能源監控系統的設計與用途

鄭大宇

（中國航空規劃設計研究總院有限公司）

1 引言

20 世紀1993 年，我國由石油出口國變成石油凈進口國。從此以后，每年石油進口量逐年遞增，消耗了大量的外匯和能源。為了有效利用能源，我國推行能源審計制度，從督促各單位安裝規范的計量儀表開始，逐步讓企業淘汰落后產能，引導生產單位合理利用能源，降低單位產品能源消耗量。為了進一步規范和考核生產單位的能源使用效率，在2015 年10 月1 日開始實施《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015[1]；在2018 年1 月1 日開始實施《工業建筑節能設計統一標準》GB51245-2017[2]。兩本標準均對能源監控做出了具體描述，要求在建筑物設計時設置能源監控系統，通過能源監控系統考核使用單位的能源利用效率。為了滿足上述兩本標準的要求，各單位開始引進能源監控系統。以下我們將通過具體案例，詳細介紹前期能源監控系統的設計和實施以后能源監控系統的用途。

2 能源監控系統的設計

2.1 普通建筑物能源監控系統的設計

根據上述兩本標準的要求，建筑物內用水、供熱、制冷、壓縮空氣、煤氣、用電（詳細分為照明、空調、生產設備、插座、其余用電設備）均需要計量。如果有自動收費需求，可以增加預付費功能，通過程序設置讓客戶預存一定的費用，才能用水、用電、用氣。如果預存費用低到一定程度，提前向客戶報警，當預存費用清零以后，立刻停水、停電、停氣?？蛻舯仨氈匦鲁渲?，才能繼續用水、用電、用氣。將上述各種儀表與能源監控系統主機連通，就可以組成建筑物的能源監控系統。如果建筑物沒有變壓器，如圖1 無變壓器建筑物能源監控系統所示；如果建筑物有變壓器，如圖2 有變壓器建筑物能源監控系統所示。

圖1 無變壓器建筑物能源監控系統

圖2 有變壓器建筑物能源監控系統

上述圖中基本涵蓋了各種能源計量儀表，如果實際工程與圖中描述不一致，可以根據實際情況進行調整。

2.2 動力站能源監控系統的設計

與普通建筑物比較，廠區動力站除了增加用水、用電、用氣、供熱總計量表以外， 10KV 高壓配電系統還會增加出線計量表，如圖3 動力站能源監控系統所示。將各種儀表與能源監控系統主機連通，就可以組成動力站的能源監控系統。各項功能與普通建筑物能源監控系統類似。

2.3 廠區能源監控系統的設計

將廠區內所有建筑物能源監控子系統組網，經過通訊光纜引至廠區能源監控主機，就可以組成廠區能源監控系統。如圖4 廠區能源監控系統所示。

廠區能源監控系統一般設置在動力站，如果動力站無人值班，應該更換安裝位置，與使用方協商，設置在有人值班的廠區消防監控中心或者其余有人值班場所。

圖3 動力站能源監控系統

圖4 廠區能源監控系統

3 能源監控系統的用途

2006 年開始，我國開始執行萬元GDP 能耗指標考核指標。單位GDP 能耗又叫萬元GDP 能耗，就是每產生萬元GDP（國內生產總值）所消耗的能源，單位GDP 能耗的單位是：萬t 標準煤/億元。因此，在上述兩本標準出現之前，一些有條件的單位已經開始設置能源監控系統。能源監控系統的計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時的排隊。以下將通過一些具體事例，介紹能源監控系統在考核與后期運行的用途。

3.1 不同車間的考核與節能改造的依據

某公司老零部件廠房生產能力已無法滿足供貨需求，通過投資在新征地塊新建零部件廠房來滿足供貨需求。新零部件廠房投入生產以后，通過新、老零部件廠房生產零部件單位產品能源消耗量進行對比，發現老零部件廠房單位產品能源消耗量明顯偏高。由于生產線剩余殘值較高，改造整條生產線不太現實。根據廠房現場實際情況，經過與節能改造公司進行溝通，決定對主廠房照明系統進行節能改造。將廠房內照明燈具更換為更加節能的照明燈具，照明控制系統由粗獷的手動開關燈具模式修改為根據工作時間及室內外照度值與設計照度值比較，能夠自動開關的智能照明開關方式。經過與節能改造公司協商，由節能改造公司提供所有改造費用，根據改造前后消耗能源的金額差值，按一定比例逐年發放給節能改造公司作為報酬。此種方式為雙贏模式，工廠沒有出一分錢就進行了節能改造，降低了運行成本；節能改造公司用投資的方式，獲得了未來若干年的穩定回報，對雙方來講，皆大歡喜。

