大型公共建筑分項計量綜述

1、(內(nèi)部資料，注意保存，不得外泄)大型公共建筑能耗分項計量與實時分析系統(tǒng)1大型公建節(jié)能及分項計量的意義綜述12分項計量和實時分析系統(tǒng)研究32.1數(shù)據(jù)獲取方法研究32.2數(shù)據(jù)傳輸方法研究42.3數(shù)據(jù)庫、軟件、界面體系研究52.4數(shù)據(jù)挖掘和能耗分析方法研究52.5橫向比較發(fā)現(xiàn)能耗問題72.6掌握能耗構(gòu)成狀況72.7縱向分析尋找能耗漏洞82.8基于指標體系的在線能耗診斷方法102.9改善運行管理，產(chǎn)生節(jié)能效益102.10通過能耗公示激勵行為節(jié)能112.11對節(jié)能技術(shù)客觀評價122.12引導(dǎo)節(jié)能化運行管理132.13其他應(yīng)用143展望141 大型公建節(jié)能及分項計量的意義綜述大型公共建筑是指建筑面積在2萬

2、平米以上、帶集中空調(diào)系統(tǒng)的建筑。這類建筑的特點之一是能耗密度高，根據(jù)清華大學(xué)對各類建筑的調(diào)研結(jié)果（圖1）可見，大型公共建筑除采暖外的電耗集中在75300 kWh/m2a，而普通住宅或一般公共建筑則集中在50kWh/m2a以下。目前，大型公共建筑面積不到建筑總面積的10%，但其總能耗（采暖除外）已超過的建筑總電耗（采暖除外）中的30%。大型公共建筑的特點之二是管理集中。該類建筑數(shù)量不超過1000座，其管理者總數(shù)不到建筑管理者總數(shù)的千分之一，千分之一的業(yè)主運行管理超過30的電耗，就要求對這部分建筑采取專門的管理模式，以加強管理、實現(xiàn)節(jié)能。圖1 各類型建筑能耗分布圖節(jié)能工作的首要前提是發(fā)現(xiàn)用能問題。

3、與住宅及普通公建不同，大型公建的能耗構(gòu)成較復(fù)雜，因此需明確掌握大型公建的能耗數(shù)據(jù)及構(gòu)成。而目前大型公建中普遍僅安裝了1-3塊收費用的電表，從這些電表獲取的信息無法為節(jié)能工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，目前面臨的主要問題有：1）能耗分拆數(shù)據(jù)不可靠要了解某個支路的用能狀況，就需要從總電量中通過某種拆分方法進行估算。實例發(fā)現(xiàn)，與實際計量數(shù)據(jù)相比，拆分結(jié)果偏差能達幾倍。這樣，由此得到的對用能狀況的認識就可能導(dǎo)致對節(jié)能工作的誤導(dǎo)。2）供電局提供數(shù)據(jù)或者人工抄表數(shù)據(jù)缺乏實時性供電局抄表提供的月電耗記錄與采用實時計量得到的真實數(shù)據(jù)間也存在較大偏差，究其原因，發(fā)現(xiàn)是由于供電局讀表時刻不規(guī)律所導(dǎo)致。而且，目前僅有的逐月數(shù)據(jù)無

4、法滿足能耗分析的需求，因為月能耗無法獲知該建筑的白天、夜晚能耗情況，也不能對建筑用能的實時變化進行分析。這些數(shù)據(jù)可以用作收費及統(tǒng)計材料，卻無法為節(jié)能診斷提供必要的數(shù)據(jù)依據(jù)。3）由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺的缺乏，各種節(jié)能措施的實際效果無法得到客觀的反映與評價，缺乏后評估的手段。因此，目前在市場上已出現(xiàn)了許多名為節(jié)能措施實際更加費能的技術(shù)與產(chǎn)品，無有效的分項計量手段，無法對其辨別真?zhèn)巍?）大型公建能耗涉及多個管理責(zé)任者，不掌握各自責(zé)任范圍的實際能源消耗狀況，就無法考核各個管理者在節(jié)能管理中的業(yè)績，從而也就很難實現(xiàn)各項通過加強管理來實現(xiàn)的節(jié)能措施。而依靠管理實現(xiàn)節(jié)能是大型公建“投資少，見效快”地實現(xiàn)節(jié)能的最有

