淺談公共建筑能耗研究分析及系統(tǒng)介紹

摘要：通過對湖南省典型公共建筑的能耗數(shù)據(jù)進行分析研究，給出各類公共建筑實際能耗指標，并分析產(chǎn)生原因。

0引言

       建筑能耗是我國能源消耗，約占全國總能耗的三分之一，如果得不到合理的控制，將對我國節(jié)能減排目標產(chǎn)生嚴重影響，開展建筑物節(jié)能減排工作成為當務之急。傳統(tǒng)建筑能耗缺少分類分項計量，存在數(shù)據(jù)缺失或統(tǒng)計不正確、實時性差、橫向?qū)Ρ确治隼щy等問題，對建筑物能源浪費無法追蹤溯源，更無法對建筑節(jié)能指標做出客觀評判。住建部2007年10月發(fā)布了《關于加強國家機關辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實施意見》，其后全國各省市陸續(xù)開展了不同規(guī)模的建筑節(jié)能監(jiān)管平臺建設，但數(shù)據(jù)研究分析工作并不理想。

       為摸清全省公共建筑物實際耗能情況，湖南省于2013年啟動“省級公共建筑能耗動態(tài)監(jiān)測平臺建設項目"，并于項目建成運營后委托筆者所在單位進行《湖南省公共建筑能耗分析研究》課題研究。

1湖南省能耗監(jiān)測平臺架構(gòu)

       依據(jù)《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設相關技術導則》、《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項能耗數(shù)據(jù)采集技術導則》等相關技術標準要求，湖南省公共建筑能耗監(jiān)測平臺系統(tǒng)架構(gòu)由終端儀表層、數(shù)據(jù)采集傳輸層、應用展示層三部分組成，圖1所示為平臺系統(tǒng)框圖。

圖1 湖南省公共建筑能耗監(jiān)測平臺系統(tǒng)框圖

       圖1中，終端儀表層為各單棟公共建筑內(nèi)計量水、電、氣等分類分項能耗的計量表及配套設施，主要負責計量電、水、氣等能源的能耗數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)采集傳輸層包括數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，主要負責采集終端儀表的用能數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過有線或無線網(wǎng)絡上傳至各市州、高校數(shù)據(jù)中心;應用展示層即數(shù)據(jù)中心，負責接收上報的數(shù)據(jù)包，同時對數(shù)據(jù)包進行數(shù)據(jù)解析、存儲、展示。

2湖南省能耗監(jiān)測平臺的基本信息

       為獲取公共建筑能耗數(shù)據(jù)，湖南省住建廳于2013年開始組織全省開展單體公共建筑能耗采集系統(tǒng)建設，且要求系統(tǒng)應具有遠程數(shù)據(jù)傳輸功能。但從實際情況來看，各單體公共建筑能耗數(shù)據(jù)接入省級能耗平臺情況不理想，截至2020年12月，共621棟公共建筑完成能耗系統(tǒng)建設并實現(xiàn)與省級監(jiān)測平臺聯(lián)網(wǎng)，覆蓋總建筑面積約為1929.13萬m2。

       上述621棟建筑接入省能耗監(jiān)測平臺的具體情況統(tǒng)計(按建筑功能分類)如表1所示。

表1 湖南省公共建筑能耗監(jiān)測平臺建筑接入情況

注:本文中所有綜合建筑均指兩種及兩種以上功能的綜合性建筑。

3建筑能耗數(shù)據(jù)分析

       由于系統(tǒng)建設初期主要在既有建筑內(nèi)安裝能耗采集系統(tǒng)，而建筑內(nèi)原有供配電系統(tǒng)設置不盡合理，導致多數(shù)單棟建筑數(shù)據(jù)上傳不完整。為確保分析結(jié)果真實有效，課題組在排除能耗數(shù)據(jù)存在明顯異常的建筑后，從621棟公共建筑中選取長沙地區(qū)具有代表性的93棟建筑作為分析樣本進行深度分析研究。93棟樣本建筑包括酒店、一般辦公、黨政機關辦公、商業(yè)、綜合等五大類，總建筑面積765萬m2，具體情況見表2所示。

