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能源管理在铁路站房弱电系统中的应用


摘要:本文阐述了铁路站房能源管理现状,对铁路站房能源管理的典型应用进行了说明。同时根据能源管理系统与铁路站房弱电各子系统的关系,给出了铁路站房能源管理的改进方向和实施步骤,对新的铁路站房能源管理项目建设给出一些建议。

关键词:能源管理、弱电系统、系统联动、图形系统

作者:周有娣/张启蒙

引言

建筑能耗在总能耗中的比例,反映了一个国家或地区的经济发展水平和生活质量。目前主要发达国家的建筑能耗均已占社会总能耗的1/3左右。我国建筑能耗比例虽然不及发达国家,但由于建筑市场的飞速发展建筑能耗占总能耗比例逐年上升。

随着国内高速铁路和客运专线铁路建设的快速发展.新建站房和既有站房已达5000余座新建站房弱电系统较为完善,而既有铁路站房由于建设较早机电设备基本没有实施监控水、电汽等能耗处于人工管理状态。即便是实施机电设备监控的新建铁路站其能源管理也仅仅处于能源管理监视阶段,不能根据同类型站房的能耗管理模型进行管理监控。为了适应当今社会环保型经济发展需要铁路站房的能源集约型管理势在必行。

1.铁路站房能源管理现状

1.1能源管理政策导向和用户需求

政策导向:世界能源需求的不断攀升和资源的日益枯竭,迫使各国将能源的管理上升至国家战略。目前全国铁路站房约5000座,仅计算夏季降温和冬季取暖的费用就十分巨大。

用户需求:我国约90%以上的大型公共建筑是典型的耗(电)能大户,在能源需求日趋紧张的情况下,采用多种手段实现建筑节能是必然的选择。如何进行建筑能耗量化管理以及效果评估,降低建筑运行过程中所消耗的能量(包括空调、照明、采暖、电梯以及办公设备等的能耗)从而降低运行成本.成为铁路站房运营最为关注的问题。

1.2能源管理技术应用

铁路站房弱电系统由站房机电设备监控系统(BAS)、火灾报警系统(FAS)等系统构成。对铁路站房水、电、汽、暖进行直接监控的机电设备监控系统(BAS)无疑起到了巨大作用,主要体现在以下几个方面:

1)中央空调、通风系统控制

铁路站房BA系统通过现场智能控制器、现场传感器、执行机构实现站内通风空调系统设备、冷热源监控和管理,确保设备处于高效、可靠、节能的运行状态创造一个舒适环境。同时火灾等灾害事故状态下接受火灾自动报警系统的火灾模式指令对防排烟系统及正常模式下通风系统合用的设备进行合理控制,充分发挥各种设备应有的作用保证人员安全和设备的正常运行。

2)照明系统控制

铁路站房BA系统的照明管理子系统通过现场照明控制模块、照度传感器和面板实现站房照明控制。完成照明就地手动控制和远程遥控时间表控制,即:按照时间表及候车大厅客流量变化规律进行分时段控制,有单独的节假日、春运控制时间表;光照度辅助控制即根据环境照度自动控制照明系统开关。照明管理子系统在一定程度上起到能源管理的作用。

3)低压配电监控

铁路站房BA系统的低压配电监控模块可实现站房低压配电室各供电回路的电压、电流、电能采集、开关和变压器状态监测。系统能够按照需要提供日、周、月、年报表,方便站房的用电管理和统计。

4)电梯、扶梯监控

铁路站房BA系统可实时监控电梯扶梯运行工况.为管理人员提供直观的管理界面。

5)用水用汽监控

铁路站房BA系统可对市政供水、自采水井、市政供暖进行监控提供日、周、月、年报表,方便站房的用水、用汽管理和统计。

1.3当前铁路站房能源管理技术的局限

尽管从政策导向、运营需求和目前技术应用都使得站房的能源管理成为普遍关心的问题。但是,当前站房BA系统对水、电、汽的管理仅仅停留在监视阶段,系统尽可记录各项能源用量,并提供相关报表。可以按照时间段(或季节)、设备类型、区域查询水、电、汽用量。虽然数据较完备,查询方便,但除了光照度辅助控制,BA系统较少主动参与能源管理,其局限主要体现在:

1)不同地域、不同季节和不同客流的站房其能耗模式不同站房能源管理复杂多样,无法用简单的、单一的能源管理模式进行管理。

2)站房BA系统与客服系统的数据共享基本没有无法根据列车进出站、旅客候车区域人员密度和办公区域使用自动控制照明、空调系统。

3)能源管理主要侧重于机电设备能耗的监测和统计,不能根据既有数据模型给出合理的能耗曲线以方便人工或自动实施能耗管理和能耗决策实施。

1.4铁路站房能源管理的技术改进

从当前铁路站房能源管理技术的局限不难看出,要想进一步将铁路站房能源管理落到实处,变粗狂型管理为集约型管理模式必须要从以下几个方面进行能源管理系统的技术改进。

1)建立健全铁路站房能源消耗模型j

2)加强铁路BA系统与其他弱电系统的数据交换和联动:

3)建立一套切实可行的能源管理系统,对铁路站房进行集约型能源管理。

2.铁路站房能源消耗模型的建立

由于我国幅员辽阔,南北气候差异较大,建立健全铁路站房能耗模型对站房进行区域性管理是十分必要的。

2.1典型站点的选择

在典型站点的选择上,我们可从站点规模、地理位置、站房结构三个方面进行选择。

站点规模划分:特大型、大型、中型和小型四类站房:

地理位置划分:广东广西沿海长江中下游、西南、华北华东北部中原、东北、西北、新疆、西藏:

