淺談能耗分項計量監測系統在某大型公建中的應用

摘要：伴隨著我國城市化進程的加快，建筑能耗所占商品能源消費量的比例居高不下，對國民經濟發展和人 民正常生活的影響日益突出，而國家機關辦公建筑和大型公共建筑的高能耗問題，已成為關乎社會經濟發展的大 問題，我國大型公共建筑節能工作勢在必行。本文通過Acrel-5000web建筑能耗分析系統 ,對青島地區某大型公共建筑進行實時能耗分項計量監測，為今后青島地區大型公共建筑的節能改造提 供基礎數據和相關依據，也為青島地區乃至全國建筑能耗分析及建筑行業相關節能標準的制訂提供參考。

 

關鍵詞：大型公共建筑；建筑節能；分項計量；能耗監測；節能診斷

 

 

       我國大型公共建筑雖然數量不多.但由于電耗指標高，其在民用建筑總能耗中占比有很大。對全國而言，分布在北京、上海、廣州、深圳等主要大城市的大型公共建筑總量約為5億m2,不足全國城鎮建 ,筑總面積的百分之四，但卻消耗民用建筑總用電量的百分之三十以上。建設部與財政部聯合下發了《關于加強國家機關辦公建筑和大型公共建筑節能管理工作的實施意見》，提出到"十一五"期末，將國家機關辦公建筑和大型公共建筑總能耗下降百分之二十,節約1000-1500 萬噸標煤。因此做好國家機關辦公建筑和大型公共建 筑的節能管理工作，對實現建筑節能目標具有重要意義。

       本文通過大型公建能耗分項計量實時監測分析系統Acrel-5000web，對青島地區某大型公共建筑進行長期實時的能耗分項計量監測，并對測試數據進行處理與分析，發現建筑中存在的用能問題，給大型公建的節能改造提供依據和幫助。

 

 

       Acrel-5000web建筑能耗分析系統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，根據現場實際情況采用現場總線、光纖環網或無線通訊中的一種或多種結合的組網方式，為大型公共建筑的實時數據采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測設備構成任意復雜的監控系統。網絡化、單元化、組態化的采用面向對象的分層、分級、分布式智能一體化結構。建立如下層次結構：

圖1 Acrel-5000web系統軟硬件平臺架構

 

       該系統分為數據采集子系統、數據處理子系統、 數據分析展示子系統三大核心部分，另外還有信息維護、數據上報、系統監測等幾個子系統。

       數據采集子系統利用安裝在現場的具有數字通 信接口的電計量表和超聲波冷熱量表采集數據，并由 數據采集器匯總接收，通過網關由路由器連接到互聯網，將數據遠程傳輸回數據中心服務器。數據處理子系統負責校驗、解析接收到的原始數 據，并根據能耗模型拆分計算得到分類分項數據。

       數據分析展示子系統將經過數據處理后的分類 分項能耗數據進行分析、匯總和整合，一方面通過靜 態或者動態的圖表方式將能耗數據展示出來，另一方 面能夠提供針對第三方的數據接入服務和數據發布服務。建筑用戶及節能管理部門均可憑密匙在網上查詢的數據，得到基本的分析報告，發現建筑的用能問題。

 

二、建筑用能評價分析指標

 

       統計學中，"指標"或"指數"(index)通常是 指一種對比性的量化分析指標.可以運用"指標"或 "指數"定量地考察社會經濟活動中的各種問題。本 文中，提出了一系列用于考察大型公共建筑用能狀況的指標，這些指標可以反映大型公共建筑能源消耗方方面面、具體共性的特點，具有可比性。本文主要采用單位服務量能耗指標。所謂單位服務量能耗指標，就是將建筑中各分項能耗除以其承擔的某種服務量，如面積，人數等。

       對于大型公共建筑，由于青島地區目前還尚無大 型公共建筑能源消耗基本數據，故可采用北京地區各單位服務量能耗指標的限值作為本次測試的參考如表1。

表1北京市各類大型公共建筑單位服務量能耗指標限值(kW-h/ (m2-a))

 

三、建筑基本信息及裝表方案

 

       該建筑為青島市某綜合性辦公樓，建筑采用框架結構玻璃幕墻，主立面朝南，建筑高度為90 m, 地上19層，地下2層，標準層層高3.2 m,總體建 筑面積33000 m2.空調面積15000 m2,車庫面積約1600 m2,辦公人員約600人。其中地下二層為設 備層和車庫，地下一層為廚房和餐廳，地上一層、二 層、三層主要為大廳，會議室等。四層到十九層為標準層，主要為辦公室。工作人員上下班時 間為9： 00~17： 30,每周工作5天。

       該建筑采用集中式冷熱源，夏季由2臺離心式 制冷機組提供冷量，冬季采用殼管式換熱器與市熱 電公司蒸汽進行換熱提供熱量.利用采暖泵進行熱 水循環，冬夏季末端均采用風機盤管。樓內共有6部 電梯，其中4部客梯，2部消防梯。廚房蒸飯采用蒸 汽，設有冷庫1處.多臺冰柜。樓內有生活熱水(包 括餐廳熱水及浴室用水)。大樓每層在東西兩端各設有 1臺電開水器供給飲用熱水。

