能耗管理系统在大型综合商业建筑中的应用研究

刘丹

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801

 

摘要：本文以某大型综合商业项目中能耗管理系统的应用为例，通过采用能耗管理系统，对建筑能耗规律进行分析并有针对性地挖掘节能潜力，发挥了显著的节能效果。以此论证能耗管理系统在大型综合商业建筑中的应用意义。

关键词：大型综合商业建筑；能耗管理系统；建筑节能

 

0 引言

随着经济的迅猛发展，各行各业的能源需求日益增长，世界各国都将减少能源消耗、降低碳排放量作为共同的目标，“节能减排”已成为我国一项重要的国策。建筑业作为能耗消耗的主要行业，占总能耗较大比重，节能需求十分地迫切。目前我国既有大型公共建筑约5亿，每年耗电近1000亿度，单位建筑面积耗电量为住宅的10—2O倍。本文中所探讨的大型综合商业建筑属于大型公共建筑中的一类主要进行市场化商业经营活动的建筑，一般建筑面积2万以上，集办公楼、零售店、商场、娱乐场所、酒店等商业功能于一体的大型综合建筑。

 

1 国内大型综合商业项目能耗现状

上海市对千余栋各类大型公共建筑实施能耗管理系统进行能耗统计，通过数据处理发现一能耗规律，了解到综合商业建筑的单位面积能耗在44.9～350.8kWh/m²·a之间，平均值为154.2kWh／m²·a，统计样本没有通过安德森一达令正态性检验口l。由该调查结果可以看到，综合商业建筑由于区域分布多样、用能情况复杂，不存在明显的规律性。因此通过简单的数值统计很难了解大型综合商业建筑的能耗情况，只有使用能耗管理系统进行能耗计量、监测及分析，才能科学准确地掌握此类建筑的能耗。

 

2 某大型综合商业项目中能耗管理系统应用

2.1 能耗计量与监测

以下将以某个位于上海市的大型综合商业项目为例，对能耗管理系统应用对于建筑节能的意义做具体分析研究。该项目总建筑面积10万，集购物、餐饮、休闲娱乐等各类业态组合于一体，租户总面积约7万。该项目的能耗分项如图1：

 

图1建筑能耗计量主要分项结构图

通过能耗管理系统的统计，该大型综合商业建筑2011年总能耗为30276.82MWh，单位面积能耗量为302.77kWh/(m²·a)。总能耗中商户用电占76%，单位面积能耗为375．67kWh/(m²·a)；公共用电占24%，单位面积能耗为73．83kWh/( m²·a)。从统计数据可以看到：①建筑整体的单位面积能耗、商户单位面积能耗及公共用电系统的分项单位面积能耗，均远高于上海市统计平均值，有较大的节能潜力。②大型综合商业建筑中商户用电占总耗电量的百分比远高于公共用电，由于商户能耗受经营限制，降低难度较大，因此虽然节能潜力大，但项目整体的节能难度很大。

由于商户能耗难以控制的特点，我们将公共能耗作为节能，图2为公共能耗中各机电系统的能耗占比情况：

通过对公共部分各机电系统的能耗监测，能够清楚掌握各系统设备的能耗特点，针对这些特点提出降低能耗的措施方案，获得了较好的节能效果。以下就几项明显节能的机电系统做具体分析：

 

图2公共用电各分项用电量比例图

 

 

2.1.1 空调系统

2.1.1.1 冷冻站系统

该项目采用一次泵变流量系统，冷源为离心式冷水机组，冷冻/却水泵均可变频。2011年冷冻站系统年耗电量3424.14MWh，单位面积耗电量 46．70kWh/(m²·a）。

通过能耗监测发现，制冷机组的运行耗电量相 当于三台机组在额定功率下运行时的耗电量水平，即基本满负荷运行，而实际冷负荷仅达到设计冷负荷的60％左右。经现场调查后发现，由于物业人员管理不当，变频冷冻水泵一直在定频状态运行，没有发挥出一次泵变流量系统的节能作用。发现了这一问题后，物业管理人员在2011年8月起加强对一次泵变流量空调系统的控制系统管理。将冷冻水系统控制原则设为定温差、变流量控制，使得冷冻机组及冷冻水泵的运行状态根据系统冷负荷量进行合理调节。2012年制冷季节冷冻站能耗降低24%。

