路、饋線及服務器過載；

2)雖然EMS可以進行遠程控制，但工作人員必須列出控制裝置和電路的列表。

其中第一條規定是符合“常規”的，而第二條是與NEC規范相呼應的，NEC正在對EMS的使用范疇進行規定。

3將EMS進一步發展

EMS可以使承包商和業主/租客同時獲益，安裝EMS系統的一般目的都是為了節省能源，但是根據EMS的運行過程，使用者可以使用EMS實現更多的功能。

若在新建建筑中安裝EMS系統，可以列出所有負載(創建一個負載配置文件)，然后除去NEC中規定的不能對其進行控制的負載類型，對其他負載進行監控設置。

于娟翻譯自http://ecmweb.com/nec/energy-management-systems-and-nec，肖昕宇校對。

KNX Technology Organization, Standards and Application Solutions

Li Yumin

Harmonic Analysis of Modern Architecture and Harmonic Control Method in Low-voltage Distribution Systems

Li Cong / li Zhi