淺談公共建筑能耗研究分析及系統介紹
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：通過對湖南省典型公共建筑的能耗數據進行分析研究，給出各類公共建筑實際能耗指標，并分析產生原因。
關鍵詞：能耗監測;數據分析;平臺
0引言
建筑能耗是我國能源消耗的三大巨頭之一，約占全國總能耗的三分之一，如果得不到合理的控制，將對我國節能減排目標產生嚴重影響，開展建筑物節能減排工作成為當務之急。傳統建筑能耗缺少分類分項計量，存在數據缺失或統計不正確、實時性差、橫向對比分析困難等問題，對建筑物能源浪費無法追蹤溯源，無法對建筑節能指標做出客觀評判。住建部2007年10月發布了《關于加強國家機關辦公建筑和大型公共建筑節能管理工作的實施意見》，其后全國各省市陸續開展了不同規模的建筑節能監管平臺建設，但數據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監測平臺建設項目”，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湖南省能耗監測平臺架構
依據《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統建設相關技術導則》、《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據采集技術導則》等相關技術標準要求，湖南省公共建筑能耗監測平臺系統架構由終端儀表層、數據采集傳輸層、應用展示層三部分組成，圖1所示為平臺系統框圖。
圖1 湖南省公共建筑能耗監測平臺系統框圖
圖1中，終端儀表層為各單棟公共建筑內計量水、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、氣等能源的能耗數據;數據采集傳輸層包括數據采集器、數據傳輸網絡，主要負責采集終端儀表的用能數據，并將數據通過有線或無線網絡上傳至各市州、高校數據中心;應用展示層即數據中心，負責接收上報的數據包，同時對數據包進行數據解析、存儲、展示。
2湖南省能耗監測平臺的基本信息
為獲取公共建筑能耗數據，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建設，且要求系統應具有遠程數據傳輸功能。但從實際情況來看，各單體公共建筑能耗數據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建設并實現與省級監測平臺聯網，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測平臺的具體情況統計(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建筑能耗數據分析
由于系統建設初期主要在既有建筑內安裝能耗采集系統，而建筑內原有供配電系統設置不盡合理，導致多數單棟建筑數據上傳不完整。為確保分析結果真實有效，課題組在排除能耗數據存在明顯異常的建筑后，從621棟公共建筑中選取長沙地區具有代表性的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、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年至今的采集數據進行分析，發現監測平臺系統建設初期運行不穩定、數據邏輯性不夠，僅2019年的系統運行較為平穩，故采用2019年數據作為研究依據。結合樣本建筑的能耗數據從建筑類別、季節影響、分類分項能耗數據等多維度進行了數據取樣、整理和分析。
經過對表2中五大類建筑采集數據進行整理分析，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中不難發現，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年數據逐月拆分，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在1月、7月和8月。從氣象歷史數據可知，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適宜溫度，空調類負荷用電量必然加大。故可得出結論，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典型用電需求及特征。由于照明、動力等類型負荷隨季節波動較小，故圖3中各類建筑在每個月總能耗中呈現的動態變化部分可以認為主要由空調逐月耗電變化引起。
將樣本建筑能耗數據按空調、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?？照{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結論
從上述分析得知，五大類公共建筑空調在整體能耗中占比不是很高，這與常規建筑分項計量有偏差，課題組經過分析研究認為其主要原因有三點:一是根據湖南地區氣候特點，空調負荷為季節性負荷;二是接入湖南省公共建筑能耗監測平臺的公共建筑，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負荷分開單獨回路供電，存在部分分體空調接入照明回路的情況;三是由于湖南地區燃氣價格相對較低，商業建筑與酒店建筑中多數建筑在冬季采用燃氣用能，因而也降低了全年能耗中空調能耗的占比。總之，經實測數據及分析研究，湖南省經過對部分既有建筑進行節能改造、對新建建筑節能工作抓落地實施，節能效果顯著。但由于湖南省公共建筑能耗監測系統初期運行情況不理想，使得本次分析存在所選樣本數量偏少、運行數據僅采用了2019年的數據等不足，故分析結果有一定的局限性。
5 安科瑞能耗監控系統介紹
Acrel-5000能耗在線監測系統是用戶端能源管理分析系統，在電能管理系統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計，以直觀的數據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，有效節約能源，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關規定實施能源審計，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，并向縣級以上人民政府管理節能工作的部門報送能源審計報告。
5.1平臺結構
Acrel-5000能耗在線監測系統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，根據現場實際情況采用現場總線、光纖環網或無線通訊中的一種或多種結合的組網方式，為大型公共建筑的實時數據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成任意復雜的監控系統。開放性、網絡化、單元化、組態化的采用面向對象的分層、分級、分布式智能一體化結構。建立如下層次結構：
圖5 平臺結構
5.2平臺功能
（1）系統可按使用年份統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。系統以餅圖形式展示建筑4大用電分項能耗的占比情況。系統以曲線圖形展現各類能耗的消耗的消耗趨勢，便于業主方實時直觀掌握能源消耗情況。
（2）系統可以根據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）系統依據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，使得能耗監測系統可以覆蓋整個建筑物。系統使用者可通過相關界面調取該建筑物各能耗節點的能耗統計報表，減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計量誤差。
（4）系統依據住建部分類分項能耗數據采集導則，將建筑物耗電分為照明插座、空調、動力和特殊用電進行計量裝置選型和設置，并按用能區域或功能區域等劃分并進行統計，以報表和同、環比棒圖形式展現該區域的能源消耗。
（5）系統可針對能源消耗量大的設備或區域進行準確定位，便于管理層制定節能績效考核制度，推動節能降耗的有效執行。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果，結合設備維護保養記錄，為設備的運行維護提供依據。
（6）系統提供分級權限管理功能，對具備權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監測范圍內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、建筑物人員數量等。系統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數據上傳
安科瑞能耗在線監測系統按照用能單位能耗在線監測系統技術規范定義的系統平臺接口協議規范的要求，將用能企業的基礎信息、計量器具信息、用能數據及能效數據上傳至省級或國家平臺，上傳數據經過HTTPS協議加密傳輸。如果數據傳輸失敗或超時（網絡故障），將重發數據，直至接收成功反饋消息。
5.4能源計量表具選型
5.5通訊網關參數
【參考文獻】
[1]唐麗萍.綠色照明與建筑照明節能設計[J].工業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]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
Email：2851375246@qq.com ： QQ：2851375246
