能耗管理系統在大型綜合商業建筑中的應用研究

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項目中能耗管理系統的應用為例，通過采用能耗管理系統，對建筑能耗規律進行分析并有針對性地挖掘節能潛力，發揮了顯著的節能效果。以此論證能耗管理系統在大型綜合商業建筑中的應用意義。

關鍵詞：大型綜合商業建筑；能耗管理系統；建筑節能

 

0 引言

隨著經濟的迅猛發展，各行各業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，“節能減排”已成為我國一項重要的國策。建筑業作為能耗消耗的主要行業，占總能耗較大比重，節能需求十分地迫切。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建筑屬于大型公共建筑中的一類主要進行市場化商業經營活動的建筑，一般建筑面積2萬以上，集辦公樓、零售店、商場、娛樂場所、酒店等商業功能于一體的大型綜合建筑。

 

1 國內大型綜合商業項目能耗現狀

上海市對千余棟各類大型公共建筑實施能耗管理系統進行能耗統計，通過數據處理發現一能耗規律，了解到綜合商業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，統計樣本沒有通過安德森一達令正態性檢驗口l。由該調查結果可以看到，綜合商業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。因此通過簡單的數值統計很難了解大型綜合商業建筑的能耗情況，只有使用能耗管理系統進行能耗計量、監測及分析，才能科學準確地掌握此類建筑的能耗。

 

2 某大型綜合商業項目中能耗管理系統應用

2.1 能耗計量與監測

以下將以某個位于上海市的大型綜合商業項目為例，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，集購物、餐飲、休閑娛樂等各類業態組合于一體，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構圖

通過能耗管理系統的統計，該大型綜合商業建筑2011年總能耗為30276.82MWh，單位面積能耗量為302.77kWh/(m²·a)。總能耗中商戶用電占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大型綜合商業建筑中商戶用電占總耗電量的百分比遠高于公共用電，由于商戶能耗受經營限制，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。

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

通過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，針對這些特點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）。

通過能耗監測發現，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的耗電量水平，即基本滿負荷運行，而實際冷負荷僅達到設計冷負荷的60％左右。經現場調查后發現，由于物業人員管理不當，變頻冷凍水泵一直在定頻狀態運行，沒有發揮出一次泵變流量系統的節能作用。發現了這一問題后，物業管理人員在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根據系統冷負荷量進行合理調節。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機盤管系統，2011年末端系統耗電量975.74MWh，單位面積耗電量13.31kwh/(m²·a)。

通過能耗監測發現，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關閉后，2012年全年空調末端系統能耗降低17%。

2.1.1.3 過渡季節空調系統開啟策略

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，在項目剛開始運營時選擇哪一個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，綜合之下兩者的能源使用效率孰高孰低較難判斷。因此在過渡季節部分負荷時，如何選擇更節能的開機策略，就成為了一個值得研究的問題。

通過對能耗數據的分析發現2011年過渡季節，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運行模式，在2012年1O月改用冷水機組系統提供制冷。通過能耗監測數據，發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行制冷。當室內所需冷負荷更低，建議不開啟制冷機組，直接通過室外新風來承擔室內熱負荷，既保證了室內環境舒適性，又可獲得更好的節能效果。 

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。由于商業項目中經營區域的燈光涉及客戶環境感受，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行節能改造，將T8熒光燈更換為T5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，除了能夠進行節能管理以外，更重要的是能幫助開發商判斷項目的用電設計水平，從而為日后同類項目提供用電設計容量的參考。

通過統計，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律:項目設計容量大于實際用電峰值容量；商戶要求用電容量遠大于實際用電峰值容量。

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

2.3 合理用能指導

除了通過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，與相關單位面積能耗指標進行比較，從而了解項目的用能水平。當發現高于指導的能耗指標時，即可更有針對性的進行進一步能耗問題研究，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間進行查詢，并可以將支路用能顯示合計，以圖表形式顯示。

3.2.2分項能耗統計

系統可以按照分項進行能耗統計與顯示。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能耗值排名*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間內逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。可查看分項中各支路用能趨勢，可根據已有的日期或者自定義時間進行查詢，統計數據可導出至Excel。

3.2.4能耗的同比環比分析

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行同比環比分析，檢驗節能效果，根據分析結果執行節能績效考核，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間內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、準確性。

3.3系統設備選型

 

應用場合	型號	功能
照明箱	DTSD1352	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統計，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規格：經互感器接入3*1（6）A，直接接入3*10（80）A,有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級
動力柜	ACR220EL	LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、S、PF、F）；四象限電能計量RS485/Modbus可選復費率電能統計；4DI+2DO
高壓重要回路 或低壓進線柜	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月峰值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示
給水管道	水表	計量流經給管道用水的體積總量，適用于單向流水，采集電子直讀技術，通過RS485總線直接輸出表盤數據

 

表2 安科瑞Acrel-5000能耗管理系統設備選型示意圖

 

4 結論

在大型綜合商業建筑中應用能耗管理系統，通過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：

(1)改善運營管理:通過實施能耗管理系統，采取分項計量、能耗監測等方式掌握能耗情況后，可采取兩種途徑來提高運營管理水平，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，可以通過對能耗數據的分析，找出問題原因，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：更換設備、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：通過應用能耗管理系統，準確地掌握租戶在經營成熟期 的實際能耗需求量，為同類新建商業項目設計提供參考，以避免設計用電負荷過量造成的浪費，或避免設計用電負荷不足造成對生成經營的影響。

(3)合理用能指導：通過系統統計能耗數據，與同類型大型綜合商業項目進行橫向比較，或與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．

[2] 張穎.淺析大型綜合商業建筑中能耗管理系統的應用［J］.建筑節能

[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.[J]2019.11版

 

作者簡介：

劉丹，女，主要研究方向為能耗管理系統在大型綜合商業建筑中的應用研究。