能耗管理系統(tǒng)在大型綜合商業(yè)建筑中的應(yīng)用研究

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：本文以某大型綜合商業(yè)項目中能耗管理系統(tǒng)的應(yīng)用為例，通過采用能耗管理系統(tǒng)，對建筑能耗規(guī)律進(jìn)行分析并有針對性地挖掘節(jié)能潛力，發(fā)揮了顯著的節(jié)能效果。以此論證能耗管理系統(tǒng)在大型綜合商業(yè)建筑中的應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：大型綜合商業(yè)建筑；能耗管理系統(tǒng)；建筑節(jié)能

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)的能源需求日益增長，世界各國都將減少能源消耗、降低碳排放量作為共同的目標(biāo)，“節(jié)能減排”已成為我國一項重要的國策。建筑業(yè)作為能耗消耗的主要行業(yè)，占總能耗較大比重，節(jié)能需求十分地迫切。目前我國既有大型公共建筑約5億，每年耗電近1000億度，單位建筑面積耗電量為住宅的10—2O倍。本文中所探討的大型綜合商業(yè)建筑屬于大型公共建筑中的一類主要進(jìn)行市場化商業(yè)經(jīng)營活動的建筑，一般建筑面積2萬以上，集辦公樓、零售店、商場、娛樂場所、酒店等商業(yè)功能于一體的大型綜合建筑。

1 國內(nèi)大型綜合商業(yè)項目能耗現(xiàn)狀

上海市對千余棟各類大型公共建筑實施能耗管理系統(tǒng)進(jìn)行能耗統(tǒng)計，通過數(shù)據(jù)處理發(fā)現(xiàn)一能耗規(guī)律，了解到綜合商業(yè)建筑的單位面積能耗在44.9～350.8kWh/m²·a之間，平均值為154.2kWh／m²·a，統(tǒng)計樣本沒有通過安德森一達(dá)令正態(tài)性檢驗口l。由該調(diào)查結(jié)果可以看到，綜合商業(yè)建筑由于區(qū)域分布多樣、用能情況復(fù)雜，不存在明顯的規(guī)律性。因此通過簡單的數(shù)值統(tǒng)計很難了解大型綜合商業(yè)建筑的能耗情況，只有使用能耗管理系統(tǒng)進(jìn)行能耗計量、監(jiān)測及分析，才能科學(xué)準(zhǔn)確地掌握此類建筑的能耗。

2 某大型綜合商業(yè)項目中能耗管理系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 能耗計量與監(jiān)測

以下將以某個位于上海市的大型綜合商業(yè)項目為例，對能耗管理系統(tǒng)應(yīng)用對于建筑節(jié)能的意義做具體分析研究。該項目總建筑面積10萬，集購物、餐飲、休閑娛樂等各類業(yè)態(tài)組合于一體，租戶總面積約7萬。該項目的能耗分項如圖1：

圖1建筑能耗計量主要分項結(jié)構(gòu)圖

通過能耗管理系統(tǒng)的統(tǒng)計，該大型綜合商業(yè)建筑2011年總能耗為30276.82MWh，單位面積能耗量為302.77kWh/(m²·a)?？偰芎闹猩虘粲秒娬?6%，單位面積能耗為375．67kWh/(m²·a)；公共用電占24%，單位面積能耗為73．83kWh/( m²·a)。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看到：①建筑整體的單位面積能耗、商戶單位面積能耗及公共用電系統(tǒng)的分項單位面積能耗，均遠(yuǎn)高于上海市統(tǒng)計平均值，有較大的節(jié)能潛力。②大型綜合商業(yè)建筑中商戶用電占總耗電量的百分比遠(yuǎn)高于公共用電，由于商戶能耗受經(jīng)營限制，降低難度較大，因此雖然節(jié)能潛力大，但項目整體的節(jié)能難度很大。

由于商戶能耗難以控制的特點，我們將公共能耗作為節(jié)能，圖2為公共能耗中各機(jī)電系統(tǒng)的能耗占比情況：

通過對公共部分各機(jī)電系統(tǒng)的能耗監(jiān)測，能夠清楚掌握各系統(tǒng)設(shè)備的能耗特點，針對這些特點提出降低能耗的措施方案，獲得了較好的節(jié)能效果。以下就幾項明顯節(jié)能的機(jī)電系統(tǒng)做具體分析：

圖2公共用電各分項用電量比例圖

2.1.1 空調(diào)系統(tǒng)

2.1.1.1 冷凍站系統(tǒng)

該項目采用一次泵變流量系統(tǒng)，冷源為離心式冷水機(jī)組，冷凍/卻水泵均可變頻。2011年冷凍站系統(tǒng)年耗電量3424.14MWh，單位面積耗電量 46．70kWh/(m²·a）。

