能耗管理系統在大型綜合商業(yè)建筑中的應用研究

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

關(guān)鍵詞：大型綜合商業(yè)建筑；能耗管理系統；建筑節能

0 引言

隨著(zhù)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)的能源需求日益增長(cháng)，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，“節能減排”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，節能需求十分地迫切。目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(lèi)主要進(jìn)行市場(chǎng)化商業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的建筑，一般建筑面積2萬(wàn)以上，集辦公樓、零售店、商場(chǎng)、娛樂(lè )場(chǎng)所、酒店等商業(yè)功能于一體的大型綜合建筑。

1 國內大型綜合商業(yè)項目能耗現狀

上海市對千余棟各類(lèi)大型公共建筑實(shí)施能耗管理系統進(jìn)行能耗統計，通過(guò)數據處理發(fā)現一能耗規律，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，統計樣本沒(méi)有通過(guò)安德森一達令正態(tài)性檢驗口l。由該調查結果可以看到，綜合商業(yè)建筑由于區域分布多樣、用能情況復雜，不存在明顯的規律性。因此通過(guò)簡(jiǎn)單的數值統計很難全面了解大型綜合商業(yè)建筑的能耗情況，只有使用能耗管理系統進(jìn)行能耗計量、監測及分析，才能科學(xué)準確地掌握此類(lèi)建筑的能耗。

2 某大型綜合商業(yè)項目中能耗管理系統應用

2.1 能耗計量與監測

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

圖1建筑能耗計量主要分項結構圖

通過(guò)能耗管理系統的統計，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?hù)用電占76%，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)。從統計數據可以看到：①建筑整體的單位面積能耗、商戶(hù)單位面積能耗及公共用電系統的分項單位面積能耗，均遠高于上海市統計平均值，有較大的節能潛力。②大型綜合商業(yè)建筑中商戶(hù)用電占總耗電量的百分比遠高于公共用電，由于商戶(hù)能耗受經(jīng)營(yíng)限制，降低難度較大，因此雖然節能潛力大，但項目整體的節能難度很大。

由于商戶(hù)能耗難以控制的特點(diǎn)，我們將公共能耗作為節能重點(diǎn)，圖2為公共能耗中各機電系統的能耗占比情況：

通過(guò)對公共部分各機電系統的能耗監測，能夠清楚掌握各系統設備的能耗特點(diǎn)，針對這些特點(diǎn)提出降低能耗的措施方案，獲得了較好的節能效果。以下就幾項明顯節能的機電系統做具體分析：

圖2公共用電各分項用電量比例圖

2.1.1 空調系統

2.1.1.1 冷凍站系統

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

通過(guò)能耗監測發(fā)現，制冷機組的運行耗電量相 當于三臺機組在額定功率下運行時(shí)的耗電量水平，即基本滿(mǎn)負荷運行，而實(shí)際冷負荷僅達到設計冷負荷的60％左右。經(jīng)現場(chǎng)調查后發(fā)現，由于物業(yè)人員管理不當，變頻冷凍水泵一直在定頻狀態(tài)運行，沒(méi)有發(fā)揮出一次泵變流量系統的節能作用。發(fā)現了這一問(wèn)題后，物業(yè)管理人員在2011年8月起加強對一次泵變流量空調系統的控制系統管理。將冷凍水系統控制原則設為定溫差、變流量控制，使得冷凍機組及冷凍水泵的運行狀態(tài)根據系統冷負荷量進(jìn)行合理調節。2012年制冷季節冷凍站能耗降低24%。

2.1.1.2 空調末端系統

該項目空調末端采用風(fēng)機盤(pán)管系統，2011年末端系統耗電量975.74MWh，單位面積耗電量13.31kwh/(m²·a)。

通過(guò)能耗監測發(fā)現，夜間空調末端設備仍有較明顯能耗，據此可以判斷項目在設備管理方面存在一定疏忽，在加強夜間設備管理確保設備及時(shí)關(guān)閉后，2012年全年空調末端系統能耗降低17%。

2.1.1.3 過(guò)渡季節空調系統開(kāi)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(guò)渡季節需要制冷時(shí)，冷凍站與空氣源熱泵都可以提供冷量，在項目剛開(kāi)始運營(yíng)時(shí)選擇哪一個(gè)設備作為冷源相對比較模糊。

雖然額定功率下冷水機組的COP高于空氣源熱泵，但冷凍站在低負載率的運行狀態(tài)下C0P會(huì )有所下降，同時(shí)其與空氣源熱泵相比還需要額外的冷卻系統，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(guò)渡季節部分負荷時(shí)，如何選擇節能的開(kāi)機策略，就成為了一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

通過(guò)對能耗數據的分析發(fā)現2011年過(guò)渡季節，該項目選擇了以空氣源熱泵提供制冷,為了好的研究過(guò)渡季節運行模式，在2012年1O月改用冷水機組系統提供制冷。通過(guò)能耗監測數據，發(fā)現取得了不同的運行效果。