表2 樣本建筑情況

       對平臺從2015年至今的采集數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測平臺系統(tǒng)建設初期運行不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)邏輯性不夠，僅2019年的系統(tǒng)運行較為平穩(wěn)，故采用2019年數(shù)據(jù)作為研究依據(jù)。結(jié)合樣本建筑的能耗數(shù)據(jù)從建筑類別、季節(jié)影響、分類分項能耗數(shù)據(jù)等多維度進行了數(shù)據(jù)取樣、整理和分析。

       經(jīng)過對表2中五大類建筑采集數(shù)據(jù)進行整理分析，可得各類建筑2019年單位面積年度能耗情況如圖2所示，圖中實測值為各類建筑平均年度能耗值、引導值為GB/T51161《民用建筑能耗標準》規(guī)定的各類建筑中A類建筑的能耗引導值。

圖2 2019年各類建筑單位面積年度能耗指標實測值與引導值對比圖

       從圖2中不難發(fā)現(xiàn)，各類建筑年度能耗實測值均小于引導值。五大類建筑中，商業(yè)建筑單位面積能耗指標 (82.14kWh/m2·a)，酒店建筑次之(62.94kWh/m2·a)，黨政機關辦公建筑 (39.11kWh/m2·a)。將2019年數(shù)據(jù)逐月拆分，可得到圖3。

圖3 五大類建筑逐月單位建筑能耗指標

       從圖3可知，五大類建筑逐月耗電量高峰分別出現(xiàn)在1月、7月和8月。從氣象歷史數(shù)據(jù)可知，1月份和8月份分別是2019年長沙室外平均溫度低和高的月份，這兩個月份為維持室內(nèi)適宜溫度，空調(diào)類負荷用電量必然加大。故可得出結(jié)論，課題組所選樣本建筑的單位建筑能耗指標基本符合長沙地區(qū)典型用電需求及特征。由于照明、動力等類型負荷隨季節(jié)波動較小，故圖3中各類建筑在每個月總能耗中呈現(xiàn)的動態(tài)變化部分可以認為主要由空調(diào)逐月耗電變化引起。

       將樣本建筑能耗數(shù)據(jù)按空調(diào)、照明、動力及特殊用電四類來拆分，得到2019年各類別建筑能耗分布樹狀圖(圖4)。

從圖4可見，在五大類建筑中，照明能耗在建筑總能耗中的占比分別為40%、53%、35%、40%、44%，是公建建筑能耗的主要部分。空調(diào)能耗占比僅次于照明能耗，比例分別為28%、22%、31%、23%、22%。

圖4 各類公共建筑2019年能耗分布占比

4結(jié)論

       從上述分析得知，五大類公共建筑空調(diào)在整體能耗中占比不是很高，這與常規(guī)建筑分項計量有偏差，課題組經(jīng)過分析研究認為其主要原因有三點:一是根據(jù)湖南地區(qū)氣候特點，空調(diào)負荷為季節(jié)性負荷;二是接入湖南省公共建筑能耗監(jiān)測平臺的公共建筑，許多是在既有建筑中重新安裝分項計量裝置，此類建筑相對老舊、沒有嚴格按照照明插座與空調(diào)負荷分開單獨回路供電，存在部分分體空調(diào)接入照明回路的情況;三是由于湖南地區(qū)燃氣價格相對較低，商業(yè)建筑與酒店建筑中多數(shù)建筑在冬季采用燃氣用能，因而也降低了全年能耗中空調(diào)能耗的占比?？傊?jīng)實測數(shù)據(jù)及分析研究，湖南省經(jīng)過對部分既有建筑進行節(jié)能改造、對新建建筑節(jié)能工作抓落地實施。但由于湖南省公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)初期運行情況不理想，使得本次分析存在所選樣本數(shù)量偏少、運行數(shù)據(jù)僅采用了2019年的數(shù)據(jù)等不足，故分析結(jié)果有一定的局限性。

