建筑能耗監(jiān)測對建筑節(jié)能的研究

摘要：基于建筑能耗監(jiān)測技術(shù)，融合建筑能源審計技術(shù)與工程建筑能耗等級評價技術(shù)，研究既有建筑能耗，提出節(jié)能改造方案。該研究思路可應(yīng)用于我國既有建筑節(jié)能工作，為未來既有建筑節(jié)能項目提供更合理可靠的技術(shù)解決方案，開辟既有建筑節(jié)能新路徑。

關(guān)鍵詞：工程建筑；能耗監(jiān)測；建筑節(jié)能項目；能源審計

0 引言

我國早期對建筑物節(jié)能重視不足，導(dǎo)致過去 30 年建成的建筑多為高能耗工程建筑，未來幾十年這些建筑將消耗大量能源。我國將大力發(fā)展建筑節(jié)能技術(shù)，如不同氣候條件下的節(jié)能墻、節(jié)能房頂、綠色節(jié)能門窗等，綜合利用太陽能、地下熱量、降水、風(fēng)速、電力能源等可再生資源，使新建筑滿足節(jié)能要求，并逐步對既有工程建筑進行節(jié)能改造，使其符合節(jié)能標準。

1 建筑能耗監(jiān)測的特點與應(yīng)用

通過對近 10 年城市相關(guān)政策和信息的研究，發(fā)現(xiàn)工程建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)可為工程建筑耗能管理提供能耗研究，經(jīng)數(shù)據(jù)比對和優(yōu)化，實現(xiàn)用能節(jié)約、降低成本投入，提升建筑用能耗水平，減少碳排放?，F(xiàn)將能耗監(jiān)測特性總結(jié)如下。

1.1 實時掌握用能動態(tài)計量

依據(jù)我國分項目測量指南要求，工程建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)將建筑總耗能分為照明電源插座、空調(diào)、動力和特殊用電量四個項目。通過對各分項目用電量的實時監(jiān)控，可了解能源應(yīng)用狀況及分項目用電量實際情況。

1.2 及時監(jiān)測能耗管理漏洞

系統(tǒng)可進行分鐘級甚至秒級的數(shù)據(jù)采集，具有數(shù)據(jù)分析功能。通過增強系統(tǒng)監(jiān)控與提醒功能，能及時提示建筑業(yè)主能源使用異常情況。此外，系統(tǒng)可通過移動終端應(yīng)用開發(fā)，以 APP、信息、郵件、短信等方式推送給工作人員，幫助其及時發(fā)現(xiàn)施工用能異常區(qū)域，提高施工用能合理性，降低勞動強度，提升工作效率。

1.3 挖掘節(jié)能潛力，進行用能對比

結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)與工程建筑控制，利用智能化信息技術(shù)，通過不同階段、不同支路的綜合能源應(yīng)用研究，發(fā)現(xiàn)設(shè)備搭配不合理之處，實現(xiàn)節(jié)能管控與優(yōu)化控制，為能源消耗管理者提供能源應(yīng)用分析工具，實施線上節(jié)能管控，充分發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)作用。

1.4 高效利用大數(shù)據(jù)實現(xiàn)信息增效

結(jié)合能耗監(jiān)測特點，充分運用 5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)等新手段，強化工程建筑能耗監(jiān)測應(yīng)用，準確把握工程建筑能耗數(shù)據(jù)，協(xié)助節(jié)能人員通過交互進行改造，挖掘更合理的節(jié)能建筑改造方案。同時，利用工程建筑時間、總建筑面積、建筑裝飾材料、能耗等基本信息，從大數(shù)據(jù)層面挖掘不同類別工程建筑的能耗特點，借助人工智能和大數(shù)據(jù)，從人工轉(zhuǎn)型為系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，提高工程建筑能耗效率。

2 案例改造介紹

中國工商銀行鎮(zhèn)江分行營業(yè)性辦公樓建于 1994 年，位于江蘇省鎮(zhèn)江市解放路 81 號，地處城市鬧市區(qū)繁華地段。

交通噪聲、車輛廢氣、城市熱島效應(yīng)等會影響辦公樓正常運行。改造前該建筑未采取節(jié)能措施，建筑面積為 17647.31m2，地下 1 層，地上 22 層，建筑總高度 17m，磚混結(jié)構(gòu)，建筑等級為三級，抗震烈度為 7 度。改造前采用 2 臺水冷式螺桿空調(diào)作為冷源，61 臺分體式空調(diào)或一拖多空調(diào)作為其他區(qū)域冷熱源，1 臺天然氣鍋爐作為建筑熱源。根據(jù)項目原始建筑設(shè)計圖紙，建筑主體結(jié)構(gòu)未采取任何節(jié)能措施。原屋面做法為：細石混凝土（內(nèi)部加固）（50mm）+水泥砂漿（20mm）+輕骨料混凝土澆筑搗固（屋面找坡）（30mm）+混凝土結(jié)構(gòu)（120mm）+石灰水泥砂漿（20mm）；原墻體做法為：水泥砂漿（20mm）+混凝土結(jié)構(gòu)（20mm）+水泥砂漿(20mm），原窗扇幕墻為鋁框單面窗框+單面玻璃。建筑物內(nèi)過道、辦公室、會議室、大廳等公共區(qū)域未使用 LED 綠色照明設(shè)備。