通過能耗監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，制冷機(jī)組的運(yùn)行耗電量相 當(dāng)于三臺機(jī)組在額定功率下運(yùn)行時的耗電量水平，即基本滿負(fù)荷運(yùn)行，而實際冷負(fù)荷僅達(dá)到設(shè)計冷負(fù)荷的60％左右。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，由于物業(yè)人員管理不當(dāng)，變頻冷凍水泵一直在定頻狀態(tài)運(yùn)行，沒有發(fā)揮出一次泵變流量系統(tǒng)的節(jié)能作用。發(fā)現(xiàn)了這一問題后，物業(yè)管理人員在2011年8月起加強(qiáng)對一次泵變流量空調(diào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)管理。將冷凍水系統(tǒng)控制原則設(shè)為定溫差、變流量控制，使得冷凍機(jī)組及冷凍水泵的運(yùn)行狀態(tài)根據(jù)系統(tǒng)冷負(fù)荷量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。2012年制冷季節(jié)冷凍站能耗降低24%。

2.1.1.2 空調(diào)末端系統(tǒng)

該項目空調(diào)末端采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，2011年末端系統(tǒng)耗電量975.74MWh，單位面積耗電量13.31kwh/(m²·a)。

通過能耗監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，夜間空調(diào)末端設(shè)備仍有較明顯能耗，據(jù)此可以判斷項目在設(shè)備管理方面存在一定疏忽，在加強(qiáng)夜間設(shè)備管理確保設(shè)備及時關(guān)閉后，2012年全年空調(diào)末端系統(tǒng)能耗降低17%。

2.1.1.3 過渡季節(jié)空調(diào)系統(tǒng)開啟策略

該項目在冬夏兩季的制冷供熱方式非常明確，即:夏季制冷由冷凍站提供冷量，冬季空氣源熱泵提供熱量。但在過渡季節(jié)需要制冷時，冷凍站與空氣源熱泵都可以提供冷量，在項目剛開始運(yùn)營時選擇哪一個設(shè)備作為冷源相對比較模糊。

雖然額定功率下冷水機(jī)組的COP高于空氣源熱泵，但冷凍站在低負(fù)載率的運(yùn)行狀態(tài)下C0P會有所下降，同時其與空氣源熱泵相比還需要額外的冷卻系統(tǒng)，綜合之下兩者的能源使用效率孰高孰低較難判斷。因此在過渡季節(jié)部分負(fù)荷時，如何選擇更節(jié)能的開機(jī)策略，就成為了一個值得研究的問題。

通過對能耗數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)2011年過渡季節(jié)，該項目選擇了以空氣源熱泵提供制冷,為了更好的研究過渡季節(jié)運(yùn)行模式，在2012年1O月改用冷水機(jī)組系統(tǒng)提供制冷。通過能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)取得了不同的運(yùn)行效果。

表 1 2011年及2012年10月制冷系統(tǒng)耗電量比較

可見雖然冷凍站制冷比空氣源熱泵多了一套冷卻系統(tǒng)，但是制冷效率還是要于后者。因此，建議多采取冷凍站方式進(jìn)行制冷。當(dāng)室內(nèi)所需冷負(fù)荷更低，建議不開啟制冷機(jī)組，直接通過室外新風(fēng)來承擔(dān)室內(nèi)熱負(fù)荷，既保證了室內(nèi)環(huán)境舒適性，又可獲得更好的節(jié)能效果。 

2.1.2 公共照明系統(tǒng)

2011年該項目公共照明系統(tǒng)年耗電量為1543.45MWh，略高于上海市公共建筑照明系統(tǒng)位面積耗電量56.33kWh/(m²·a），略高于上海市公共建筑照明系統(tǒng)單位面積強(qiáng)度指標(biāo)。由于商業(yè)項目中經(jīng)營區(qū)域的燈光涉及客戶環(huán)境感受，因此這部分區(qū)域的照明節(jié)能空間較小，后勤區(qū)域的照明系統(tǒng)則有較大的節(jié)能潛力，2011年項目對后勤區(qū)域的照明燈具進(jìn)行節(jié)能改造，將T8熒光燈更換為T5型，到2012年全年節(jié)能率達(dá)到20.2%。

2.2 設(shè)計用電量指導(dǎo)

運(yùn)用能耗管理系統(tǒng)，除了能夠進(jìn)行節(jié)能管理以外，更重要的是能幫助開發(fā)商判斷項目的用電設(shè)計水平，從而為日后同類項目提供用電設(shè)計容量的參考。

通過統(tǒng)計，該項目對項目整體用電峰值和商戶用電峰值有以下特點和規(guī)律:項目設(shè)計容量大于實際用電峰值容量；商戶要求用電容量遠(yuǎn)大于實際用電峰值容量。

因此，該項目所在集團(tuán)在新建同類大型綜合商業(yè)項目時，即可參照歷史用電數(shù)據(jù)，以避免設(shè)計容量過大造成不必要的建造及運(yùn)營成本的增加。