表 1 2011年及2012年10月制冷系統耗電量比較

可見(jiàn)雖然冷凍站制冷比空氣源熱泵多了一套冷卻系統，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。當室內所需冷負荷低，建議不開(kāi)啟制冷機組，直接通過(guò)室外新風(fēng)來(lái)承擔室內熱負荷，既保證了室內環(huán)境舒適性，又可獲得好的節能效果。 

2.1.2 公共照明系統

2011年該項目公共照明系統年耗電量為1543.45MWh，略高于上海市公共建筑照明系統位面積耗電量56.33kWh/(m²·a），略高于上海市公共建筑照明系統單位面積強度指標。由于商業(yè)項目中經(jīng)營(yíng)區域的燈光涉及客戶(hù)環(huán)境感受，因此這部分區域的照明節能空間較小，后勤區域的照明系統則有較大的節能潛力，2011年項目對后勤區域的照明燈具進(jìn)行節能改造，將T8熒光燈換為T(mén)5型，到2012年全年節能率達到20.2%。

2.2 設計用電量指導

運用能耗管理系統，除了能夠進(jìn)行節能管理以外，重要的是能幫助開(kāi)發(fā)商判斷項目的用電設計水平，從而為日后同類(lèi)項目提供用電設計容量的參考。

通過(guò)統計，該項目對項目整體用電峰值和商戶(hù)用電峰值有以下特點(diǎn)和規律:項目設計容量大于實(shí)際用電峰值容量；商戶(hù)要求用電容量遠大于實(shí)際用電峰值容量。

因此，該項目所在集團在新建同類(lèi)大型綜合商業(yè)項目時(shí)，即可參照歷史用電數據，以避免設計容量過(guò)大造成不必要的建造及運營(yíng)成本的增加。

2.3 合理用能指導

除了通過(guò)能耗監測判斷設備的運行水平外，還可以根據能耗管理系統的統計數據，獲得各能耗系統的單位面積能耗情況，與國家相關(guān)單位面積能耗指標進(jìn)行比較，從而了解項目的用能水平。當發(fā)現高于國家指導的能耗指標時(shí)，即可有針對性的進(jìn)行進(jìn)一步能耗問(wèn)題研究，挖掘節能潛力。

3 安科瑞能耗管理系統介紹

3.1系統架構介紹

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，根據現場(chǎng)實(shí)際情況采用現場(chǎng)總線(xiàn)、光纖環(huán)網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)通訊中的一種或多種結合的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)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(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò )化、單元化、組態(tài)化的采用面向對象的分層、分級、分布式智能一體建立如下層次結構：

圖 3 安科瑞Acrel-5000能耗管理系統架構示意圖

3.2 系統功能介紹

圖4 安科瑞Acrel-5000能耗管理系統用能統計示意圖

3.2.1支路用能

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

3.2.2分項能耗統計

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

3.2.3分項用能報表

系統可以統計各分項某段時(shí)間內逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能?？刹榭捶猪椫懈髦酚媚苴厔?，可根據已有的日期或者自定義時(shí)間進(jìn)行查詢(xún)，統計數據可導出至Excel。

3.2.4能耗的同比環(huán)比分析

系統可將各主要耗能設備的能耗與去年同期值和上月值進(jìn)行同比環(huán)比分析，檢驗節能效果，根據分析結果執行節能績(jì)效考核，以及節能目標的修正。統計各支路當年每月用能及去年同期用能。

3.2.5用能數據檢查

系統可以統計某段時(shí)間內各回路與下級支路的用能差值，超過(guò)一定百分比后醒目顯示，確保計量體系的完整性、準確性。

3.3系統設備選型

表2 安科瑞Acrel-5000能耗管理系統設備選型示意圖

4 結論

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

(1)改善運營(yíng)管理:通過(guò)實(shí)施能耗管理系統，采取分項計量、能耗監測等方式掌握能耗情況后，可采取兩種途徑來(lái)提高運營(yíng)管理水平，分別是：

①對由于使用習慣不當造成能耗浪費的系統或設備，可以通過(guò)對能耗數據的分析，找出問(wèn)題原因，調整使用方式以達到節能目的。

②對因設備老舊等原因造成運營(yíng)狀況不理想、耗電量明顯高于正常范圍的機電系統，對癥下藥地采取節能改造措施，如：換設備、重新調試等，使該設備的耗電量下降。

(2)幫助確定用電設計量：通過(guò)應用能耗管理系統，全面準確地掌握租戶(hù)在經(jīng)營(yíng)成熟期 的實(shí)際能耗需求量，為同類(lèi)新建商業(yè)項目設計提供參考，以避免設計用電負荷過(guò)量造成的浪費，或避免設計用電負荷不足造成對生成經(jīng)營(yíng)的影響。

(3)合理用能指導：通過(guò)系統統計能耗數據，與同類(lèi)型大型綜合商業(yè)項目進(jìn)行橫向比較，或與國家頒布的合理用能指標相比以判斷相對能耗水平。

【參考文獻】

[1]徐強，莊智，朱偉峰等.上海市大型公共建筑能耗統計分析．

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