未曉妃
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:在在構建低碳社會的戰(zhàn)略背景下,建筑節(jié)能也越來越被重視。能耗數據是建筑能源管理的核心基礎。通過對8個同類型商業(yè)項目的電耗實際數據進行數據分析研究,根據各項目的實際運營情況,提供節(jié)能降耗改進建議,優(yōu)化運行提升能效。
關鍵詞:能源管理;數據分析;節(jié)能降耗
0引言
隨著我國經濟的快速發(fā)展,城市化進程不斷*快,能源的使用量也出現快速上漲的趨勢。而建筑能耗、工業(yè)能耗和交通運輸能耗是我國能源消耗的三大主力,其中建筑能耗大約占據了總能耗的百分之30。
提出了建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的目標,在這樣的背景下,尋找新的建筑能源管理方法和技術,對建筑耗能設備進行整體管理優(yōu)化是當前節(jié)能工作的趨勢所在。當前,我國信息科技的快速發(fā)展,互聯(lián)網技術成為各產業(yè)結構轉型改革的切入點和帶動者,基于互聯(lián)技術發(fā)展的物聯(lián)網研究逐漸成為各領域關注的焦點。物聯(lián)網技術是信息科技技術非常重要的部分,利用物聯(lián)網技術進行建筑能源管理平臺的研究,結合物聯(lián)網技術對建筑耗能設備的能源數據進行實時采集和管理,可以更加有*的實現建筑能源精細化管理,為大型公共建筑節(jié)能減排提供技術支撐。
1商業(yè)建筑的能耗現狀與評價標準
1.1公共建筑節(jié)能降耗背景
目前,我國已成為世界大能源生產國和大能源消費國。在國民經濟快速增長拉動下,我國的能源需求增長較快,能源緊張已成為制約經濟持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的重要問題。
2021年10月26日,國務院發(fā)布《2030年前碳達峰行動方案》,該方案提出,到2030年,非化石能源消費比重達到約百分之25,單位國內生產總值CO2排放比2005年下降百分之65以上,順利實現2030年前碳達峰目標,*點提出了構建綠色低碳循環(huán)發(fā)展經濟體系、提升能源利用效率、提高非化石能源消費比重、降低CO2排放水平、提升生*系統(tǒng)碳匯能力等方面主要目標。
首先要在經濟增長和能源需求增加的同時,持續(xù)削減煤炭發(fā)電、大力發(fā)展和運用風電、太陽
能發(fā)電、水電、核電等非化石能源,實現清潔能源代替火力發(fā)電。
其次*快產業(yè)低碳轉型、促*服務業(yè)發(fā)展、強化節(jié)能管理、加強*點領域節(jié)能減排、優(yōu)化能
源消費結構、開展各領域低碳試點和行動。
1.2商業(yè)建筑能耗現狀
建筑能耗因建筑所處的不同氣候區(qū)而異,不同氣候區(qū)建筑能源消耗差異大。GB/T51161—2016《民用建筑能耗標準》中制定了針對商業(yè)建筑的能耗指標。商業(yè)建筑非供暖能耗指標的約束值和引導值如表1所示,可以看到夏熱冬冷地區(qū)的指標*高,其次為夏熱冬暖地區(qū),而溫和地區(qū)及嚴寒和寒冷地區(qū)的指標*低。
為推進雙碳戰(zhàn)略的實施與落地,住房與城鄉(xiāng)建設部新發(fā)布了GB55015—2021《建筑節(jié)能與可再*能源利用通用規(guī)范》,商業(yè)建筑供暖供冷與照明能耗指標如表2所示。要求新建建筑節(jié)能設計水平進一步提升,暖通空調系統(tǒng)效率和電氣照明等要求全*提升。
在建筑能耗中能源的類別通常可分為電力、燃氣、水、蒸汽、冷熱量等。上海地區(qū)典型商業(yè)建筑能耗構成如圖1所示,商業(yè)建筑能耗在實際應用中,電耗占主要部分。
電耗數據在結構上分為四大項,分別為照明和插座、空調、動力、其他。上海地區(qū)分項能耗強度指標如圖2所示,根據數據分類匯總結果,可以看到:照明與插座分項占比*大,空調分項次之??照{與照明與插座之和在總建筑電耗中占比超百分之70。
表1商業(yè)建筑非供暖能耗指標的約束值和引導值
表2商業(yè)建筑供暖供冷與照明能耗指標
圖1上海地區(qū)典型商業(yè)建筑能耗構成
圖2上海地區(qū)分項能耗強度指標
1.3電耗的分析方法評價標準
公共建筑能耗狀態(tài)的查看以及能效管理分析都離不開*行數據的支撐,因此計量是能耗管理的核心前提條件。