由于能源監控系統的使用，我們通過新、老零部件廠房單位產品能源消耗量的對比，發現老零部件廠房的單位能源消耗量偏高，這就可以作為績效考核的依據，可以降低老零部件廠房生產每個零部件的獎勵；發現老零部件廠房的單位能源消耗量偏高以后，就可以作為節能改造的依據，通過節能改造的實施，降低單位能源消耗，節約生產成本。

3.2 及時發現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：動力中心、研發大樓、食堂、門房、污水處理站。在一期工程運行一段時間以后，能源監控系統顯示污水排放流量突然急劇減少，懷疑是能源監控系統或者計量儀表故障所致。經過廠家技術人員現場檢測，能源監控系統及計量儀表均處于正常工作狀態。設計人員到達現場以后，與廠家技術人員及工廠維護人員分析原因，懷疑是排污管道泄露導致。經過對廠區污水管道進行排查，發現由于廠區位于東部沿海地區，研發大樓在建成以后正常沉降，由于室內外沉降度不一致，將研發大樓污水管道出口處局部拉裂，導致污水泄露，大部分污水沒有經過污水管道進入污水處理站。發現污水管道泄露以后，經過現場及時維修，排除故障，污水排放流量恢復為正常值。

某公司廠區位于山區，壓縮空氣管道安裝方式為架空明敷。廠區運行過程中，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。設計人員在后期處理問題時，廠房維護人員反應此問題，經現場分析故障原因，懷疑是廠區線路檢修閥門或者是管道連接處等薄弱環節出現泄漏。經過對廠區壓縮空氣管道巡視，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。經過維修封堵泄漏點后，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排除。

由于能源監控系統的使用，通過監控計量儀表，通過總表與分表之和的差值，可以發現壓力管道的故障；通過排水儀表計量數據的異常變化，可以發現排水管道的故障。發現故障以后，立即巡檢發現故障點，盡快排除故障。故障排除以后，通過能源監控系統數據的分析，就可以判斷故障是否排除。

3.3 電氣設備故障的發現與排除

某工廠新建噴漆廠房，在試運行階段經常跳閘，有時候跳高壓，有時候跳低壓，運行人員無法判斷故障點。設計人員到達現場以后，通過能源監控系統調取高、低壓斷路器故障數據，發現是由于電機起動電流過大，導致電氣保護開關跳閘。找到了故障原因，到現場發現風機回路使用軟啟動器的電流起動倍數設定值為6 倍，最大一臺風機起動容量已經接近變壓器容量的一半，如果在廠房正常生產時，起動大功率電動機，就會引起變壓器過載，導致高壓或者低壓斷路器跳閘。設計時已考慮最大一臺電動機的起動容量，在現場將軟啟動器的電流起動倍數設定值調整為設計時考慮起動倍數3 倍，解決了斷路器跳閘的問題。

由于能源監控系統的使用，通過監控各斷路器的故障狀態，可以快速發現故障點，通過調取故障信號，可以快速發現故障原因，就可以盡快排除故障。故障排除以后，通過能源監控系統數據的分析，就可以判斷故障是否排除。

3.4 錯峰生產的依據

某工廠部分廠房建設在二十世紀八十年代，按照當時的設計標準，廠房生產區沒有設置空調系統。根據后期增加生產設備對溫度的要求，廠區對上述廠房進行空調改造，在生產區增加空調。在空調系統改造完成以后，由于電力增容滯后，在夏季生產高峰期，所有廠房空調系統全部使用的過程中，用電負荷已經超過廠區總變壓器的容量，無法繼續生產。為保證繼續生產，動力部門調取能源監控系統各廠房的實際用電需求，根據生產工藝及用電需求等實際條件，決定在上午七點至十二點安排部分廠房生產，在下午一點至六點安排另外一部分廠房進行生產，通過錯峰生產保證了正常生產。

由于能源監控系統的使用，通過各廠房用電實際需求，通過合理安排各廠房生產時間，為錯峰生產提供了依據。

4 結語

近年來，隨著能源監控系統的使用、推廣與應用，我們可以發現，能源監控系統不僅僅只有監控、收費等常見功能，在后期運行維護過程中，對于發現故障和判斷故障也有一定的作用，也可以作為節能改造、績效考核和錯峰生產的依據。所以，只要合理利用和發掘，我們就會發現能源監控系統的更多的功能，為后期使用過程中遇到的問題提供數據支撐，為解決問題提供數據依據，更加方便我們的工作。