公共建筑能耗研究分析及系統(tǒng)介紹

通過(guò)對(duì)湖南省典型公共建筑的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，給出各類公共建筑實(shí)際能耗指標(biāo)，并分析產(chǎn)生原因。

0引言

建筑能耗是我國(guó)能源消耗的三大巨頭之一，約占全國(guó)總能耗的三分之一，如果得不到合理的控制，將對(duì)我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，開(kāi)展建筑物節(jié)能減排工作成為當(dāng)務(wù)之急。傳統(tǒng)建筑能耗缺少分類分項(xiàng)計(jì)量，存在數(shù)據(jù)缺失或統(tǒng)計(jì)不正確、實(shí)時(shí)性差、橫向?qū)Ρ确治隼щy等問(wèn)題，對(duì)建筑物能源浪費(fèi)無(wú)法追蹤溯源，更無(wú)法對(duì)建筑節(jié)能指標(biāo)做出客觀評(píng)判。住建部2007年10月發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)國(guó)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(jiàn)》，其后全國(guó)各省市陸續(xù)開(kāi)展了不同規(guī)模的建筑節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)，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(shí)際耗能情況，湖南省于2013年啟動(dòng)“省級(jí)公共建筑能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目”，并于項(xiàng)目建成運(yùn)營(yíng)后委托筆者所在單位進(jìn)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(cè)平臺(tái)架構(gòu)

依據(jù)《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則》、《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，湖南省公共建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)由終端儀表層、數(shù)據(jù)采集傳輸層、應(yīng)用展示層三部分組成，圖1所示為平臺(tái)系統(tǒng)框圖。

圖1 湖南省公共建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)框圖

圖1中，終端儀表層為各單棟公共建筑內(nèi)計(jì)量水、電、氣等分類分項(xiàng)能耗的計(jì)量表及配套設(shè)施，主要負(fù)責(zé)計(jì)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(luò)，主要負(fù)責(zé)采集終端儀表的用能數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳至各市州、高校數(shù)據(jù)中心;應(yīng)用展示層即數(shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)接收上報(bào)的數(shù)據(jù)包，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、存儲(chǔ)、展示。

2湖南省能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)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(kāi)始組織全省開(kāi)展單體公共建筑能耗采集系統(tǒng)建設(shè)，且要求系統(tǒng)應(yīng)具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能。但從實(shí)際情況來(lái)看，各單體公共建筑能耗數(shù)據(jù)接入省級(jí)能耗平臺(tái)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(shè)并實(shí)現(xiàn)與省級(jí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)，覆蓋總建筑面積約為1929.13萬(wàn)m2。

上述621棟建筑接入省能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的具體情況統(tǒng)計(jì)(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(cè)平臺(tái)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(shè)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(shè)置不盡合理，導(dǎo)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(shí)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(zhǎng)沙地區(qū)具有代表性的93棟建筑作為分析樣本進(jìn)行深度分析研究。93棟樣本建筑包括酒店、一般辦公、黨政機(jī)關(guān)辦公、商業(yè)、綜合等五大類，總建筑面積765萬(wàn)m2，具體情況見(jiàn)表2所示。

表2 樣本建筑情況

對(duì)平臺(tái)從2015年至今的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)初期運(yùn)行不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)邏輯性不夠，僅2019年的系統(tǒng)運(yùn)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(xiàng)能耗數(shù)據(jù)等多維度進(jìn)行了數(shù)據(jù)取樣、整理和分析。

經(jīng)過(guò)對(duì)表2中五大類建筑采集數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)測(cè)值為各類建筑平均年度能耗值、引導(dǎo)值為GB/T51161《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的各類建筑中A類建筑的能耗引導(dǎo)值。

圖2 2019年各類建筑單位面積年度能耗指標(biāo)實(shí)測(cè)值與引導(dǎo)值對(duì)比圖

從圖2中不難發(fā)現(xiàn)，各類建筑年度能耗實(shí)測(cè)值均小于引導(dǎo)值。五大類建筑中，商業(yè)建筑單位面積能耗指標(biāo) (82.14kWh/m2·a)，酒店建筑次之(62.94kWh/m2·a)，黨政機(jī)關(guān)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(biāo)