然而電耗數據的分項分類,因實際系統(tǒng)的設計實施以及成本造價的限制,基本均處于較粗放的狀態(tài)。一般項目中,配電系統(tǒng)低壓出線柜通常都設有計量表。低壓柜之后的末端系統(tǒng)方面,通常也只有大型設備或有計費需求的負荷會設置計量表。照明用電尤為明顯。
項目實際的計量系統(tǒng)架構如圖3所示,根據電耗的計量方式,為了便于運營管理,將電耗數
據在結構上分為四大項,分別為商鋪用電、空調用電、公區(qū)照明用電、其他用電。
圖3項目計量系統(tǒng)架構
同時,規(guī)定了以下名詞及計算方法,用于項目能耗數據的具體評價:
(1)公區(qū)總用電量=空調設備總用電量+公區(qū)照明總用電量+其他用電量,(單位:度)。
(2)空調設備用電總電量=空調主機用電量+空調水泵用電量+空調末端用電量,(單位:度)。
(3)月度單位面積耗電量=月度街區(qū)總用電量費用÷項目總面積,(單位:kWh·m-2)。
(4)月度單位面積耗電量(不含車庫)=(月度街區(qū)總用電量費用-月車庫總用電量)÷項目總面積,(單位:kWh·m-2)。
(3)、(4)兩項指標用于評價項目整體運營管理是否節(jié)能。
(5)年度單位面積耗電量=年度街區(qū)總用電量÷項目總面積,(單位:kWh·m-2)。該指標用于評價項目運營管理整體是否節(jié)能、
達到標準。舊規(guī)約束值為200kWh·m-2,引導值為170kWh·m
-2,新規(guī)為106kWh·m-2。因此我們用該指標評價單個項目是否合格。該指標超過200kWh·m-2的項目,評價為不合格。200kWh·m-2以內為合格。
(6)月度公區(qū)單位面積耗電量=月度公區(qū)總電量÷項目總面積,(單位:kWh·m-2)。該指標用于評價商管運營管理中能源管理是否到位有*。
(7)月度公區(qū)單位面積耗電量(不含車庫)=(月度公區(qū)單位面積耗電量-車庫總用電量)÷(建筑總面積-車庫面積),(單位:kWh·m-2)。對于設有車庫的項目,因車庫面積大,用電量小,容易稀釋電耗指標,同時車庫用電同照明用電規(guī)律相似,并且穩(wěn)定,不隨季節(jié)變化,僅同運營管理有關。因此采用這種排除車庫用電的方式進行計算。該指標用于評價商管運營管理中能源管理是否到位有*(含車庫的項目用該指標同其他項目的月度公區(qū)單位面積耗電量指標進行排名)。
(8)月度單位面積空調耗電量=月度空調總用電量÷空調面積,(單位:kWh·m-2)。
該指標用于評價空調系統(tǒng)運營管理是否節(jié)能。
2地下商業(yè)項目能耗分析
2.1地下商業(yè)項目介紹
此次進行能耗統(tǒng)計的商業(yè)項目共計8個,主要分布在中國湖南省和湖北省,分別地處新邵、谷城、孝感、臨澧、新化、張家界、隆回、鳳凰等地。整體氣候為夏熱冬冷氣候,氣候溫和、雨量充沛、
四季分明。季節(jié)時段劃分基本如下:夏季為5月至10月;冬季為12月至下一年2月;過渡季為3月至4月,10月至11月。
各項目開業(yè)至今的年限為1~5a不等。主要業(yè)態(tài)為零售,其次為餐飲。營業(yè)時間為早9∶00至晚21∶30。
所有項目均為地下商業(yè)街項目。建筑面積在15000~50000m2不等。空調系統(tǒng)分為兩種
形式,其中新邵、孝感、臨澧、張家界、隆回為典型的中*空調系統(tǒng),主機采用冷水機組+冷卻塔的制冷方式,冬季除新邵采用電鍋爐制熱外,其余項目采用風冷熱泵制熱。谷城、新化、鳳凰因項目地上用地限制問題,采用風冷熱泵制冷制熱。各項目空調末端為空調柜結合新風的系統(tǒng)形式。空調箱設回風口和送風口。因項目業(yè)態(tài)分布不同,動力設備系統(tǒng)形式不同,電量指標有明顯的差異。各項目變壓指標在100~180VA·m-2。
2.2典型項目能耗分析
新邵項目總建筑面積為18527m2。其中公共區(qū)域6046m2(包含4000m2車庫),普通店鋪面積為12481m2。項目業(yè)態(tài)為零售,無餐飲業(yè)
態(tài)。變壓器指標為135VA·m-2??照{主系統(tǒng)為兩臺制冷量為1045kW的冷水機組,兩臺電鍋爐滿足全年的制冷及制熱需求。冷指標為112.8kW。
新邵項目2020年1~12月總耗電量2098058kWh。2021年1~10月總耗電量1561428kWh。其中2020年2、3月份為疫情期,約60d街區(qū)為停業(yè)狀態(tài)。