5 安科瑞能耗監(jiān)控系統(tǒng)介紹

       Acrel-5000能耗在線監(jiān)測系統(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(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慣，有效節(jié)約能源，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關規(guī)定實施能源審計，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，并向縣級以上人民政府管理節(jié)能工作的部門報送能源審計報告。

5.1平臺結(jié)構(gòu)

       Acrel-5000能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)以計算機、通訊設備、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)采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測設備構(gòu)成任意復雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網(wǎng)絡化、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5 平臺結(jié)構(gòu)

5.2平臺功能

      （1）系統(tǒng)可按使用年份統(tǒng)計建筑物各分類能耗——電、水、氣、集中供熱、集中供冷以及其它能源消耗量，自動折算成相應的標準煤消耗量，從而反映建筑物當年各分類能耗用能和綜合能耗。系統(tǒng)以餅圖形式展示建筑4大用電分項能耗的占比情況。系統(tǒng)以曲線圖形展現(xiàn)各類能耗的消耗的消耗趨勢，便于業(yè)主方實時直觀掌握能源消耗情況。

      （2）系統(tǒng)可以根據(jù)分類能耗的支路名稱查詢用能情況，顯示當日和當月的用能峰值。顯示當日用能、當月用能、當年用能與昨日同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比較情況。以條形顯示過去48小時、31天、12個月、3年的能耗情況。右上角顯示過去15分鐘曲線（電表顯示功率曲線，流量表顯示流速曲線）。

      （3）系統(tǒng)依據(jù)建筑物能源消耗的分布情況進行能耗計量點的選取和設置，使得能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以覆蓋整個建筑物。系統(tǒng)使用者可通過相關界面調(diào)取該建筑物各能耗節(jié)點的能耗統(tǒng)計報表，減少用能的“跑、冒、滴、漏"和計量誤差。

      （4）系統(tǒng)依據(jù)住建部分類分項能耗數(shù)據(jù)采集導則，將建筑物耗電分為照明插座、空調(diào)、動力和特殊用電進行計量裝置選型和設置，并按用能區(qū)域或功能區(qū)域等劃分并進行統(tǒng)計，以報表和同、環(huán)比棒圖形式展現(xiàn)該區(qū)域的能源消耗。

      （5）系統(tǒng)可針對能源消耗量大的設備或區(qū)域進行準確定位，便于管理層制定節(jié)能績效考核制度，推動節(jié)能降耗的有效執(zhí)行。為用能設備建立運行記錄檔案，長期跟蹤記錄設備運行過程中的能效分析評估結(jié)果，結(jié)合設備維護保養(yǎng)記錄，為設備的運行維護提供依據(jù)。

      （6）系統(tǒng)提供分級權(quán)限管理功能，對具備權(quán)限用戶提供開放的信息維護接口，用戶可自行對建筑和系統(tǒng)監(jiān)測范圍內(nèi)計量點的信息進行增、刪、改和查詢，建筑物信息包括建筑類型、建設年代、建筑面積、建筑物人員數(shù)量等。系統(tǒng)還對無法自動采集的計量信息提供手動錄入功能，便于使用者掌握建筑物總體能耗情況。

5.3數(shù)據(jù)上傳

       安科瑞能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)按照用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范定義的系統(tǒng)平臺接口協(xié)議規(guī)范的要求，將用能企業(yè)的基礎信息、計量器具信息、用能數(shù)據(jù)及能效數(shù)據(jù)上傳至省級或國家平臺，上傳數(shù)據(jù)經(jīng)過HTTPS協(xié)議加密傳輸。如果數(shù)據(jù)傳輸失敗或超時（網(wǎng)絡故障），將重發(fā)數(shù)據(jù)，直至接收成功反饋消息。

5.4能源計量表具選型

5.5通訊網(wǎng)關參數(shù)

【參考文獻】

[1]唐麗萍.綠色照明與建筑照明節(jié)能設計[J].工業(yè)C,2016(2):137-137.

[2]孟力,龍海珊,陳弈冰.公共建筑能耗研究分析[J].智能建筑電氣技術,2021,15(05):35-37

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版