程志芳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：伴隨著我國城市化進(jìn)程的加快，建筑能耗所占商品能源消費(fèi)量的比例居高不下，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人 民正常生活的影響日益突出，而國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑的高能耗問題，已成為關(guān)乎社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大 問題，我國大型公共建筑節(jié)能工作勢(shì)在必行。本文通過Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng) ,對(duì)青島地區(qū)某大型公共建筑進(jìn)行實(shí)時(shí)能耗分項(xiàng)計(jì)量監(jiān)測(cè)，為今后青島地區(qū)大型公共建筑的節(jié)能改造提 供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和相關(guān)依據(jù)，也為青島地區(qū)乃至全國建筑能耗分析及建筑行業(yè)相關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的制訂提供參考。
關(guān)鍵詞：大型公共建筑；建筑節(jié)能；分項(xiàng)計(jì)量；能耗監(jiān)測(cè)；節(jié)能診斷
引言
我國大型公共建筑雖然數(shù)量不多.但由于電耗指標(biāo)高，其在民用建筑總能耗中占比有很大。對(duì)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(zhèn)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(shè)部與財(cái)政部聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實(shí)施意見》，提出到"十一五"期末，將國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑總能耗下降百分之二十,節(jié)約1000-1500 萬噸標(biāo)煤。因此做好國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建 筑的節(jié)能管理工作，對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能目標(biāo)具有重要意義。
本文通過大型公建能耗分項(xiàng)計(jì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)Acrel-5000web，對(duì)青島地區(qū)某大型公共建筑進(jìn)行長期實(shí)時(shí)的能耗分項(xiàng)計(jì)量監(jiān)測(cè)，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，發(fā)現(xiàn)建筑中存在的用能問題，給大型公建的節(jié)能改造提供依據(jù)和幫助。
一、大型公建能耗分項(xiàng)計(jì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)Acrel-5000web
Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用現(xiàn)場(chǎng)總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無線通訊中的一種或多種結(jié)合的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱印⒎旨?jí)、分布式智能一體化結(jié)構(gòu)。建立如下層次結(jié)構(gòu)：
圖1 Acrel-5000web系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)架構(gòu)
該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)分析展示子系統(tǒng)三大核心部分，另外還有信息維護(hù)、數(shù)據(jù)上報(bào)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等幾個(gè)子系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)利用安裝在現(xiàn)場(chǎng)的具有數(shù)字通 信接口的電計(jì)量表和超聲波冷熱量表采集數(shù)據(jù)，并由 數(shù)據(jù)采集器匯總接收，通過網(wǎng)關(guān)由路由器連接到互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸回?cái)?shù)據(jù)中心服務(wù)器。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)校驗(yàn)、解析接收到的原始數(shù) 據(jù)，并根據(jù)能耗模型拆分計(jì)算得到分類分項(xiàng)數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)分析展示子系統(tǒng)將經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后的分類 分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、匯總和整合，一方面通過靜 態(tài)或者動(dòng)態(tài)的圖表方式將能耗數(shù)據(jù)展示出來，另一方 面能夠提供針對(duì)第三方的數(shù)據(jù)接入服務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)。建筑用戶及節(jié)能管理部門均可憑密匙在網(wǎng)上查詢的數(shù)據(jù)，得到基本的分析報(bào)告，發(fā)現(xiàn)建筑的用能問題。
二、建筑用能評(píng)價(jià)分析指標(biāo)
統(tǒng)計(jì)學(xué)中，"指標(biāo)"或"指數(shù)"(index)通常是 指一種對(duì)比性的量化分析指標(biāo).可以運(yùn)用”指標(biāo)"或 "指數(shù)"定量地考察社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(biāo)，這些指標(biāo)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(diǎn)，具有可比性。本文主要采用單位服務(wù)量能耗指標(biāo)。所謂單位服務(wù)量能耗指標(biāo)，就是將建筑中各分項(xiàng)能耗除以其承擔(dān)的某種服務(wù)量，如面積，人數(shù)等。
對(duì)于大型公共建筑，由于青島地區(qū)目前還尚無大 型公共建筑能源消耗基本數(shù)據(jù)，故可采用北京地區(qū)各單位服務(wù)量能耗指標(biāo)的限值作為本次測(cè)試的參考如表1。