新邵項目年度用電量曲線圖如圖4所示,可以對比看出2020年曲線呈雙峰狀態(tài),整體規(guī)律同季節(jié)性的氣溫變化一致。2021年的曲線呈雙峰狀態(tài),制冷季耗電量低于2020年。
新邵項目2021年1~10月的能耗運營情況如圖5所示。公區(qū)照明及其他設備用電量全年區(qū)域穩(wěn)定。商鋪用電量總值較大,但全年變化率較小,基本趨于穩(wěn)定??照{用電隨季節(jié)變化而變化。項目總用電量走勢基本同空調設備總用電量走勢一致。
可以看出暖通空調的能耗隨季節(jié)的浮動較大。3、4、5月為過渡季,6、7、8月份,季節(jié)趨暖,不如炎熱的夏季,需打開制冷設備達到降溫的效果。
圖6、圖7、圖8分別顯示了2021年新邵項目冬季1月份、過渡季5月、夏季8月的能耗情況??梢钥闯鲈诠珔^(qū)照明與其他設備總體趨于穩(wěn)定的情況下,暖通空調的能耗全年隨季節(jié)的浮動較大。夏季*高占比可達百分之47。
圖4新邵項目年度用電量曲線圖
圖5新邵項目2021年1~10月能耗運營情況
新邵項目空調設備用電總電量如圖9所示。2020年和2021年空調設備用電所占比重為百分之27.3和百分之30,是節(jié)能降耗優(yōu)化的*點??照{設備用電量2021年優(yōu)于2020年,其中
圖62021年新邵項目冬季1月能耗情況
圖72021年新邵項目過渡季5月能耗情況
圖82021年新邵項目夏季8月能耗情況
圖9新邵項目空調設備用電總電量
2020年2~3月因疫情原因,街區(qū)停業(yè),故而2021年空調用電量高于2020年。冬季1月制熱季空調能耗處于較高位置,原因在于該項目制熱方案采用的是電鍋爐,COP值低,耗能大。
經查項目所在地區(qū)室外氣象溫度,1月1日~3月3日期間室外*低溫度(約凌晨3點)高于5℃的天氣共計47d,可以節(jié)能運行進行優(yōu)化。同時,5月19日~10月8日期間室外*高溫度(約午后2點)低于20℃的天氣共計7d,可以節(jié)能運行進行優(yōu)化。新邵項目空調主機運行天數統(tǒng)計圖如圖10所示。新邵項目月度單位面積耗電量如圖11所示,
圖10新邵項目空調主機運行天數統(tǒng)計圖
圖11新邵項目月度單位面積耗電量
2020年新邵項目年度單位面積耗電量為113.24kWh/m2(注:2020年2、3月份為疫情期停業(yè)狀態(tài)),2021年項目1~10月年度單位面積耗電量為84.28kWh/m2。2021年能耗指標整體來看有所下降。
2020年及2021項目月度公區(qū)單位面積耗電量(不含車庫)如圖12所示。
圖12新邵項目月度公區(qū)單位面積耗電量(不含車庫)
新邵項目2021年在能耗指標上有所減低。項目物業(yè)管理降低了部分公區(qū)照明能耗,調整了照明燈具及回路,加強了空調設備的運行時間管控和設備運維,有*地降低了能耗。
結合實際運營過程,新邵項目仍有一定的節(jié)能降耗空間。如冬季期間室外*低氣溫高于5℃時,可關閉鍋爐。結合街區(qū)內人員、燈光等散熱,街區(qū)內溫度基本可達到16~18℃的要求,故可以減少鍋爐運行天數。夏季室外*高溫度低于20℃時,此段日期氣溫較低,通過全新風模式,可減少空調主機開啟時間以達到節(jié)能運行的目標。同時,街區(qū)關閉前1~2h可關閉鍋爐和空調主機,依靠空調水系統(tǒng)內的冷水和熱水來持續(xù)供暖、供冷。
2.3綜合對比分析
根據查詢2021年8個項目的所在地的氣溫數據得知,8個項目整體溫度曲線走勢一致,屬同一氣候區(qū)域。孝感、谷城地處湖北省,緯度更高,夏季平均高溫溫度低于其他項目。
8個項目的月度單位面積耗電量情況如圖13所示。從單個月份來看,鳳凰項目每月用電量指標*高,谷城次之。隆回、孝感、新化三個項目位列*二檔。新邵、張家界、臨澧三個項目月度單位面積能耗較少。
8個項目2021年平均月度單位面積耗電量見圖14,可以量化的看到鳳凰、谷城、新化、孝感、隆回的平均單位指標較高。*高的鳳凰平均月度單位面積耗電量為21.42kWh·m-2,是*低的新邵8.43kWh·m-2近3倍。
圖138個項目月度單位面積耗電量情況
圖148個項目2021年平均月度單位面積
耗電量柱狀圖(1~10月)
圖158個項目2021年年度單位面積耗電量(1~10月)
圖168個項目2021年單位面積耗電量
空調耗電量方面,張家界項目因空調計量問題不納入統(tǒng)計。7個項目2021年夏季和冬季的
單位面積空調耗電量分別如圖17、圖18所示。從月度單位面積空調系統(tǒng)用電量指標可以看出,