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(zhǎng)沙室外平均溫度低和高的月份，這兩個(gè)月份為維持室內(nèi)適宜溫度，空調(diào)類負(fù)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(biāo)基本符合長(zhǎng)沙地區(qū)典型用電需求及特征。由于照明、動(dòng)力等類型負(fù)荷隨季節(jié)波動(dòng)較小，故圖3中各類建筑在每個(gè)月總能耗中呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)變化部分可以認(rèn)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(dòng)力及特殊用電四類來(lái)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(jiàn)，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?？照{(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(xiàng)計(jì)量有偏差，課題組經(jīng)過(guò)分析研究認(rèn)為其主要原因有三點(diǎn):一是根據(jù)湖南地區(qū)氣候特點(diǎn)，空調(diào)負(fù)荷為季節(jié)性負(fù)荷;二是接入湖南省公共建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的公共建筑，許多是在既有建筑中重新安裝分項(xiàng)計(jì)量裝置，此類建筑相對(duì)老舊、沒(méi)有嚴(yán)格按照照明插座與空調(diào)負(fù)荷分開(kāi)單獨(dú)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?xì)鈨r(jià)格相對(duì)較低，商業(yè)建筑與酒店建筑中多數(shù)建筑在冬季采用燃?xì)庥媚埽蚨步档土巳昴芎闹锌照{(diào)能耗的占比?？傊?jīng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及分析研究，湖南省經(jīng)過(guò)對(duì)部分既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造、對(duì)新建建筑節(jié)能工作抓落地實(shí)施，節(jié)能效果顯著。但由于湖南省公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初期運(yùn)行情況不理想，使得本次分析存在所選樣本數(shù)量偏少、運(yùn)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(cè)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(guò)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(guó)家有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源審計(jì)，分析現(xiàn)狀，查找問(wèn)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)以上人民政府管理節(jié)能工作的部門報(bào)送能源審計(jì)報(bào)告。

5.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)

Acrel-5000能耗在線監(jiān)測(cè)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(wú)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)。開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱?、分?jí)、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(tái)結(jié)構(gòu)

5.2平臺(tái)功能

(1)系統(tǒng)可按使用年份統(tǒng)計(jì)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(dòng)折算成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量，從而反映建筑物當(dāng)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(xiàng)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(shì)，便于業(yè)主方實(shí)時(shí)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(dāng)日和當(dāng)月的用能峰值。顯示當(dāng)日用能、當(dāng)月用能、當(dāng)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(guò)去48小時(shí)、31天、12個(gè)月、3年的能耗情況。右上角顯示過(guò)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(jìn)行能耗計(jì)量點(diǎn)的選取和設(shè)置，使得能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以覆蓋整個(gè)建筑物。系統(tǒng)使用者可通過(guò)相關(guān)界面調(diào)取該建筑物各能耗節(jié)點(diǎn)的能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計(jì)量誤差。

(4)系統(tǒng)依據(jù)住建部分類分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集導(dǎo)則，將建筑物耗電分為照明插座、空調(diào)、動(dòng)力和特殊用電進(jìn)行計(jì)量裝置選型和設(shè)置，并按用能區(qū)域或功能區(qū)域等劃分并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以報(bào)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(duì)能源消耗量大的設(shè)備或區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確定位，便于管理層制定節(jié)能績(jī)效考核制度，推動(dòng)節(jié)能降耗的有效執(zhí)行。為用能設(shè)備建立運(yùn)行記錄檔案，長(zhǎng)期跟蹤記錄設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的能效分析評(píng)估結(jié)果，結(jié)合設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)記錄，為設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提供依據(jù)。

(6)系統(tǒng)提供分級(jí)權(quán)限管理功能，對(duì)具備權(quán)限用戶提供開(kāi)放的信息維護(hù)接口，用戶可自行對(duì)建筑和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)計(jì)量點(diǎn)的信息進(jìn)行增、刪、改和查詢，建筑物信息包括建筑類型、建設(shè)年代、建筑面積、建筑物人員數(shù)量等。系統(tǒng)還對(duì)無(wú)法自動(dòng)采集的計(jì)量信息提供手動(dòng)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(cè)系統(tǒng)按照用能單位能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范定義的系統(tǒng)平臺(tái)接口協(xié)議規(guī)范的要求，將用能企業(yè)的基礎(chǔ)信息、計(jì)量器具信息、用能數(shù)據(jù)及能效數(shù)據(jù)上傳至省級(jí)或國(guó)家平臺(tái)，上傳數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)HTTPS協(xié)議加密傳輸。如果數(shù)據(jù)傳輸失敗或超時(shí)(網(wǎng)絡(luò)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(jì)量表具選型

5.5通訊網(wǎng)關(guān)參數(shù)

審核編輯：湯梓紅