前言
針對建科[2008]114號文，結合本公司多年電力儀表制造經驗，討論一種符合建科[2008]114號文中電能分項計量要求的能耗監控系統選型方案，供讀者參考。
1.背景
2008年01月03日北京市建委和市發改委公布了2007年北京實施能源審計的部分北京市國家機關辦公建筑和大型公共建筑平均電耗、水耗。其中進行審計的20個單位的國家機關辦公建筑，每平方米建筑面積" title="建筑面積">建筑面積年平均耗電量為85.4度，人均年耗電量為3072.5度。大型公建耗電是普通建筑的3~5倍國家機關辦公建筑和大型公共建筑年耗電量約占全國城鎮總耗電量的22%，每平方米年耗電量是普通居民住宅的10～20倍。是歐洲、日本等發達國家同類建筑的1.5～2倍。北京的大型公共建筑每單位平方米年耗電量在50度到300度之間，這個數字較普通建筑要高出3到5倍。目前我國有5億m2左右的大型公共建筑。耗電量為70～300kwh/m2*年，為住宅的10～20倍，是建筑能源消耗的高密度領域。調查結果表明，這類建筑能源浪費現象仍較嚴重，有很大的節能潛力。（來源：中國網）
2.政府指導性文件溫家寶總理簽署的中華人民共和國國務院令第531號《公共機構節能條例》自2008年10月1日起施行。《條例》第十四條明確指出：公共機構應當實行能源消費計量制度，區分用能種類、用能系統實行能源消費分戶、分類、分項計量，并對能源消耗狀況實行監測，及時發現、糾正用能浪費現象。地方政府也出臺了相關規定，如：《上海市建設和交通委員會關于進一步加強本市民用建筑設備專業節能設計技術管理的通知》—滬建交〔2008〕828號；《江蘇省公共建筑用能計量設計規定》—蘇建科[2007]217號；蘇建科〔2007〕217號規定自2007年9月1日起，新建、改建和擴建單體2萬m2以上的公共建筑項目，在設計、施工圖審查時均應執行國家、省有關標準。在電氣部分明確規定：變電所各出線回路均應配置電能計量裝置" title="計量裝置">計量裝置，計量裝置應采用數字式電能表計，并根據建筑的類別和檔次，盡量配置通訊接口，以便于構成網絡，并設管理后臺。滬建交〔2008〕828號規定從2009年1月1日起，單體建筑面積大于2萬平方米的大型公共建筑、市（區）兩級國家機關辦公建筑、申請國家和本市的建筑節能示范項目，按照《技術導則》要求設置能耗監測系統。二OO八年六月二十四日，住房和城鄉建設部建科《關于印發國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統建設相關技術導則的通知》，即建科[2008]114號文件印發，通知要求各省、自治區建設廳，直轄市、計劃單列市建委（建設局）遵照執行。[2008]114號文件含以下附件：附件1：分項能耗數據采集技術導則附件2：分項能耗數據傳輸技術導則附件3：樓宇分項計量設計安裝技術導則附件4：數據中心建設與維護技術導則附件5：建設、驗收與運行管理規范
3.解讀技術導則
3.1建筑對象114號文件根據建筑的使用功能和用能特點，將國家機關辦公建筑和大型公共建筑分為8類。有辦公建筑、商場建筑、賓館飯店建筑、文化教育建筑、醫療衛生建筑、體育建筑、綜合建筑、其它建筑。其它建筑指除上述7種建筑類型外的國家機關辦公建筑和大型公共建筑。
3.2能耗數據采集指標
3.2.1分類能耗根據建筑用能類別，分類能耗數據采集指標為6項，包括：電量、水耗量、燃氣量(天然氣量或煤氣量)、集中供熱耗熱量、集中供冷耗冷量、其它能源應用量，如集中熱水供應量、煤、油、可再生能源等。
3.2.2電量分項能耗分類能耗中，電量應分為4項分項，包括照明插座用電、空調用電、動力用電和特殊用電。電量的4項分項是必分項。照明插座用電有：照明和插座用電、走廊和應急照明用電、室外景觀照明用電；空調用電有：冷熱站用電、空調末端用電；動力用電有：電梯用電、水泵用電、通風機用電；特殊用電有：信息中心、洗衣房、廚房餐廳、游泳池、健身房、其他特殊用電。