站房结构:地上站、地下站。

根据站点规模、地理位置、站房结构选取典型铁路站房进行能源管理的研究性工作,为日后全面推开能源管理奠定基础。

2.2利用BA系统进行能耗统计

确定了典型站房,就可以开展能耗统计工作。从水、电、汽三方面入手,通过各典型站房既有BA系统进行能耗统计。

统计过程需要将水、电、汽进行区域和功能性分类统计。区域性统计需要进行大区域(如:地下层站台层、高架层、商业夹层等)、功能区域(如:候车区、办公区、商业区)等分类。功能性分类包括:通风空调、照明等。

统计过程需同步记录客流量、季节气候参量、站房占用空置情况等。

数据库设计需要按区域功能进行分类查询和汇总,以方便数据模型的建立。

2.3分析能耗构成和占比分类

在建立典型站房的能源消耗模型后,可分析各模型中能耗占比并进行比对分析周期性客流、季节气候、站房面积的能耗占比和单位面积或单位客流能耗。

聘请专家召开专题会议,对各项数据分析比对,确定各时间段的计划能耗和对应策略(包括照明、站房区域空置及空调温度等)。

3.弱电子系统间数据交换和联动

铁路站房弱电系统是由BA系统、FA系统、客运(票务和旅服)系统等多个系统构成的。车次到达、候车区域监控等信息均需要各子系统提供信息,才能为铁路站房能源管理系统提供数据。

3.1影响能源管理的弱电子系统

确定站房弱电各子系统与能源管理之间的关系是深化集约型管理的关键能源管理系统可获取的数据包括:

1)可从旅客服务信息系统集成管理平台获取列车到发信息;

2)能源管理系统可以从票务系统获得列车运行图信息.客流疏导的基础信息(车站进出站客流信息、售票信息等)及票务信息。

3.2建立联动模式

1)列车到发站信息联动对象

a.站台雨棚照明按照到发站信息控制照明灯开启数量。

b.电扶梯、旅客疏散通道按照到发站信息控制照明灯开启数量。

2)客流票务信息联动对象:

a.根据客流信息确定候车室使用方案,以利于能源管理系统的节能预案制定。

b.建立客流与能源消耗(空调、生活用水)的关系模型。

3)办公安全检测信息联动对象:

a.根据办公区域人员空置情况进行照明、空调控制。

b.根据办公时间段进行照明、空调控制。

4)铁路站房能源管理系统的建设。

4.系统功能

铁路站房能源管理系统就是将车站所管辖的变配电、照明、电梯、空调、供热及给排水等能源使用情况,实行集中监视、管理和分散控制的管理与控制系统是实现建筑能耗在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。它由各计量装置、数据采集器和能耗数据管理软件系统组成。系统通过实时的在线监控和分析管理实现以下效果:

1)对设备能耗情况进行监视提高整体管理水平;

2)找出低效率运转的设备;

3)找出能源消耗异常;

4)降低峰值用电水平。

4.1系统分析

能源管理系统主要由两部分组成节能控制和能源管理。

1)节能控制

节能控制是能源管理系统的基础负责现场能源数据采集并输出控制最终实现节能降耗的目标;节能控制的实现通常由建筑物内的诸多自动化子系统实现,包括BAS、智能照明系统光伏风电子系统、中央空调系统、环境监测系统等。

2)能源管理

能源管理是整个系统的数据管理中心负责弱电各子系统能源数据和功能需求的收集、统计、计算、分析和处理,为用户提供能源分析报告,并形成节能预案,建立节能控制的依据。如图1所示。

图1能源管理系统功能图

能源管理系统需具有良好的开放性既可以与站房BA系统有机融为一体,也可以与旅服、票务等系统进行对接实现数据交换和联动功能。

4.2系统结构

能源管理系统宜采用分层分布式结构系统自上而下共分3层即监控管理层通信层和现场设备层 。如图2。

图2铁路站房能源管理系统结构

1)监控管理层

为现场操作 、管理人员提供充足的信息(全楼供用电电能质量各子系统运行状态及用电等信息)制定能量优化策略优化设备运行 ,通过联动控制实现节能控制和能效管理提高经济效益及环境效益。

如果需要 ,可以将系统数据转发至上级监控管理中心直至局(省)部一 级,在更大范围内做好能量的管理。

2)通信层

通过现有的各种技术手段把电能量接入系统 。

常用的方式有a)通过光纤组成环型自愈以太网 ,b)采用现场总线技术组网 ,如RS- 485.LonWorks等c)使用无线传输d)采用GPRS/3G通信网络e)使用既有电信网络Internet等。

具体实施要根据实际情况既可以选择单一 组网方式也可以多种方式混合使用。

3)现场设备层

现场设备负责采集各种能量数据主要包括以下设备:

(1)分布于各个子系统中的智能能量表(电表水表冷热量表气表等)高低压配电柜中的测控保护装置智能仪表。

(2)各种建筑物自动化子系统:如BAS系统、智能空调系统、SCADA系统光伏系统等。

现场设备在建筑物内组成物联网与监控层通信完成数据交换.常用的通信规约有IEC 870-5-101 / 104, Mod bus BACnet Lon Works, OPC等。

4)与其他弱电子系统的数据交互

系统方便与其他弱电子系统进行数据交换以实现能源管理分析和联动功能 ,系统间需设置网络硬件隔离墙确保旅服票务系统与能源管理系统的数据单向传输。

5.结束语

建设一套完善的铁路站房能源管理系统是未来新建和改造铁路站房时需要考虑的它完全符合当今国家对环境保护的要求也将大大降低站房运营费用 ,建设过程中需着重考虑能源管理系统与弱电各子系统的关系和数据交互 ,同时做好初期能耗分析。只有如此,能源管理系统才能实现真正意义上的能源管理和能源控制两方面功能,使能源管理变粗狂型管理为集约型管理 。


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