5、效的措施。基于以上原因，應(yīng)對大型公共建筑用電建立分項計量和實時分析系統(tǒng)。就是在各座大型公建內(nèi)對各類不同的用電系統(tǒng)分別安裝計量電表和其它計量器具，通過寬帶網(wǎng)把用能數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)揭粋€城市的建筑用能管理中心，從而對各座建筑的各類用能情況進行縱向、橫向的分析、比較、管理和考核。建立這樣的系統(tǒng)后，能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能：1） 各座建筑的運行管理者可以得到匿名的各座建筑各類用能狀況的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，與自己的用能狀況比較，可以清楚的了解自己的優(yōu)勢和差距。公示系統(tǒng)的實施實例參見附件5。2） 各級主管部門可以通過統(tǒng)計結(jié)果鼓勵先進，督促落后，使節(jié)能工作建立在定量化的基礎(chǔ)上。在此基礎(chǔ)上還可進一步實現(xiàn)大型公建的分項用能定額管

6、理制度。3） 對節(jié)能新技術(shù)進行后評估。各種節(jié)能措施的實際效果可從實際數(shù)據(jù)中得到客觀的反映與評價，避免了目前在市場上兜銷的某些名為節(jié)能措施實際更加費能的技術(shù)與產(chǎn)品的泛濫。4） 為以節(jié)能服務(wù)公司（ESCO）方式對大型公建進行節(jié)能改造工作的實際節(jié)能效果提供公正的評估，從而改變目前節(jié)能服務(wù)公司在大型公建節(jié)能領(lǐng)域的尷尬局面，促進這一方式的良性發(fā)展。5） 通過在線的實時數(shù)據(jù)及時發(fā)現(xiàn)運行中出現(xiàn)的問題，指導(dǎo)運行管理者及時改進。6） 推動物業(yè)考核制度的改革，真正將實際節(jié)能與物業(yè)的經(jīng)濟效益掛鉤，從而激勵物業(yè)公司節(jié)能運行管理。為了實現(xiàn)上述目標，必須對如下內(nèi)容開展研究：1）數(shù)據(jù)獲取方法研究。需要根據(jù)大型公建的配電系統(tǒng)

7、現(xiàn)狀，確定應(yīng)該怎樣分項計量，既可以實現(xiàn)上述功能，還不使平臺建設(shè)的投資過大。確定分量分項的主要原則。2）數(shù)據(jù)傳輸方法研究。3）數(shù)據(jù)庫和管理軟件的研究。4）數(shù)據(jù)挖掘方法研究，既如何根據(jù)實時采集的數(shù)據(jù)實現(xiàn)各類應(yīng)用分析。2 分項計量和實時分析系統(tǒng)研究2.1 數(shù)據(jù)獲取方法研究分項計量的目標是以計量和采集各類能耗信息，大型公建用能種類多樣，系統(tǒng)繁雜，因此必須建立統(tǒng)一的用能數(shù)據(jù)模型，以對實現(xiàn)規(guī)范化。圖2為我們針對大型公建的用能特點，提出的大型公建用能數(shù)據(jù)模型，從這一模型出發(fā)，計量的任務(wù)就是獲取各模型節(jié)點處的用能數(shù)據(jù)。從模型的最上層節(jié)點出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)場情況和投入資金條件，因地制宜的加裝電能表。圖2 能耗模型2.

8、2 數(shù)據(jù)傳輸方法研究根據(jù)實時能耗分析的需求，需短時間步長的能耗數(shù)據(jù)，因此必須采用自動采集的方法，而不能依靠人工抄表。數(shù)據(jù)分散管理的運行成本高于遠傳到數(shù)據(jù)中心的管理模式，而且，后者大大降低了數(shù)據(jù)維護的風(fēng)險。目前，信息技術(shù)的發(fā)展提供了互聯(lián)網(wǎng)和無線GPRS兩種遠距離低成本的數(shù)據(jù)傳遞服務(wù)，根據(jù)現(xiàn)場條件不同可以分別采用這兩種方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸。電能表和冷量計的數(shù)字通訊協(xié)議是標準RS485協(xié)議，為了將其連入互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)或GPRS系統(tǒng)，就需要研制專門的網(wǎng)關(guān)，解決接入問題。我們根據(jù)需要，組織研制了專用網(wǎng)關(guān)設(shè)備，可以使計量儀表通過網(wǎng)關(guān)后直接接入互聯(lián)網(wǎng)或GPRS這樣的數(shù)據(jù)傳輸公共服務(wù)系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)可采用被動式或自發(fā)