夏季以冷水機組為主制冷的項目(新邵、臨澧、孝感等),其指標均小于以風冷熱泵為主制冷的項
目(新化、谷城)。風冷熱泵與冷水機組相比,COP值普遍低百分之30~50,故而設備運行能耗節(jié)省約百分之40。
圖177個項目2021年夏季單位面積空調耗電量
圖187個項目2021年冬季單位面積空調耗電量
因此空調系統(tǒng)冷源方式選擇方面,冷水機組與冷卻塔結合的方式,節(jié)能效果優(yōu)于風冷熱泵,后續(xù)項目中應優(yōu)先選用冷水機組;如當地項目有地上用地緊張的問題,也可選用地源熱泵或水源熱泵的方式。
空調系統(tǒng)相近的情況下,指標仍有很大的不同,這取決于機電基礎建設情況,以及實際運維和運行策略。
如臨澧項目,其冬季幾乎不使用空調系統(tǒng),僅開啟新風系統(tǒng)即可滿足日常需求。而鳳凰項目因包含了酒吧業(yè)態(tài),營業(yè)時間較長,空調冬季使用的時間要多于同系統(tǒng)的谷城和新化項目。因此控制好空調系統(tǒng)每天的運行時間可以有*地較低能耗。
良好的機電基礎建設以及后期運維,也影響這機電系統(tǒng)使用效率。如隆回項目,其空調回風口過濾網經檢查已被空氣中的污垢堵塞,物業(yè)未
能及時清洗,使得空調出風量減小,空調系統(tǒng)無法滿足正常需求。而營業(yè)時,仍通過不斷調低空調主機出水溫度以達到降低室溫的目的,導致能耗增加。
3對能耗管理的建議
能耗管理主要從設計和運營兩方面進行節(jié)能降耗的優(yōu)化。
設計方面,室內燈光設計時既要考慮燈光效果,也要考慮節(jié)能設計。
建筑的走廊、樓梯間、門廳、電梯廳及停車庫照明,在滿足規(guī)范要求的前提下,應根據照明需
求進行節(jié)能控制。公共照明區(qū)域應通過智能照明系統(tǒng)或強電回路開關控制,根據燈光效果采取分區(qū)、分組的方式設計,應使區(qū)域照明燈具能夠按照節(jié)約百分之30、百分之50、百分之80燈具的使用方式開啟,以滿足運營日常使用需求。
弱電智能化方面,應建立完備的能耗管理監(jiān)測系統(tǒng),對基礎設備實現數字化管理對基礎設備
實現自動控制。建立完善的物業(yè)管理信息系統(tǒng),加強基層物業(yè)管理的質量與效率。
空調系統(tǒng)應選擇能效比更高的主機形式,夏季制冷時冷水機組優(yōu)于風冷熱泵。
運營方面,物業(yè)運維部門應定期清理空調水系統(tǒng)過濾器(水泵、主機、末端柜機前的過濾器),
清理空調末端設備進風處的過濾網。建議1~2個月清洗一次,冬季3個月清洗一次。
冬季商街室內溫度控制在16~18℃;夏季商街室內溫度設定在26~28℃,不得低于26℃;過渡季*大限度利用室外新風提供商街冷氣。
商街關店前1~2h關閉空調主機,通過循環(huán)管網內冷凍水進行供冷。
在入夏初期和夏末,可適當提高空調主機的出水溫度,以達到節(jié)能要求。
4Acrel-EIOT能源物聯(lián)網云平臺
(1)概述
Acrel-EIoT能源物聯(lián)網開放平臺是一套基于物聯(lián)網數據中臺,建立統(tǒng)一的上下行數據標準,為互聯(lián)網用戶提供能源物聯(lián)網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網傳感器,選配網關,自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務。
該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能,并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。
(2)應用場所
本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領域。
(3)平臺結構
(4)平臺功能
◆電力集抄
電力集抄模塊可以實現對各種監(jiān)測數據的查詢、分析、預警及綜合展示,以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制,對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理;在數據資源管理方面,可以顯示或查詢供配電室內各設備運行(包括歷史和實時參數,并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印,提高工作效率,節(jié)約人力資源。