       該辦公樓地下二層設10/0.4 kV變配電所，2臺變壓器，17個配電柜。為清晰了解該建筑的配電系統構 成,根據現場調研結果和原建筑的配電系統圖紙進行了配電系統圖的繪制.綜合考慮是否具備裝表條件. 原支路是否已有其他電表.可否進行數據的遠傳等條 件，確定分項計量的裝表方案，將日常使用較多,功率較大的用電設備安裝電計量表，共計裝表36路。

 

 

       本文以一年為單位分析該建筑的用電情況，圖 2為該建筑2008年4月~2009年3月的各設備用 電圖，可以看出該建筑制冷季的7、8月份用電量多，處于過渡季的4、5、10、11月份用電量較少。由于青島地區屬海洋性氣候，7、8月份氣溫高，室內冷濕負荷較高，空調系統用電也較多，故整個建筑的用電量也很多；而4、5. 10. 11月份青島氣候宜人，溫濕度適宜，室內空調系統不運行，整個建筑用電量較少。進入12月份后氣溫降低，室內采暖系統開始運行，電耗也隨之上升。

       因此下面分別對制冷季，過渡季，供暖季該建 筑中不同性質的設備用電進行分項統計，見圖3~圖 5。本文中制冷季為6月22日~9月30日，采暖季為11月15 H-次年4月5日，其余為過渡季。

圖2建筑各設備分項用電圖

 

圖3制冷季不同性質設備用電比例

 

圖4過渡季不同性質設備用電比例

 

       圖3為制冷季不同性質設備用電比例。該段時間 建筑總用電為58.2萬kW-h,空調系統(包括制冷機 組.冷凍泵,冷卻泵，冷卻塔，風機盤管等設備，下文同)用電24.6萬kW h,占總建筑用電的百分之四十三。照 明插座(主要包括公共應急照明，夜景照明及辦公室 內照明、插座設備，下文同)用電14.2萬kW-h,占總 建筑用電的百分之二十四。由于該建筑為綜合性辦公建筑，主要是辦公，故除空調系統用電外照明插座所占 比例較大。

       圖4為過渡季不同性質設備用電比例圖。該段時 間建筑總用電為38.3萬kW h,照明插座用電16.6萬 kW-h,占總建筑用電的百分之四十四?？照{系統用電為0.9萬 kW-h,占總用電量的百分之二。由于青島地區10月份初期天氣還較熱，空調系統可能會根據天氣情況在中午（圖5）采暖季不同性質設備用電比例。

       圖5為供暖季不同性質設備用電比例圖。該段時 間建筑總用電為52.6萬kW h,照明插座用電16.6萬 kW-h,較熱時運行一段時間，故在過渡季仍有用電量。占總建筑用電的百分之三十六。空調系統中制冷機組仍有3547 kW h的用電，占總用電量的百分之一。采暖泵及 風機盤管用電為7.26萬kW-h,占總用電量的百分之十四，制冷機組在供暖季仍有百分之一的電耗，經現場診斷這是由于在冬季為了使潤渭油保持一定的溫度,冷機停機 但不斷電，控制柜及潤滑油加熱器系統耗電造成。而冷機只需在開機前提前24 h預熱即可，因此在非制冷 季冷機可斷電。

 

 

       為了綜合評價該建筑的用電情況.同時便于同類 建筑之間的橫向比較，下面運用建筑用電評價指標， 分析該建筑各用電設備用電量，結果見表2。

表2該建筑各分項設備單位面積年用電量

 

 

       通過表2可以看出該辦公樓單位面積建筑總用電量47.62 kW-h/(m2a),文獻[3]中的能耗調查結果顯示，北京市機關辦公樓單位面積電耗在40-150 kW h/(m2a)之間.文獻[2]建議北京地區辦公樓單位面積建筑總用電量指標限值為75 kW-h/(m2a)(表1)?？梢姳巨k公樓總體能耗不是很高。

       由于照明、插座一般混用同一線路，因此對照 明、插座進行整體分析。由表2可以看出該建筑照明 插座的單位面積用電量為15.24 kW-h/(m2a),而北 京地區的照明和插座設備單位面積用電量之和為37 kW-h/(m2a)。該建筑照明插座能耗較低的原因可能 為該建筑人員密度較小，每間辦公室面積為20~30 m2,辦公人員一般為2~4名，插座設備也較少，部分辦公室甚至只有照明燈具和風機盤管，且整個建筑 的能耗也較低。

       電梯單位面積用電量為1.94 kW?h/(m2a)。亦低于北京地區的電梯3.0 kW-h/(m2a)的單位面積用電量。而電開水器、廚房、給排水等設備用電目前還沒有明確的能耗指標，且這些設備的用電量也因建筑的功能不同而有所差異。

