如何优化大型公共建筑能耗高的解决方案与应用
作者：安科瑞电气股份有限公司时间：2022-11-01 我要发布
任华
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：伴随着我国城市化进程的加快，建筑能耗所占商品能源消费量的比例居高不下，对国民经济发展和人 民正常生活的影响日益突出，而国家机关办公建筑和大型公共建筑的高能耗问题，已成为关乎社会经济发展的大 问题，我国大型公共建筑节能工作势在必行。本文通过Acrel-5000web建筑能耗分析系统 ,对青岛地区某大型公共建筑进行实时能耗分项计量监测，为今后青岛地区大型公共建筑的节能改造提 供基础数据和相关依据，也为青岛地区乃至全国建筑能耗分析及建筑行业相关节能标准的制订提供参考。
关键词：大型公共建筑；建筑节能；分项计量；能耗监测；节能诊断
引言
我国大型公共建筑虽然数量不多.但由于电耗指标高，其在民用建筑总能耗中占比有很大。对全国而言，分布在北京、上海、广州、深圳等主要大城市的大型公共建筑总量约为5亿m²,不足全国城镇建 ,筑总面积的百分之四，但却消耗民用建筑总用电量的百分之三十以上。建设部与财政部联合下发了《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》，提出到"十一五"期末，将国家机关办公建筑和大型公共建筑总能耗下降百分之二十,节约1000-1500 万吨标煤。因此做好国家机关办公建筑和大型公共建 筑的节能管理工作，对实现建筑节能目标具有重要意义。
本文通过大型公建能耗分项计量实时监测分析系统Acrel-5000web，对青岛地区某大型公共建筑进行长期实时的能耗分项计量监测，并对测试数据进行处理与分析，发现建筑中存在的用能问题，给大型公建的节能改造提供依据和帮助。
一、大型公建能耗分项计量实时监测分析系统Acrel-5000web
Acrel-5000web建筑能耗分析系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，根据现场实际情况采用现场总线、光纤环网或无线通讯中的一种或多种结合的组网方式，为大型公共建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测设备构成任意复杂的监控系统。网络化、单元化、组态化的采用面向对象的分层、分级、分布式智能一体化结构。建立如下层次结构：
图1 Acrel-5000web系统软硬件平台架构
该系统分为数据采集子系统、数据处理子系统、 数据分析展示子系统三大核心部分，另外还有信息维护、数据上报、系统监测等几个子系统。
数据采集子系统利用安装在现场的具有数字通 信接口的电计量表和超声波冷热量表采集数据，并由 数据采集器汇总接收，通过网关由路由器连接到互联网，将数据远程传输回数据中心服务器。数据处理子系统负责校验、解析接收到的原始数 据，并根据能耗模型拆分计算得到分类分项数据。
数据分析展示子系统将经过数据处理后的分类 分项能耗数据进行分析、汇总和整合，一方面通过静 态或者动态的图表方式将能耗数据展示出来，另一方 面能够提供针对第三方的数据接入服务和数据发布服务。建筑用户及节能管理部门均可凭密匙在网上查询的数据，得到基本的分析报告，发现建筑的用能问题。
二、建筑用能评价分析指标
统计学中，"指标"或"指数"(index)通常是 指一种对比性的量化分析指标.可以运用”指标"或 "指数"定量地考察社会经济活动中的各种问题。本 文中，提出了一系列用于考察大型公共建筑用能状况的指标，这些指标可以反映大型公共建筑能源消耗方方面面、具体共性的特点，具有可比性。本文主要采用单位服务量能耗指标。所谓单位服务量能耗指标，就是将建筑中各分项能耗除以其承担的某种服务量，如面积，人数等。
对于大型公共建筑，由于青岛地区目前还尚无大 型公共建筑能源消耗基本数据，故可采用北京地区各单位服务量能耗指标的限值作为本次测试的参考如表1。
表1北京市各类大型公共建筑单位服务量能耗指标限值(kW-h/ (m2-a))
三、建筑基本信息及装表方案
该建筑为青岛市某综合性办公楼，建筑采用框架结构玻璃幕墙，主立面朝南，建筑高度为90 m, 地上19层，地下2层，标准层层高3.2 m,总体建 筑面积33000 m².空调面积15000 m²,车库面积约1600 m²,办公人员约600人。其中地下二层为设 备层和车库，地下一层为厨房和餐厅，地上一层、二 层、三层主要为大厅，会议室等。四层到十九层为标准层，主要为办公室。工作人员上下班时 间为9： 00~17： 30,每周工作5天。
该建筑采用集中式冷热源，夏季由2台离心式 制冷机组提供冷量，冬季采用壳管式换热器与市热 电公司蒸汽进行换热提供热量.利用采暖泵进行热 水循环，冬夏季末端均采用风机盘管。楼内共有6部 电梯，其中4部客梯，2部消防梯。厨房蒸饭采用蒸 汽，设有冷库1处.多台冰柜。楼内有生活热水(包 括餐厅热水及浴室用水)。大楼每层在东西两端各设有 1台电开水器供给饮用热水。