2.3 合理用能指導(dǎo)

除了通過能耗監(jiān)測判斷設(shè)備的運(yùn)行水平外，還可以根據(jù)能耗管理系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，獲得各能耗系統(tǒng)的單位面積能耗情況，與相關(guān)單位面積能耗指標(biāo)進(jìn)行比較，從而了解項目的用能水平。當(dāng)發(fā)現(xiàn)高于指導(dǎo)的能耗指標(biāo)時，即可更有針對性的進(jìn)行進(jìn)一步能耗問題研究，挖掘節(jié)能潛力。

3 安科瑞能耗管理系統(tǒng)介紹

3.1系統(tǒng)架構(gòu)介紹

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)以計算機(jī)、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(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，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?、分級、分布式智能一體建立如下層次結(jié)構(gòu)：

圖 3 安科瑞Acrel-5000能耗管理系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

3.2 系統(tǒng)功能介紹

圖4 安科瑞Acrel-5000能耗管理系統(tǒng)用能統(tǒng)計示意圖

3.2.1支路用能

系統(tǒng)可以統(tǒng)計各支路某段時間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。系統(tǒng)可查看各支路用能趨勢，可根據(jù)已有的日期或者自定義時間進(jìn)行查詢，并可以將支路用能顯示合計，以圖表形式顯示。

3.2.2分項能耗統(tǒng)計

系統(tǒng)可以按照分項進(jìn)行能耗統(tǒng)計與顯示。其中，日分項用能同比分析圖顯示不同分項的當(dāng)日與昨日能耗柱狀圖；用能餅圖顯示各分項過去31天的用能占比；堆積圖顯示各分項過去31天的能耗趨勢；分項用能排名圖顯示被選中分項對應(yīng)能耗值排名*位的支路。

3.2.3分項用能報表

系統(tǒng)可以統(tǒng)計各分項某段時間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。可查看分項中各支路用能趨勢，可根據(jù)已有的日期或者自定義時間進(jìn)行查詢，統(tǒng)計數(shù)據(jù)可導(dǎo)出至Excel。

3.2.4能耗的同比環(huán)比分析

系統(tǒng)可將各主要耗能設(shè)備的能耗與去年同期值和上月值進(jìn)行同比環(huán)比分析，檢驗節(jié)能效果，根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行節(jié)能績效考核，以及節(jié)能目標(biāo)的修正。統(tǒng)計各支路當(dāng)年每月用能及去年同期用能。

3.2.5用能數(shù)據(jù)檢查

系統(tǒng)可以統(tǒng)計某段時間內(nèi)各回路與下級支路的用能差值，超過一定百分比后醒目顯示，確保計量體系的完整性、準(zhǔn)確性。

3.3系統(tǒng)設(shè)備選型

表2 安科瑞Acrel-5000能耗管理系統(tǒng)設(shè)備選型示意圖

4 結(jié)論

在大型綜合商業(yè)建筑中應(yīng)用能耗管理系統(tǒng)，通過充分掌握建筑內(nèi)的能耗情況，對于建筑能耗管理的意義主要有以下幾點：

(1)改善運(yùn)營管理:通過實施能耗管理系統(tǒng)，采取分項計量、能耗監(jiān)測等方式掌握能耗情況后，可采取兩種途徑來提高運(yùn)營管理水平，分別是：

①對由于使用習(xí)慣不當(dāng)造成能耗浪費(fèi)的系統(tǒng)或設(shè)備，可以通過對能耗數(shù)據(jù)的分析，找出問題原因，調(diào)整使用方式以達(dá)到節(jié)能目的。

②對因設(shè)備老舊等原因造成運(yùn)營狀況不理想、耗電量明顯高于正常范圍的機(jī)電系統(tǒng)，對癥下藥地采取節(jié)能改造措施，如：更換設(shè)備、重新調(diào)試等，使該設(shè)備的耗電量下降。

(2)幫助確定用電設(shè)計量：通過應(yīng)用能耗管理系統(tǒng)，準(zhǔn)確地掌握租戶在經(jīng)營成熟期 的實際能耗需求量，為同類新建商業(yè)項目設(shè)計提供參考，以避免設(shè)計用電負(fù)荷過量造成的浪費(fèi)，或避免設(shè)計用電負(fù)荷不足造成對生成經(jīng)營的影響。

(3)合理用能指導(dǎo)：通過系統(tǒng)統(tǒng)計能耗數(shù)據(jù)，與同類型大型綜合商業(yè)項目進(jìn)行橫向比較，或與頒布的合理用能指標(biāo)相比以判斷相對能耗水平。

【參考文獻(xiàn)】

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[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.[J]2019.11版

作者簡介：

劉丹，女，主要研究方向為能耗管理系統(tǒng)在大型綜合商業(yè)建筑中的應(yīng)用研究。