表1北京市各類大型公共建筑單位服務(wù)量能耗指標(biāo)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(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)層層高3.2 m,總體建 筑面積33000 m².空調(diào)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(shè) 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(huì)議室等。四層到十九層為標(biāo)準(zhǔn)層，主要為辦公室。工作人員上下班時(shí) 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(tái)離心式 制冷機(jī)組提供冷量，冬季采用殼管式換熱器與市熱 電公司蒸汽進(jìn)行換熱提供熱量.利用采暖泵進(jìn)行熱 水循環(huán)，冬夏季末端均采用風(fēng)機(jī)盤管。樓內(nèi)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(shè)有冷庫1處.多臺(tái)冰柜。樓內(nèi)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(shè)有 1臺(tái)電開水器供給飲用熱水。
該辦公樓地下二層設(shè)10/0.4 kV變配電所，2臺(tái)變壓器，17個(gè)配電柜。為清晰了解該建筑的配電系統(tǒng)構(gòu) 成,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果和原建筑的配電系統(tǒng)圖紙進(jìn)行了配電系統(tǒng)圖的繪制.綜合考慮是否具備裝表?xiàng)l件. 原支路是否已有其他電表.可否進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳等條 件，確定分項(xiàng)計(jì)量的裝表方案，將日常使用較多,功率較大的用電設(shè)備安裝電計(jì)量表，共計(jì)裝表36路。
四、建筑用電分項(xiàng)計(jì)量監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析
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(shè)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(qū)屬海洋性氣候，7、8月份氣溫高，室內(nèi)冷濕負(fù)荷較高，空調(diào)系統(tǒng)用電也較多，故整個(gè)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(nèi)空調(diào)系統(tǒng)不運(yùn)行，整個(gè)建筑用電量較少。進(jìn)入12月份后氣溫降低，室內(nèi)采暖系統(tǒng)開始運(yùn)行，電耗也隨之上升。
因此下面分別對(duì)制冷季，過渡季，供暖季該建 筑中不同性質(zhì)的設(shè)備用電進(jìn)行分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，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(shè)備分項(xiàng)用電圖
圖3制冷季不同性質(zhì)設(shè)備用電比例
圖4過渡季不同性質(zhì)設(shè)備用電比例
圖3為制冷季不同性質(zhì)設(shè)備用電比例。該段時(shí)間 建筑總用電為58.2萬kW-h,空調(diào)系統(tǒng)(包括制冷機(jī) 組.冷凍泵,冷卻泵，冷卻塔，風(fēng)機(jī)盤管等設(shè)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(yīng)急照明，夜景照明及辦公室 內(nèi)照明、插座設(shè)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(diào)系統(tǒng)用電外照明插座所占 比例較大。
圖4為過渡季不同性質(zhì)設(shè)備用電比例圖。該段時(shí) 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。空調(diào)系統(tǒng)用電為0.9萬 kW-h,占總用電量的百分之二。由于青島地區(qū)10月份初期天氣還較熱，空調(diào)系統(tǒng)可能會(huì)根據(jù)天氣情況在中午(圖5)采暖季不同性質(zhì)設(shè)備用電比例。
圖5為供暖季不同性質(zhì)設(shè)備用電比例圖。該段時(shí) 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(shí)運(yùn)行一段時(shí)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(diào)系統(tǒng)中制冷機(jī)組仍有3547 kW h的用電，占總用電量的百分之一。采暖泵及 風(fēng)機(jī)盤管用電為7.26萬kW-h,占總用電量的百分之十四，制冷機(jī)組在供暖季仍有百分之一的電耗，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)診斷這是由于在冬季為了使?jié)櫸加捅３忠欢ǖ臏囟?冷機(jī)停機(jī) 但不斷電，控制柜及潤滑油加熱器系統(tǒng)耗電造成。而冷機(jī)只需在開機(jī)前提前24 h預(yù)熱即可，因此在非制冷 季冷機(jī)可斷電。
五、建筑各設(shè)備單位面積年用電能耗指標(biāo)分析
為了綜合評(píng)價(jià)該建筑的用電情況.同時(shí)便于同類 建筑之間的橫向比較，下面運(yùn)用建筑用電評(píng)價(jià)指標(biāo)， 分析該建筑各用電設(shè)備用電量，結(jié)果見表2。
表2該建筑各分項(xiàng)設(shè)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(xiàn)[3]中的能耗調(diào)查結(jié)果顯示，北京市機(jī)關(guān)辦公樓單位面積電耗在40-150 kW h/(m²a)之間.文獻(xiàn)[2]建議北京地區(qū)辦公樓單位面積建筑總用電量指標(biāo)限值為75 kW-h/(m²a)(表1)。可見本辦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(duì)照 明、插座進(jìn)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(qū)的照明和插座設(shè)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(shè)備也較少，部分辦公室甚至只有照明燈具和風(fēng)機(jī)盤管，且整個(gè)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(qū)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(shè)備用電目前還沒有明確的能耗指標(biāo)，且這些設(shè)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(diào)系統(tǒng)單位面積年用電量為17.26 kW h/(m²a)，供暖系統(tǒng)單位面積年用電量為4.85 kW-h/(m²a),則暖通空調(diào)單位面積年用電量為22.11 kW-h/(m²a),低于北京地區(qū)的單位面積暖通空調(diào)用電指標(biāo)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(xiàn)，所以青島沒有酷暑，冬季雖然風(fēng)大氣溫低，持續(xù)時(shí)間較長。但無嚴(yán)寒；而北京地區(qū)為典型的暖溫帶半濕潤性季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨.除山區(qū)外平原地區(qū)各月平均溫度 都在24°C以上，冬季寒冷漫長，長達(dá)5個(gè)月，有3個(gè)月(12~2月)平均氣溫低于0°C。故青島地區(qū)的暖通空調(diào)單位面積用電量必然低于北京地區(qū)。