變壓器監(jiān)控
配電圖
◆能耗分析
能耗分析模塊采用自動化、信息化技術,實現從能源數據采集、過程監(jiān)控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理,使能源管理、能源生產以及使用的全過程有*結合起來,運用先進的數據處理與分析技術,進行離線生產分析與管理,實現全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調度,優(yōu)化能源介質平衡、有*利用能源,提高能源質量、降低能源消耗,達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
能耗概況
◆預付費管理
1)登陸管理:管理操作員賬戶及權限分配,查看系統(tǒng)日志等功能;
2)系統(tǒng)配置:對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置;
3)用戶管理:對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作;
4)售電管理:對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作;
5)售水管理:對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作;
6)報表中*:提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢,本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢,都支持excel格式導出。
預付費看板
◆充電樁管理
通過物聯(lián)網技術,對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監(jiān)控,同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能,包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎數據管理等功能。
◆智能照明
智能照明通過物聯(lián)網技術對安裝在城市各區(qū)域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數據監(jiān)測,也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等,降低路燈設施的維護難度和成本,提升管理水平,并達到一定節(jié)能減掛的效果。
監(jiān)控頁面
◆安全用電
安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器,對引發(fā)電氣火災的主要因素(導線溫度、電流和剩余電流)進行不間斷的數據跟蹤與統(tǒng)計分析,并將發(fā)現的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員,指導企業(yè)實現*一時間的排查和治理,達到消*潛在電氣火災安全隱患,實現“防患于未然"的目的。
◆智慧消防
通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析,幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。原先針對“九小場所"和?;飞a企業(yè)無法有*監(jiān)控的空白,適應于所有公建和民建,實現了無人化值守智慧消防,實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細化"的實際需求。
(5)系統(tǒng)硬件配置
5結論
結合8個項目2021年能耗實際運行數據深*分析研究來看,建筑功能區(qū)域、每日運行時間、
每日天氣溫度、季節(jié)變化、機電基礎建設、能源計量、物業(yè)運維等眾多因素,均影響著建筑實際能耗。想要做好能源管理,節(jié)能降耗,需要多部門多方面的協(xié)同努力,從細部入手,逐一分析把控,才可做到節(jié)能降耗,*終實現“雙碳"目標。
參考文獻
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