4.計量裝置
4.1計量裝置—進線回路電能計量應當合理設置分項計量回路。其分項計量系統應當采用電子式、精度等級為1.0級及以上（0.2、0.5、1.0級）的有功電能表。采用的普通電能表，應當由測量單元和數據處理單元等組成，并能顯示、儲存和輸出數據，具有標準通訊接口。在變壓器低壓側（AC230／400V）總進線處，應當設置多功能電能表，至少具有監測和計量三相電流" title="三相電流">三相電流、電壓、有功功率、功率因數、有功電能、最大需量、總諧波含量和2-21次各次諧波分量的功能。選用ACR320ELH電力儀表。該表功能有：全電量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；THDu、THDi、2—31次諧波分量；最大需量（I,P），四象限電能計量、復費率電能累計；電壓波峰系數、電話波形因子、電流K系數、電壓電流不平衡度；電網電壓電流正、負、零序分量測量；4DI+3DO、RS485接口、Modbus-RTU等功能。圖1ACR320ELH電表
4.2計量裝置—其他回路樓宇分項計量設計安裝技術導則“4設計規定”中4.2“應合理設置分項計量回路，以下回路應設置分項計量表" title="量表">量表計”：（1）變壓器低壓側出線回路；（2）單獨計量的外供電回路；（3）特殊區供電回路；（4）制冷機組主供電回路；（5）單獨供電的冷熱源系統附泵回路；（6）集中供電的分體空調回路；（7）照明插座主回路；（8）電梯回路；（9）其他應單獨計量的用電回路。圖2ACR220EL電表選用ACR120EL或ACR220EL電力儀表，該表功能有三相電流、電壓、功率、功率因數、電能測量，帶Rs485接口，Modbus協議等。
4.3計量裝置—終端電能累計
4.3.1針對宿舍、商鋪、病房等應計量到經濟核算單元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352電表；采用DDS1352單相電表，DIN35mm導軌安裝，寬度為1個模數" title="模數">模數（即寬為18mm），一次最大接入單相電流30A，精度1.0級。優點是尺寸小，價格低，但不能組網。采用DDSF1352單相電表，DIN35mm導軌安裝，寬度為4個模數，一次最大接入單相電流為80A，精度1.0級，帶RS485接口，Modbus協議或DL/T645規約，可組網。
4.3.2針對用電設施按照明與插座用電、動力用電、空調用電、特殊用電進行分項計量，對學校教室、醫療病房、賓館客房按樓層或功能分區計量時，可選用DTSF1352或ACR120EL電表。采用DTSF1352三相四線電表，DIN35mm導軌安裝，寬度為7個模數，可安裝在照明箱或動力箱中，一次最大接入三相電流80A，80A上可經電流互感器采集，精度0.5級，帶Modbus協議或DL/T645規約，可組網。圖3DDS1352電表
5.數據傳輸
5.1數據采集器數據采集器是在一個區域內進行電能或其它能耗信息采集的設備。它通過信道對其管轄的各類表計的信息進行采集、處理和存儲，并通過遠程信道與數據中心交換數據。
5.2數據中轉站為了減輕數據中心的服務器負載，優化網絡傳輸效率，設立數據中轉站。數據中轉站采集并緩存其管理區域內監測建筑的能耗數據，完整轉發給上一級數據中心。數據中轉站并不負責數據的加工和處理，也可不永久性存儲數據。
5.3數據中心數據中心采集并存儲其管理區域內監測建筑的能耗數據，并對本區域內的能耗數據進行處理、分析、展示和發布。數據中心一般設在部級、省（自治區、直轄市）級和監測建筑較多的城市，除部級外的數據中心應將各種分類匯總數據逐級上傳到部級數據中心。圖4
6.Acrel-5000系統結構
