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淺談能耗分項計量監(jiān)測系統(tǒng)在某大型公建中的應(yīng)用

更新時間：2022-11-07點擊次數(shù)：298

吳柯霓

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(jīng)濟發(fā)展和人 民正常生活的影響日益突出，而國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑的高能耗問題，已成為關(guān)乎社會經(jīng)濟發(fā)展的大 問題，我國大型公共建筑節(jié)能工作勢在必行。本文通過Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng) ,對青島地區(qū)某大型公共建筑進行實時能耗分項計量監(jiān)測，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；分項計量；能耗監(jiān)測；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m?,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)部與財政部聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于加強國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實施意見》，提出到"十一五"期末，將國家機關(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。因此做好國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建 筑的節(jié)能管理工作，對實現(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計量實時監(jiān)測分析系統(tǒng)Acrel-5000web，對青島地區(qū)某大型公共建筑進行長期實時的能耗分項計量監(jiān)測，并對測試數(shù)據(jù)進行處理與分析，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、大型公建能耗分項計量實時監(jiān)測分析系統(tǒng)Acrel-5000web

Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)以計算機、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用現(xiàn)場總線、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時數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，它可以和檢測設(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、分級、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、數(shù)據(jù)上報、系統(tǒng)監(jiān)測等幾個子系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)利用安裝在現(xiàn)場的具有數(shù)字通 信接口的電計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)程傳輸回數(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、解析接收到的原始數(shù) 據(jù)，并根據(jù)能耗模型拆分計算得到分類分項數(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 分項能耗數(shù)據(jù)進行分析、匯總和整合，一方面通過靜 態(tài)或者動態(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)，得到基本的分析報告，發(fā)現(xiàn)建筑的用能問題。

 

二、建筑用能評價分析指標(biāo)

統(tǒng)計學(xué)中，"指標(biāo)"或"指數(shù)"(index)通常是 指一種對比性的量化分析指標(biāo).可以運用"指標(biāo)"或 "指數(shù)"定量地考察社會經(jīng)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(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，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能耗除以其承擔(dān)的某種服務(wù)量，如面積，人數(shù)等。

對于大型公共建筑，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 m?.空調(diào)面積15000 m?,車庫面積約1600 m?,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 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(huán)，冬夏季末端均采用風(fēng)機盤管。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臺變壓器，17個配電柜。為清晰了解該建筑的配電系統(tǒng)構(gòu) 成,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果和原建筑的配電系統(tǒng)圖紙進行了配電系統(tǒng)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(shù)據(jù)的遠(yuǎn)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(shè)備安裝電計量表，共計裝表36路。

 

四、建筑用電分項計量監(jiān)測及數(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)不運行，整個建筑用電量較少。進入12月份后氣溫降低，室內(nèi)采暖系統(tǒng)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(zhì)的設(shè)備用電進行分項統(tǒng)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(shè)備分項用電圖


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。該段時間 建筑總用電為58.2萬kW-h,空調(diào)系統(tǒng)(包括制冷機 組.冷凍泵,冷卻泵，冷卻塔，風(fēng)機盤管等設(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 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{(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 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？照{(diào)系統(tǒng)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(fēng)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(jīng)現(xiàn)場診斷這是由于在冬季為了使?jié)櫸加捅３忠欢ǖ臏囟?冷機停機 但不斷電，控制柜及潤滑油加熱器系統(tǒng)耗電造成。而冷機只需在開機前提前24 h預(yù)熱即可，因此在非制冷 季冷機可斷電。

 

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(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/(m?a),文獻[3]中的能耗調(diào)查結(jié)果顯示，北京市機關(guān)辦公樓單位面積電耗在40-150 kW h/(m?a)之間.文獻[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/(m?a)(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/(m?a),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/(m?a)。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 m?,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/(m?a)。亦低于北京地區(qū)的電梯3.0 kW-h/(m?a)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/(m?a)，供暖系統(tǒng)單位面積年用電量為4.85 kW-h/(m?a),則暖通空調(diào)單位面積年用電量為22.11 kW-h/(m?a),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/(m?a)(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5個月，有3個月(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。

因此對該建筑的用電系統(tǒng)進行分析診斷，通過對測試數(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)機盤管、公共應(yīng)急照明存在夜 間不關(guān)等人為浪費現(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等； 

(3)電開水器實際供應(yīng)熱水量遠(yuǎn)大于實際需要量？梢娫摻ㄖ嬖谳^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(xì)分和統(tǒng)計，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，便于找出高耗能點或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關(guān)規(guī)定實施能源計算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報送能源計算報告。

2.應(yīng)用場所

適用于公共建筑、集團公司、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)測與管理的系統(tǒng)設(shè)計、施工和運行維護。

 

七、系統(tǒng)功能

1.系統(tǒng)概況

平臺運行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動顯示。

2.用能概況

對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當(dāng)日逐時趨勢、當(dāng)月逐日趨勢曲線、分時段能耗統(tǒng)計對比、總能耗 同環(huán)比對比。

 


3.用能統(tǒng)計

對建筑、區(qū)域、分項、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報表的形式統(tǒng)計對分類能源用能進行統(tǒng)計，支持報表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進行生成柱狀圖。

 

4.復(fù)費率統(tǒng)計

復(fù)費率報表按日、月、年統(tǒng)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(tǒng)計分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。

 

5.同比分析

對建筑、分項、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結(jié)合的方式進行用能數(shù)據(jù)同比分析。

 

6.能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑對應(yīng)時段內(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、餅圖等形式對選擇支路分類能源在對應(yīng)時段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計對比，支持導(dǎo)出報表。

 

 

8.設(shè)備管理

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

 

9.用戶報告

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

 

 

八、系統(tǒng)硬件配置


 

九、結(jié)語

本文通過對周期為一年的測試數(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(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期總建筑用電的百分之三十六。采暖泵及風(fēng)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(biāo)，雖然該建筑的各分項能耗指標(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現(xiàn)象，該建筑仍有較大的節(jié)能潛力，應(yīng)通過加強工作人員的行為節(jié)能.調(diào)整設(shè)備運行管理制度，并對部分用電設(shè)備采取相應(yīng)的技術(shù)改進措施等對該建筑進行一定的節(jié)能改造，降低其在使用過程中的能耗。

建筑節(jié)能是一項長期的工作，是不斷完善，不斷前進的過程，因此應(yīng)對建筑用能系統(tǒng)進行長期不間斷 監(jiān)測，完善積累測試數(shù)據(jù).不斷的發(fā)現(xiàn)建筑的用能問題，并進行相應(yīng)的節(jié)能改造，以降低建筑物的使用能耗。同時可對青島地區(qū)其他典型公共建筑進行測試。為青島地區(qū)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(jié)能的實現(xiàn)途徑[J].暖通空調(diào),2005, 35(5).

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

[3]江億，薛志峰.公共建筑節(jié)能[M].中國建筑工業(yè)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(jiān)測及能耗指標(biāo)分析

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊. 2022.05版

 

作者介紹：

吳柯霓，女，銷售工程師，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為建筑能耗系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。壹叁伍陸肆陸柒捌捌貳肆