该办公楼地下二层设10/0.4 kV变配电所，2台变压器，17个配电柜。为清晰了解该建筑的配电系统构 成,根据现场调研结果和原建筑的配电系统图纸进行了配电系统图的绘制.综合考虑是否具备装表条件. 原支路是否已有其他电表.可否进行数据的远传等条 件，确定分项计量的装表方案，将日常使用较多,功率较大的用电设备安装电计量表，共计装表36路。
四、建筑用电分项计量监测及数据分析
本文以一年为单位分析该建筑的用电情况，图 2为该建筑2008年4月~2009年3月的各设备用 电图，可以看出该建筑制冷季的7、8月份用电量多，处于过渡季的4、5、10、11月份用电量较少。由于青岛地区属海洋性气候，7、8月份气温高，室内冷湿负荷较高，空调系统用电也较多，故整个建筑的用电量也很多；而4、5. 10. 11月份青岛气候宜人，温湿度适宜，室内空调系统不运行，整个建筑用电量较少。进入12月份后气温降低，室内采暖系统开始运行，电耗也随之上升。
因此下面分别对制冷季，过渡季，供暖季该建 筑中不同性质的设备用电进行分项统计，见图3~图 5。本文中制冷季为6月22日~9月30日，采暖季为11月15 H-次年4月5日，其余为过渡季。
图2建筑各设备分项用电图
图3制冷季不同性质设备用电比例
图4过渡季不同性质设备用电比例
图3为制冷季不同性质设备用电比例。该段时间 建筑总用电为58.2万kW-h,空调系统(包括制冷机 组.冷冻泵,冷却泵，冷却塔，风机盘管等设备，下文同)用电24.6万kW h,占总建筑用电的百分之四十三。照 明插座(主要包括公共应急照明，夜景照明及办公室 内照明、插座设备，下文同)用电14.2万kW-h,占总 建筑用电的百分之二十四。由于该建筑为综合性办公建筑，主要是办公，故除空调系统用电外照明插座所占 比例较大。
图4为过渡季不同性质设备用电比例图。该段时 间建筑总用电为38.3万kW h,照明插座用电16.6万 kW-h,占总建筑用电的百分之四十四。空调系统用电为0.9万 kW-h,占总用电量的百分之二。由于青岛地区10月份初期天气还较热，空调系统可能会根据天气情况在中午（图5）采暖季不同性质设备用电比例。
图5为供暖季不同性质设备用电比例图。该段时 间建筑总用电为52.6万kW h,照明插座用电16.6万 kW-h,较热时运行一段时间，故在过渡季仍有用电量。占总建筑用电的百分之三十六。空调系统中制冷机组仍有3547 kW h的用电，占总用电量的百分之一。采暖泵及 风机盘管用电为7.26万kW-h,占总用电量的百分之十四，制冷机组在供暖季仍有百分之一的电耗，经现场诊断这是由于在冬季为了使润渭油保持一定的温度,冷机停机 但不断电，控制柜及润滑油加热器系统耗电造成。而冷机只需在开机前提前24 h预热即可，因此在非制冷 季冷机可断电。
五、建筑各设备单位面积年用电能耗指标分析
为了综合评价该建筑的用电情况.同时便于同类 建筑之间的横向比较，下面运用建筑用电评价指标， 分析该建筑各用电设备用电量，结果见表2。
表2该建筑各分项设备单位面积年用电量
通过表2可以看出该办公楼单位面积建筑总用电量47.62 kW-h/(m²a),文献[3]中的能耗调查结果显示，北京市机关办公楼单位面积电耗在40-150 kW h/(m²a)之间.文献[2]建议北京地区办公楼单位面积建筑总用电量指标限值为75 kW-h/(m²a)(表1)。可见本办公楼总体能耗不是很高。
由于照明、插座一般混用同一线路，因此对照 明、插座进行整体分析。由表2可以看出该建筑照明 插座的单位面积用电量为15.24 kW-h/(m²a),而北 京地区的照明和插座设备单位面积用电量之和为37 kW-h/(m²a)。该建筑照明插座能耗较低的原因可能 为该建筑人员密度较小，每间办公室面积为20~30 m²,办公人员一般为2~4名，插座设备也较少，部分办公室甚至只有照明灯具和风机盘管，且整个建筑 的能耗也较低。
电梯单位面积用电量为1.94 kW?h/(m²a)。亦低于北京地区的电梯3.0 kW-h/(m²a)的单位面积用电量。而电开水器、厨房、给排水等设备用电目前还没有明确的能耗指标，且这些设备的用电量也因建筑的功能不同而有所差异。
本建筑中，空调系统单位面积年用电量为17.26 kW h/(m²a)，供暖系统单位面积年用电量为4.85 kW-h/(m²a),则暖通空调单位面积年用电量为22.11 kW-h/(m²a),低于北京地区的单位面积暖通空调用电指标限值26 kW-h/(m²a)(表1)。由于青岛地处黄 海之滨，受海洋气候的影响十分明显，空气湿润，温度适中，四季分明。年平均气温为12.3，C,日平均气 温高于30°C的炎热天气很少出现，所以青岛没有酷暑，冬季虽然风大气温低，持续时间较长。但无严寒；而北京地区为典型的暖温带半湿润性季风气候，夏季炎热多雨.除山区外平原地区各月平均温度 都在24°C以上，冬季寒冷漫长，长达5个月，有3个月(12~2月)平均气温低于0°C。故青岛地区的暖通空调单位面积用电量必然低于北京地区。