電能管理系統以計算機、通訊設備、計量單元為基本工具，為大型公共建筑的實時數據采集、遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測、控制設備構成復雜的監控系統。該系統主要采用分層分布式計算機網絡結構，分站控管理層、網絡通訊層和現場設備層。（如圖）圖57.Acrel-5000數據上傳模式圖68.Acrel-5000數據編碼規則圖7編碼后能耗數據由15位符號組成。若某一項目無須使用某編碼時，則用相應位數的“0”代替。例：北京第二外國語大學圖書館空調用電110100D10101B20110100:行政區劃代碼編碼，110100北京市市轄區D:建筑類別編碼，D文化教育建筑101：建筑識別碼，由建筑所在地的縣市建設行政主管部門統一規定，101圖書館北二外圖書館01：分類能耗編碼，01電B：分項能耗編碼，A照明插座用電，B空調用電，C動力用電，D特殊用電2：一級子項，2空調末端0：二級子項，0表示沒有該項9.Acrel-5000能耗數據處理建筑總能耗為建筑各分類能耗（除水耗量外）所折算的標準煤量之和；總用電量＝∑各變壓器總表直接計量值；分類能耗量＝∑各分類能耗計量表的直接計量值；分項用電量＝∑各分項用電計量表的直接計量值；單位建筑面積用電量＝總用電量/總建筑面積；單位空調面積用電量＝總用電量/總空調面積。分類能源與標準煤量轉換表序號能源類型標準煤量/各類能源量1電1229千克/萬千瓦時2燃氣（天然氣）12143千克/萬立方米3燃氣（焦爐煤氣）5714~6143千克/萬立方米4燃氣（其它煤氣）3570千克/萬立方米5集中供熱量1229千克/百萬千焦6煤0.7143千克/千克7液化石油氣1.7143千克/千克8汽油1.4714千克/千克9煤油1.4714千克/千克10柴油1.4571千克/千克10.Acrel-5000能耗數據展示數據中心接收并存儲其管理區域內監測建筑和數據中轉站上傳的數據，并對其管理區域內的能耗數據進行處理、分析、展示和發布。數據中心分為部級數據中心、省（自治區、直轄市）級數據中心和市級數據中心。市級和省（自治區、直轄市）級數據中心應將各種分類能耗匯總數據逐級上傳。部級數據中心對各省（自治區、直轄市）級數據中心上報的能耗數據進行分類匯總后形成國家級的分類能耗匯總數據，并發布全國和各省（自治區、直轄市）的能耗數據統計報表以及各種分類能耗匯總表。監測建筑數據展示應包括：（1）建筑的基本信息，能耗監測情況，能耗分類分項情況；（2）各監測支路的逐時原始讀數列表；（3）各監測支路的逐時、逐日、逐月、逐年能耗值（列表和圖）；（4）各類相關能耗指標圖、表；（5）單個建筑相關能耗指標與同類參考建筑（如標桿值、平均值等）的比較（列表和圖）。圖811.新技術的應用--基于zigbee無線抄表技術ZigBee是一種新興的短距離(100m--2000m)、低功耗、低數據速率(20k--250kbps)、低成本(相對于GPRS網絡的收費)、低復雜度的無線網絡技術。ZigBee技術在低功耗、低成本和組網能力方面具有無可比擬的應用優勢。圖9MESH網狀網絡拓撲結構的網絡具有強大的功能，網絡可以通過“多級跳”的方式來通信；該拓撲結構還可以組成極為復雜的網絡；網絡還具備自組織、自愈功能。Zigbee技術的電表遠程抄表系統圖10基于zigbee技術的遠程抄表省去了現場布置通訊線的麻煩，在節約成本的同時又減少了工程量，為有效實現電能集中管理大大提供了方便；采用mesh網狀網絡結構充分保證了數據傳輸的可靠性。Zigbee技術的抄表演示系統說明圖1112.典型項目Acrel-5000能耗監測和電能分項計量系統已在北京市人民政府辦公大樓、泰州市行政中心、大連期貨交易大廈、中國海洋大學體育館、上海世博會場館、浦東圖書館、上海浦東機場、大慶機場、廣州新電視臺、上海華為基地、華山醫院等重點工程中廣泛應用。