通過上述的分析可知該建筑能耗指標(biāo)多低于北京地區(qū)的同類建筑，但并不能就說明該建筑的節(jié)能工 作做得很好，畢竟青島地區(qū)的能耗利用情況不同于北京地區(qū)，北京地區(qū)的能耗指標(biāo)在青島地區(qū)并不一定適 用。
因此對(duì)該建筑的用電系統(tǒng)進(jìn)行分析診斷，通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)該建筑存在的主要問題有：(1)照明插座，風(fēng)機(jī)盤管、公共應(yīng)急照明存在夜 間不關(guān)等人為浪費(fèi)現(xiàn)象；(2)空調(diào)系統(tǒng)"大流量、小溫差”現(xiàn)象嚴(yán)重，制冷機(jī)組和循環(huán)泵選型過大.以 致空調(diào)系統(tǒng)的能效比較低；造成電能的大量浪費(fèi)等； (3)電開水器實(shí)際供應(yīng)熱水量遠(yuǎn)大于實(shí)際需要量。可見該建筑存在較大的節(jié)能潛力。
六、建筑能耗分析系統(tǒng)
1.概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對(duì)水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對(duì)用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)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(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源計(jì)算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實(shí)可行的節(jié)能措施，并向縣級(jí)以上管理節(jié)能工作的部門報(bào)送能源計(jì)算報(bào)告。
2.應(yīng)用場(chǎng)所
適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測(cè)與管理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。
七、系統(tǒng)功能
1.系統(tǒng)概況
平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。
2.用能概況
對(duì)建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項(xiàng)等用能進(jìn)行對(duì)比，支持當(dāng)日逐時(shí)趨勢(shì)、當(dāng)月逐日趨勢(shì)曲線、分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)對(duì)比、總能耗 同環(huán)比對(duì)比。
3.用能統(tǒng)計(jì)
對(duì)建筑、區(qū)域、分項(xiàng)、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報(bào)表的形式統(tǒng)計(jì)對(duì)分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，支持報(bào)表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。
4.復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)
復(fù)費(fèi)率報(bào)表按日、月、年統(tǒng)計(jì)對(duì)單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。
5.同比分析
對(duì)建筑、分項(xiàng)、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報(bào)表結(jié)合的方式進(jìn)行用能數(shù)據(jù)同比分析。
6.能源流向圖
能源流向圖展示單棟建筑時(shí)段內(nèi)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(biāo)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(duì)選擇支路分類能源在時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統(tǒng)計(jì)對(duì)比，支持導(dǎo)出報(bào)表。
8.設(shè)備管理
設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺(tái)賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)備的運(yùn)行。
9.用戶報(bào)告
用戶報(bào)告針對(duì)選定的建筑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各能源的月使用的同環(huán)比趨勢(shì)，并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結(jié)果，針對(duì)用電提供單獨(dú)的復(fù)費(fèi)率用能分析，報(bào)告可編輯。
八、系統(tǒng)硬件配置
九、結(jié)語
本文通過對(duì)周期為一年的測(cè)試數(shù)據(jù)的分析與處理。得岀該大型公共建筑目前的用電現(xiàn)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(diào)系統(tǒng)占該時(shí)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(shí)期總建筑用電的百分之四十四.空調(diào)系統(tǒng)占 總建筑用電量的百分之二；供暖季照明插座用電占該時(shí)期總建筑用電的百分之三十六。采暖泵及風(fēng)機(jī)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(píng)價(jià)指標(biāo)，雖然該建筑的各分項(xiàng)能耗指標(biāo)多低于北京地區(qū)同類建筑的能耗，但仍存在諸多的用電浪費(fèi)現(xiàn)象，該建筑仍有較大的節(jié)能潛力，應(yīng)通過加強(qiáng)工作人員的行為節(jié)能.調(diào)整設(shè)備運(yùn)行管理制度，并對(duì)部分用電設(shè)備采取相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)措施等對(duì)該建筑進(jìn)行一定的節(jié)能改造，降低其在使用過程中的能耗。
建筑節(jié)能是一項(xiàng)長期的工作，是不斷完善，不斷前進(jìn)的過程，因此應(yīng)對(duì)建筑用能系統(tǒng)進(jìn)行長期不間斷 監(jiān)測(cè)，完善積累測(cè)試數(shù)據(jù).不斷的發(fā)現(xiàn)建筑的用能問題，并進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能改造，以降低建筑物的使用能耗。同時(shí)可對(duì)青島地區(qū)其他典型公共建筑進(jìn)行測(cè)試。為青島地區(qū)建筑定額用能的制定提供參考。
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