9、式傳輸兩種方式，前者是由管理中心呼叫，進行主從式數(shù)據(jù)傳輸，后者采用內(nèi)網(wǎng)向外主動發(fā)送的方式，這樣能夠省去靜態(tài)IP的投資，更適合與現(xiàn)場實際情況。數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w內(nèi)容可參考附件2。2.3 數(shù)據(jù)庫、軟件、界面體系研究數(shù)據(jù)庫及軟件構(gòu)架采用圖3方式，軟件分為采集軟件、分析軟件；公示平臺分為演示軟件和能耗公示網(wǎng)站。數(shù)據(jù)庫集群內(nèi)主要分為能耗原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、能耗公示結(jié)果數(shù)據(jù)庫兩種。具體內(nèi)容參考附件3和附件5。圖3 軟件及數(shù)據(jù)庫體系2.4 數(shù)據(jù)挖掘和能耗分析方法研究在實時采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過各類拆分方法，可得到大型公共建筑的總能耗和主要用能子系統(tǒng)（空調(diào)、照明、辦公設(shè)備、綜合服務(wù)、特殊功能等）能耗，計算對應(yīng)的能耗指

10、標，從而判斷建筑物整體及各主要用能系統(tǒng)的能耗是否合理，為了評價空調(diào)系統(tǒng)的整體能耗水平，提出空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟運行評價指標體系，可以評價冷源系統(tǒng)、輸配系統(tǒng)、末端系統(tǒng)等用能子系統(tǒng)的能耗水平及核心設(shè)備冷機的運行情況，其指標定義如表。 表 空調(diào)系統(tǒng)冷站在線診斷指標指標名稱指標計算方法單位面積空調(diào)能耗空調(diào)系統(tǒng)總能耗與空調(diào)面積之比單位面積耗冷量空調(diào)系統(tǒng)制備的總冷量與空調(diào)面積之比空調(diào)系統(tǒng)能效比空調(diào)系統(tǒng)制備的總冷量與空調(diào)系統(tǒng)總能耗之比制冷系統(tǒng)能效比空調(diào)系統(tǒng)制備的總冷量與制冷系統(tǒng)能耗之比冷水輸送系數(shù)空調(diào)系統(tǒng)制備的總冷量與冷水泵（包括冷水系統(tǒng)的一次泵、二次泵、加壓泵、二級泵等）能耗之比空調(diào)末端能效比空調(diào)系統(tǒng)制備的總冷量

11、與空調(diào)末端能耗之比冷機運行能效比冷機制備的冷量與冷機能耗之比冷卻水輸送系數(shù)冷卻水的散熱量與冷卻水泵能耗之比（注：冷卻水散熱量可由制冷量與冷機耗電量相加得到）2.5 橫向比較發(fā)現(xiàn)能耗問題圖4 不同建筑單位建筑面積總能耗的動態(tài)比較2.6 掌握能耗構(gòu)成狀況通過對建筑自身內(nèi)部各耗能組成的監(jiān)測，可直觀的掌握建筑能耗的分布，以此為基礎(chǔ)，可以有的放矢的對本建筑能耗進行進一步分析和實施節(jié)能改造。圖5所示為ZL建筑的總能耗中各耗能成分的動態(tài)變化（該圖顯示時段為非空調(diào)季）。圖5 ZL建筑的內(nèi)部能耗分項比較2.7 縱向分析尋找能耗漏洞通過對FZ建筑的能耗進行縱向的逐層分析，首先根據(jù)總能耗拆分發(fā)現(xiàn)空調(diào)能耗是該樓用電的

12、主要部分（如圖6），然后對空調(diào)能耗進一步細分，如圖7，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機能耗高是該樓的能耗漏洞所在。圖6 FZ建筑的總能耗按大系統(tǒng)拆分結(jié)果圖7 FZ建筑的空調(diào)能耗細分結(jié)果2.8 基于指標體系的在線能耗診斷方法應(yīng)用空調(diào)系統(tǒng)用能指標體系可以在線診斷冷站用能的合理性，圖8顯示的就是各監(jiān)測建筑的這四個指標在一段時間內(nèi)的比較。從中可以客觀的對各建筑空調(diào)系統(tǒng)用能合理性進行排序，并對節(jié)能改造提出建議。圖8 空調(diào)系統(tǒng)冷站用能合理性診斷指標實時計算結(jié)果2.9 改善運行管理，產(chǎn)生節(jié)能效益根據(jù)對MY（辦公建筑）的空調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)該樓末端風(fēng)機盤管電耗無論白天、夜間均基本穩(wěn)定在3-4W/m2水平。而當(dāng)夜間空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉時，風(fēng)