通过上述的分析可知该建筑能耗指标多低于北京地区的同类建筑，但并不能就说明该建筑的节能工 作做得很好，毕竟青岛地区的能耗利用情况不同于北京地区，北京地区的能耗指标在青岛地区并不一定适 用。
因此对该建筑的用电系统进行分析诊断，通过对测试数据的详细分析，发现该建筑存在的主要问题有：(1)照明插座，风机盘管、公共应急照明存在夜 间不关等人为浪费现象；(2)空调系统"大流量、小温差”现象严重，制冷机组和循环泵选型过大.以 致空调系统的能效比较低；造成电能的大量浪费等； (3)电开水器实际供应热水量远大于实际需要量。可见该建筑存在较大的节能潜力。
六、建筑能耗分析系统
1.概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照国家有关规定实施能源计算，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。
2.应用场所
适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。
七、系统功能
1.系统概况
平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。
2.用能概况
对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗 同环比对比。
3.用能统计
对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计，支持报表数据导出EXCEL，支持选择建筑数据进行生成柱状图。
4.复费率统计
复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到EXCEL。
5.同比分析
对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。
6.能源流向图
能源流向图展示单栋建筑指定时段内各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折标值查看。
7.夜间能耗分析
夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在指定时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。
8.设备管理
设备管理包括，设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备，确保设备的运行。
9.用户报告
用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑。
八、系统硬件配置
九、结语
本文通过对周期为一年的测试数据的分析与处理。得岀该大型公共建筑目前的用电现状，主要有：该建筑处于制冷季的7. 8月份用电量多， 过渡季用电量少。制冷季空调系统占该时期总建筑 用电的百分之四十三。照明插座占总建筑用电的百分之二十四；过渡季照明插座占该时期总建筑用电的百分之四十四.空调系统占 总建筑用电量的百分之二；供暖季照明插座用电占该时期总建筑用电的百分之三十六。采暖泵及风机盘管用电占总用电量的百分之十四。
通过分析该建筑的用电评价指标，虽然该建筑的各分项能耗指标多低于北京地区同类建筑的能耗，但仍存在诸多的用电浪费现象，该建筑仍有较大的节能潜力，应通过加强工作人员的行为节能.调整设备运行管理制度，并对部分用电设备采取相应的技术改进措施等对该建筑进行一定的节能改造，降低其在使用过程中的能耗。
建筑节能是一项长期的工作，是不断完善，不断前进的过程，因此应对建筑用能系统进行长期不间断 监测，完善积累测试数据.不断的发现建筑的用能问题，并进行相应的节能改造，以降低建筑物的使用能耗。同时可对青岛地区其他典型公共建筑进行测试。为青岛地区建筑定额用能的制定提供参考。
参考文献：
[1]江亿.我国建筑节能的实现途径[J].暖通空调,2005, 35(5).
[2]清华大学.大型公建能耗分项计量实时监测分析系统EMS-II研究 报告与实施指南.清华大学建筑节能研究中心.2008.12
[3]江亿，薛志峰.公共建筑节能[M].中国建筑工业出版社，2007.
[4]http://travel.sina.com.cn/china/2008-08-28/144321859.shtml
[5]/ArticleA^iewArticle.aspx?id=60
[6]李毅,生晓燕，赵云峰,黄锦,孙旺先,孙翔.青岛市某大型公建能耗分项计量监测及能耗指标分析
[7]安科瑞企业微电网设计与应用手册. 2022.05版
作者简介：
任华，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，工程师， 技术交流： 021-59104851 ，187-0211-2061（同微信） 邮箱：2880157851@qq.com 网址：/
