能源监控系统的设计与用途

郑大宇

（中国航空规划设计研究总院有限公司）

1 引言

20 世纪1993 年，我国由石油出口国变成石油净进口国。从此以后，每年石油进口量逐年递增，消耗了大量的外汇和能源。为了有效利用能源，我国推行能源审计制度，从督促各单位安装规范的计量仪表开始，逐步让企业淘汰落后产能，引导生产单位合理利用能源，降低单位产品能源消耗量。为了进一步规范和考核生产单位的能源使用效率，在2015 年10 月1 日开始实施《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015[1]；在2018 年1 月1 日开始实施《工业建筑节能设计统一标准》GB51245-2017[2]。两本标准均对能源监控做出了具体描述，要求在建筑物设计时设置能源监控系统，通过能源监控系统考核使用单位的能源利用效率。为了满足上述两本标准的要求，各单位开始引进能源监控系统。以下我们将通过具体案例，详细介绍前期能源监控系统的设计和实施以后能源监控系统的用途。

2 能源监控系统的设计

2.1 普通建筑物能源监控系统的设计

根据上述两本标准的要求，建筑物内用水、供热、制冷、压缩空气、煤气、用电（详细分为照明、空调、生产设备、插座、其余用电设备）均需要计量。如果有自动收费需求，可以增加预付费功能，通过程序设置让客户预存一定的费用，才能用水、用电、用气。如果预存费用低到一定程度，提前向客户报警，当预存费用清零以后，立刻停水、停电、停气。客户必须重新充值，才能继续用水、用电、用气。将上述各种仪表与能源监控系统主机连通，就可以组成建筑物的能源监控系统。如果建筑物没有变压器，如图1 无变压器建筑物能源监控系统所示；如果建筑物有变压器，如图2 有变压器建筑物能源监控系统所示。

图1 无变压器建筑物能源监控系统

图2 有变压器建筑物能源监控系统

上述图中基本涵盖了各种能源计量仪表，如果实际工程与图中描述不一致，可以根据实际情况进行调整。

2.2 动力站能源监控系统的设计

与普通建筑物比较，厂区动力站除了增加用水、用电、用气、供热总计量表以外， 10KV 高压配电系统还会增加出线计量表，如图3 动力站能源监控系统所示。将各种仪表与能源监控系统主机连通，就可以组成动力站的能源监控系统。各项功能与普通建筑物能源监控系统类似。

2.3 厂区能源监控系统的设计

将厂区内所有建筑物能源监控子系统组网，经过通讯光缆引至厂区能源监控主机，就可以组成厂区能源监控系统。如图4 厂区能源监控系统所示。

厂区能源监控系统一般设置在动力站，如果动力站无人值班，应该更换安装位置，与使用方协商，设置在有人值班的厂区消防监控中心或者其余有人值班场所。

图3 动力站能源监控系统

图4 厂区能源监控系统

3 能源监控系统的用途

2006 年开始，我国开始执行万元GDP 能耗指标考核指标。单位GDP 能耗又叫万元GDP 能耗，就是每产生万元GDP（国内生产总值）所消耗的能源，单位GDP 能耗的单位是：万t 标准煤/亿元。因此，在上述两本标准出现之前，一些有条件的单位已经开始设置能源监控系统。能源监控系统的计量及控制等用途比较常见，例如每户家庭的三表到户，即减少了抄表员的工作量，也方便了用户集中缴费时的排队。以下将通过一些具体事例，介绍能源监控系统在考核与后期运行的用途。

3.1 不同车间的考核与节能改造的依据

某公司老零部件厂房生产能力已无法满足供货需求，通过投资在新征地块新建零部件厂房来满足供货需求。新零部件厂房投入生产以后，通过新、老零部件厂房生产零部件单位产品能源消耗量进行对比，发现老零部件厂房单位产品能源消耗量明显偏高。由于生产线剩余残值较高，改造整条生产线不太现实。根据厂房现场实际情况，经过与节能改造公司进行沟通，决定对主厂房照明系统进行节能改造。将厂房内照明灯具更换为更加节能的照明灯具，照明控制系统由粗犷的手动开关灯具模式修改为根据工作时间及室内外照度值与设计照度值比较，能够自动开关的智能照明开关方式。经过与节能改造公司协商，由节能改造公司提供所有改造费用，根据改造前后消耗能源的金额差值，按一定比例逐年发放给节能改造公司作为报酬。此种方式为双赢模式，工厂没有出一分钱就进行了节能改造，降低了运行成本；节能改造公司用投资的方式，获得了未来若干年的稳定回报，对双方来讲，皆大欢喜。