13、機盤管系統(tǒng)理應(yīng)關(guān)閉。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)該樓辦公人員下班后也沒有關(guān)掉風(fēng)機盤管的習(xí)慣，而運行管理人員也忽視了這部分能耗，在我們的建議下，從6月11日開始形成末端風(fēng)機關(guān)機的運行條例，圖9顯示出6月11日（紅色虛線所示）后這部分能耗的啟停狀況。自11日起三周與5月份三周的實際數(shù)據(jù)相比，已節(jié)電13700度電。僅此一項，全年可節(jié)省的耗電為總電耗的5。圖9 節(jié)能措施前后的能耗對比2.10 通過能耗公示激勵行為節(jié)能通過在JN樓施行能耗周報的形式進行公示，公示后的一個月該樓照明每天的照明能耗如圖10所示，能耗公示有效的提高了節(jié)能意識，并促進了行為節(jié)能，特別反映在照明能耗上，公示前照明能耗平均每工作日92.5 kWh，公

14、示后一個月降低到61.3 kWh，可見效果之顯著。圖10 公示激勵節(jié)能的數(shù)據(jù)對比2.11 對節(jié)能技術(shù)客觀評價CY樓在運行管理的改進過程中，采納了“冷卻塔整體變頻”代替“冷卻塔臺數(shù)控制”的節(jié)能策略。然而，如圖11所示，在6月26日開始實施該策略后，發(fā)現(xiàn)雖然冷卻塔的電耗略有降低，但冷機電耗增加卻很明顯，從而整體能耗明顯增大。25日與26日天氣情況類似，冷量基本相同，但為何“節(jié)能手段”反而導(dǎo)致不節(jié)能的現(xiàn)象？經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，其冷卻塔整體變頻的啟停非常頻繁，而其啟停是由冷卻水回水溫度設(shè)定值決定的，目前該值設(shè)定在27度，因此冷卻塔啟停頻繁導(dǎo)致其變頻性能及對冷機能耗的改善并未體現(xiàn)出來。目前正與該樓管理人員交涉，

15、協(xié)商設(shè)備運行方式，并著手實施改進的自動控制系統(tǒng)，從而進一步驗證節(jié)能運行策略的效果。因此，通過計量可以及時糾正運行管理中易犯錯誤的環(huán)節(jié)，同時也對節(jié)能技術(shù)進行客觀的評價和衡量，引導(dǎo)各類技術(shù)及節(jié)能市場的發(fā)展。圖11 節(jié)能策略實施后的實際能耗效果對比2.12 引導(dǎo)節(jié)能化運行管理計量數(shù)據(jù)為運行管理提供了量化依據(jù)。通過在CF建筑空調(diào)系統(tǒng)冷站過渡季某日的監(jiān)測結(jié)果，對比了“冷卻塔免費供冷模式”運行和“冷機制冷模式”運行的能耗情況，如圖12所示?？梢钥闯?，在過渡季，當(dāng)室外濕球溫度在一定條件下時，應(yīng)盡量利用冷卻塔免費供冷模式運行。這為該建筑運行管理的優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)依據(jù)，類似的各種節(jié)能運行措施也能在分項計量的平臺基

16、礎(chǔ)得得到推廣和驗證。圖12 運行中不同技術(shù)策略的實時能耗對比2.13 其他應(yīng)用1）以分項計量平臺為基礎(chǔ)，可以逐漸建立大型公共建筑運行耗能分項定額指標，并可實時掌握實際用能狀況，落實國務(wù)院即將頒布的“建筑節(jié)能運行管理條例”中的用能定額管理，超指標增交能耗費制；2）為負責(zé)運行管理的物業(yè)公司節(jié)能運行考核與承擔(dān)節(jié)能改造的ESCO（合同能源管理公司）的業(yè)績考核提供作為公平的平臺，從而能夠真正通過市場機制推進大型公共建筑的節(jié)能改造和節(jié)能運行；3）同時，物業(yè)考核也可以以該平臺為依據(jù)，徹底改變傳統(tǒng)的物業(yè)管理模式，真正將節(jié)能與物業(yè)經(jīng)濟效益掛鉤，從而以此為驅(qū)動力，真正激勵和引導(dǎo)自發(fā)節(jié)能運行管理。3 展望大型公共建筑能耗統(tǒng)計與分析平臺的建立是建筑節(jié)能工作開展的基礎(chǔ)。搭建這樣的平臺的初投資為大型公建年運行能耗費用的2%3%，平臺的運行管理費用不到大型公建年運行能耗費用的萬分之一。通過這個平臺促進了節(jié)能運行和節(jié)能管理，在不增加任何其它初投資的前提下可以降低運行能耗