3 建筑能耗監(jiān)測技術(shù)

3.1 工程建筑能耗監(jiān)測技術(shù)概述

工程建筑能耗計量技術(shù)是通過遠程傳輸?shù)确绞?，利用建設(shè)工程子計量設(shè)備收集能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)建筑耗能在線監(jiān)控和動態(tài)變化的方法。該技術(shù)主要通過安裝多功能儀表（電度表、智能水表、氣體表）、遠程傳輸回收器對電氣、水、氣等能耗進行實時監(jiān)測，并將檢測值上傳至工程建筑區(qū)域能耗監(jiān)測核心網(wǎng)絡(luò)平臺。業(yè)主可通過能耗監(jiān)測系統(tǒng)在線查詢能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.2 應(yīng)用改造實例

在滿足《能源分項測量指南》規(guī)定的類別和分項目測量條件下，實現(xiàn)了對改造前中國工商銀行寫字樓一般照明電、空調(diào)耗電、動力用電量、鍋爐用供氣量和建筑用水量的實時監(jiān)控。中國工商銀行寫字樓耗能分項目測量系統(tǒng)共安裝收集電度表 27 臺，總供電安裝 DN150 渦輪流量計 1 臺，遠程傳輸數(shù)據(jù)采集器 1 臺，蒸汽表 2 臺，空調(diào)室安裝冷熱量計 1 臺。照明和空調(diào)耗電是老寫字樓的主要耗能來源，非電氣能耗占老寫字樓綜合能耗的比例較小。經(jīng)計算，2014 年老寫字樓綜合能耗為 44.72kgce/（m2·a），不符合寫字樓綜合能耗指標值中有效值范圍≤25kgce/（m2·a）的要求。

4 安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

4.1 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)基礎(chǔ)上增加了對水、氣、煤、油、熱（冷）量等的集中采集與分析，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)備升級提供準確數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照有關(guān)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。

4.2 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)測與管理系統(tǒng)設(shè)計、施工和運行維護。

4.3 系統(tǒng)架構(gòu)

Acrel-5000 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)采集及遠程管理與控制提供基礎(chǔ)平臺，可和檢測設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。采用開放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的面向?qū)ο蠓謱印⒎旨?、分布式智能一體化結(jié)構(gòu)，建立如下層次結(jié)構(gòu)：

4.4 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。支持數(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指定時段內(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值查看。

7）配電監(jiān)測/管網(wǎng)圖

以變電站配電結(jié)構(gòu)一次圖或建筑水、燃氣管網(wǎng)圖展示結(jié)構(gòu)中各重要節(jié)點數(shù)據(jù)，方便用戶掌握能源運行時參數(shù)。

8）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指定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。

9）三維展示

通過3D圖形方式展示項目現(xiàn)場模擬圖，以更直觀的方式對項目中建筑或設(shè)備數(shù)據(jù)進行動態(tài)展示。

10）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。

11）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。

4.5 系統(tǒng)硬件配置

	采用泛在物聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動通訊、智能傳感等技術(shù)手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計分析、能效分析、用能預(yù)警、設(shè)備管理等服務(wù)，平臺可以廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。
智能網(wǎng)關(guān)	ANet-1E2S1		采用嵌入式硬件計算機平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行網(wǎng)絡(luò)接口，作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺系統(tǒng)間的橋梁，能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進行水表、氣表、電表、微機保護等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并使用相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)給平臺系統(tǒng)。
高壓重要回路或低壓進線柜	APM810

	具有全電量測量，電能統(tǒng)計，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計，當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時，只需在背部插入對應(yīng)模塊即可。
APM520		三相全電量測量，2-63次諧波，不平衡度，需量，支持付費率，越限報警，SOE,4-20mA輸出。
低壓聯(lián)絡(luò)柜、 出線柜	AEM96

	三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。
給水管道	水表		計量流經(jīng)給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術(shù)，通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

建筑能耗監(jiān)測可提升建筑管理者的管理能力，發(fā)現(xiàn)建筑耗能的片面性，提醒建筑業(yè)主及時開展節(jié)能管理，降低管理者數(shù)量，提高效率。據(jù)統(tǒng)計，僅通過工程建筑耗能管理，就能節(jié)約 8%的建筑物能耗。同時，可充分運用 5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)等新的數(shù)據(jù)方式，全面提高耗能管控的高效性，完善節(jié)能建筑的管理方法，利用互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的共享特性，為城市規(guī)劃建設(shè)的互聯(lián)共享目標提供合理的實施方式。此外，當(dāng)建筑能耗引入其他方式進行交互時，如碳交易市場方式，可全面提高能耗的節(jié)能潛力，有效降低城市碳排放，為城市實現(xiàn)低碳節(jié)能目標提供有效幫助。

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審核編輯 黃宇