       本建筑中，空調系統單位面積年用電量為17.26 kW h/(m2a)，供暖系統單位面積年用電量為4.85 kW-h/(m2a),則暖通空調單位面積年用電量為22.11 kW-h/(m2a),低于北京地區的單位面積暖通空調用電指標限值26 kW-h/(m2a)(表1)。由于青島地處黃 海之濱，受海洋氣候的影響十分明顯，空氣濕潤，溫度適中，四季分明。年平均氣溫為12.3，C,日平均氣 溫高于30°C的炎熱天氣很少出現，所以青島沒有酷暑，冬季雖然風大氣溫低，持續時間較長。但無嚴寒；而北京地區為典型的暖溫帶半濕潤性季風氣候，夏季炎熱多雨.除山區外平原地區各月平均溫度 都在24°C以上，冬季寒冷漫長，長達5個月，有3個月(12~2月)平均氣溫低于0°C。故青島地區的暖通空調單位面積用電量必然低于北京地區。

       通過上述的分析可知該建筑能耗指標多低于北京地區的同類建筑，但并不能就說明該建筑的節能工 作做得很好，畢竟青島地區的能耗利用情況不同于北京地區，北京地區的能耗指標在青島地區并不一定適 用。

       因此對該建筑的用電系統進行分析診斷，通過對測試數據的詳細分析，發現該建筑存在的主要問題有：(1)照明插座，風機盤管、公共應急照明存在夜 間不關等人為浪費現象；(2)空調系統"大流量、小溫差"現象嚴重，制冷機組和循環泵選型過大.以 致空調系統的能效比較低；造成電能的大量浪費等； (3)電開水器實際供應熱水量遠大于實際需要量。可見該建筑存在較大的節能潛力。

 

 

1.概述

        Acrel-5000web建筑能耗分析系統是用戶端能源管理分析系統，在電能管理系統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節約能源，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關規定實施能源計算，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，并向縣級以上管理節能工作的部門報送能源計算報告。

2.應用場所

       適用于公共建筑、集團公司、工業園區、大型物業、學校、醫院、企業等不同行業的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。

 

 

1.系統概況

       平臺運行狀態，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時、逐月曲線，當日，當月能耗同比分析滾動顯示。

2.用能概況

       對建筑、部門、區域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統計對比、總能耗 同環比對比。

 

3.用能統計

        對建筑、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類能源用能進行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建筑數據進行生成柱狀圖。

 

4.復費率統計

       復費率報表按日、月、年統計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

 

5.同比分析

       對建筑、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進行用能數據同比分析。

 

6.能源流向圖

       能源流向圖展示單棟建筑某一時段內各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標值查看。

 

7.夜間能耗分析

        夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在某一時段工作時間與非工作時間用能統計對比，支持導出報表。

 

 

8.設備管理

       設備管理包括，設備類型、設備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設備，確保設備的運行。

 

9.用戶報告

       用戶報告針對選定的建筑自動統計各能源的月使用的同環比趨勢，并提供簡單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的復費率用能分析，報告可編輯。

 

 

八、系統硬件配置

 

       本文通過對周期為一年的測試數據的分析與處理。得岀該大型公共建筑目前的用電現狀，主要有：該建筑處于制冷季的7. 8月份用電量多， 過渡季用電量少。制冷季空調系統占該時期總建筑 用電的百分之四十三。照明插座占總建筑用電的百分之二十四；過渡季照明插座占該時期總建筑用電的百分之四十四.空調系統占 總建筑用電量的百分之二；供暖季照明插座用電占該時期總建筑用電的百分之三十六。采暖泵及風機盤管用電占總用電量的百分之十四。

       通過分析該建筑的用電評價指標，雖然該建筑的各分項能耗指標多低于北京地區同類建筑的能耗，但仍存在諸多的用電浪費現象，該建筑仍有較大的節能潛力，應通過加強工作人員的行為節能.調整設備運行管理制度，并對部分用電設備采取相應的技術改進措施等對該建筑進行一定的節能改造，降低其在使用過程中的能耗。

       建筑節能是一項長期的工作，是不斷完善，不斷前進的過程，因此應對建筑用能系統進行長期不間斷 監測，完善積累測試數據.不斷的發現建筑的用能問題，并進行相應的節能改造，以降低建筑物的使用能耗。同時可對青島地區其他典型公共建筑進行測試。為青島地區建筑定額用能的制定提供參考。

 

參考文獻：

[1]江億.我國建筑節能的實現途徑[J].暖通空調,2005, 35(5).

[2]清華大學.大型公建能耗分項計量實時監測分析系統EMS-II研究 報告與實施指南.清華大學建筑節能研究中心.2008.12

[3]江億，薛志峰.公共建筑節能[M].中國建筑工業出版社，2007.

[4]李毅,生曉燕，趙云峰,黃錦,孫旺先,孫翔.青島市某大型公建能耗分項計量監測及能耗指標分析

[5]安科瑞企業微電網設計與應用手冊. 2022.05版

       任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為建筑能耗系統的設計與應用。