由于能源监控系统的使用，我们通过新、老零部件厂房单位产品能源消耗量的对比，发现老零部件厂房的单位能源消耗量偏高，这就可以作为绩效考核的依据，可以降低老零部件厂房生产每个零部件的奖励；发现老零部件厂房的单位能源消耗量偏高以后，就可以作为节能改造的依据，通过节能改造的实施，降低单位能源消耗，节约生产成本。

3.2 及时发现室外管道的泄露与维修

某公司新建一期工程包含以下建筑物：动力中心、研发大楼、食堂、门房、污水处理站。在一期工程运行一段时间以后，能源监控系统显示污水排放流量突然急剧减少，怀疑是能源监控系统或者计量仪表故障所致。经过厂家技术人员现场检测，能源监控系统及计量仪表均处于正常工作状态。设计人员到达现场以后，与厂家技术人员及工厂维护人员分析原因，怀疑是排污管道泄露导致。经过对厂区污水管道进行排查，发现由于厂区位于东部沿海地区，研发大楼在建成以后正常沉降，由于室内外沉降度不一致，将研发大楼污水管道出口处局部拉裂，导致污水泄露，大部分污水没有经过污水管道进入污水处理站。发现污水管道泄露以后，经过现场及时维修，排除故障，污水排放流量恢复为正常值。

某公司厂区位于山区，压缩空气管道安装方式为架空明敷。厂区运行过程中，压缩空气出口流量总表与各分厂流量表之和偏差值逐渐增加。设计人员在后期处理问题时，厂房维护人员反应此问题，经现场分析故障原因，怀疑是厂区线路检修阀门或者是管道连接处等薄弱环节出现泄漏。经过对厂区压缩空气管道巡视，有两处检修阀门缓慢漏气，尽管管道局部有泄漏，但是泄漏量太小，不影响厂房用气，因此不易察觉。经过维修封堵泄漏点后，压缩空气出口流量总表与各分厂流量表之和基本接近，可以断定泄漏故障已经排除。

由于能源监控系统的使用，通过监控计量仪表，通过总表与分表之和的差值，可以发现压力管道的故障；通过排水仪表计量数据的异常变化，可以发现排水管道的故障。发现故障以后，立即巡检发现故障点，尽快排除故障。故障排除以后，通过能源监控系统数据的分析，就可以判断故障是否排除。

3.3 电气设备故障的发现与排除

某工厂新建喷漆厂房，在试运行阶段经常跳闸，有时候跳高压，有时候跳低压，运行人员无法判断故障点。设计人员到达现场以后，通过能源监控系统调取高、低压断路器故障数据，发现是由于电机起动电流过大，导致电气保护开关跳闸。找到了故障原因，到现场发现风机回路使用软启动器的电流起动倍数设定值为6 倍，最大一台风机起动容量已经接近变压器容量的一半，如果在厂房正常生产时，起动大功率电动机，就会引起变压器过载，导致高压或者低压断路器跳闸。设计时已考虑最大一台电动机的起动容量，在现场将软启动器的电流起动倍数设定值调整为设计时考虑起动倍数3 倍，解决了断路器跳闸的问题。

由于能源监控系统的使用，通过监控各断路器的故障状态，可以快速发现故障点，通过调取故障信号，可以快速发现故障原因，就可以尽快排除故障。故障排除以后，通过能源监控系统数据的分析，就可以判断故障是否排除。

3.4 错峰生产的依据

某工厂部分厂房建设在二十世纪八十年代，按照当时的设计标准，厂房生产区没有设置空调系统。根据后期增加生产设备对温度的要求，厂区对上述厂房进行空调改造，在生产区增加空调。在空调系统改造完成以后，由于电力增容滞后，在夏季生产高峰期，所有厂房空调系统全部使用的过程中，用电负荷已经超过厂区总变压器的容量，无法继续生产。为保证继续生产，动力部门调取能源监控系统各厂房的实际用电需求，根据生产工艺及用电需求等实际条件，决定在上午七点至十二点安排部分厂房生产，在下午一点至六点安排另外一部分厂房进行生产，通过错峰生产保证了正常生产。

由于能源监控系统的使用，通过各厂房用电实际需求，通过合理安排各厂房生产时间，为错峰生产提供了依据。

4 结语

近年来，随着能源监控系统的使用、推广与应用，我们可以发现，能源监控系统不仅仅只有监控、收费等常见功能，在后期运行维护过程中，对于发现故障和判断故障也有一定的作用，也可以作为节能改造、绩效考核和错峰生产的依据。所以，只要合理利用和发掘，我们就会发现能源监控系统的更多的功能，为后期使用过程中遇到的问题提供数据支撑，为解决问题提供数据依据，更加方便我们的工作。