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淺談公共建筑能耗研究分析及系統(tǒng)介紹

時(shí)間:2022/2/9閱讀:441
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摘要:通過對(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。
關(guān)鍵詞:能耗監(jiān)測;數(shù)據(jù)分析;平臺(tái)
0引言
       建筑能耗是我國能源消耗的三大之一,約占全國總能耗的三分之一,如果得不到合理的控制,將對(duì)我國節(jié)能減排目標(biāo)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,開展建筑物節(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等問題,對(duì)建筑物能源浪費(fèi)無法追蹤溯源,更無法對(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》,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(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)測平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目",并于項(xiàng)目建成運(yùn)營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)測平臺(tái)架構(gòu)
       依據(jù)《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則》、《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(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)通過有線或無線網(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年開始組織全省開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)測平臺(tái)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(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m2,具體情況見表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??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、沒有嚴(yán)格按照照明插座與空調(diào)負(fù)荷分開單獨(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?,因而也降低了全年能耗中空調(diào)能耗的占比??傊?,經(jīng)實(shí)測數(shù)據(jù)及分析研究,湖南省經(jīng)過對(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。但由于湖南省公共建筑能耗監(jiān)測系統(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。用戶可按照國家有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源審計(jì),分析現(xiàn)狀,查找問題,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)測系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)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(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),它可以和檢測設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、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,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。以條形顯示過去48小時(shí)、31天、12個(gè)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(jìn)行能耗計(jì)量點(diǎn)的選取和設(shè)置,使得能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以覆蓋整個(gè)建筑物。系統(tǒng)使用者可通過相關(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,長期跟蹤記錄設(shè)備運(yùn)行過程中的能效分析評(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)測系統(tǒng)按照用能單位能耗在線監(jiān)測系統(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)或國家平臺(tái),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(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)
【參考文獻(xiàn)】
[1]唐麗萍.綠色照明與建筑照明節(jié)能設(shè)計(jì)[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(shù),2021,15(05):35-37
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06版
作者簡介:侯文莉,女,本科,現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)榻ㄖ芎谋O(jiān)測系統(tǒng)。


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