2.1.1.2 空调末端系统

该项目空调末端采用风机盘管系统，2011年末端系统耗电量975.74MWh，单位面积耗电量13.31kwh/(m²·a)。

通过能耗监测发现，夜间空调末端设备仍有较明显能耗，据此可以判断项目在设备管理方面存在一定疏忽，在加强夜间设备管理确保设备及时关闭后，2012年全年空调末端系统能耗降低17%。

2.1.1.3 过渡季节空调系统开启策略

该项目在冬夏两季的制冷供热方式非常明确，即:夏季制冷由冷冻站提供冷量，冬季空气源热泵提供热量。但在过渡季节需要制冷时，冷冻站与空气源热泵都可以提供冷量，在项目刚开始运营时选择哪一个设备作为冷源相对比较模糊。

虽然额定功率下冷水机组的COP高于空气源热泵，但冷冻站在低负载率的运行状态下C0P会有所下降，同时其与空气源热泵相比还需要额外的冷却系统，综合之下两者的能源使用效率孰高孰低较难判断。因此在过渡季节部分负荷时，如何选择更节能的开机策略，就成为了一个值得研究的问题。

通过对能耗数据的分析发现2011年过渡季节，该项目选择了以空气源热泵提供制冷,为了更好的研究过渡季节运行模式，在2012年1O月改用冷水机组系统提供制冷。通过能耗监测数据，发现取得了不同的运行效果。

 

表 1 2011年及2012年10月制冷系统耗电量比较

 

可见虽然冷冻站制冷比空气源热泵多了一套冷却系统，但是制冷效率还是要于后者。因此，建议多采取冷冻站方式进行制冷。当室内所需冷负荷更低，建议不开启制冷机组，直接通过室外新风来承担室内热负荷，既保证了室内环境舒适性，又可获得更好的节能效果。 

2.1.2 公共照明系统

2011年该项目公共照明系统年耗电量为1543.45MWh，略高于上海市公共建筑照明系统位面积耗电量56.33kWh/(m²·a），略高于上海市公共建筑照明系统单位面积强度指标。由于商业项目中经营区域的灯光涉及客户环境感受，因此这部分区域的照明节能空间较小，后勤区域的照明系统则有较大的节能潜力，2011年项目对后勤区域的照明灯具进行节能改造，将T8荧光灯更换为T5型，到2012年全年节能率达到20.2%。

2.2 设计用电量指导

运用能耗管理系统，除了能够进行节能管理以外，更重要的是能帮助开发商判断项目的用电设计水平，从而为日后同类项目提供用电设计容量的参考。

通过统计，该项目对项目整体用电峰值和商户用电峰值有以下特点和规律:项目设计容量大于实际用电峰值容量；商户要求用电容量远大于实际用电峰值容量。

因此，该项目所在集团在新建同类大型综合商业项目时，即可参照历史用电数据，以避免设计容量过大造成不必要的建造及运营成本的增加。

2.3 合理用能指导

除了通过能耗监测判断设备的运行水平外，还可以根据能耗管理系统的统计数据，获得各能耗系统的单位面积能耗情况，与相关单位面积能耗指标进行比较，从而了解项目的用能水平。当发现高于指导的能耗指标时，即可更有针对性的进行进一步能耗问题研究，挖掘节能潜力。

 

3 安科瑞能耗管理系统介绍

3.1系统架构介绍

Acrel-5000建筑能耗分析管理系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，根据现场实际情况采用现场总线、光纤环网或无线通讯中的一种或多种结合的组网方式，为大型公共建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测设备构成任意复杂的监控系统。开放性、网络化、单元化、组态化的采用面向对象的分层、分级、分布式智能一体建立如下层次结构：

 

图 3 安科瑞Acrel-5000能耗管理系统架构示意图

 

 

3.2 系统功能介绍

 

图4 安科瑞Acrel-5000能耗管理系统用能统计示意图

 

3.2.1支路用能

系统可以统计各支路某段时间内逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。系统可查看各支路用能趋势，可根据已有的日期或者自定义时间进行查询，并可以将支路用能显示合计，以图表形式显示。

3.2.2分项能耗统计

系统可以按照分项进行能耗统计与显示。其中，日分项用能同比分析图显示不同分项的当日与昨日能耗柱状图；用能饼图显示各分项过去31天的用能占比；堆积图显示各分项过去31天的能耗趋势；分项用能排名图显示被选中分项对应能耗值排名*位的支路。

3.2.3分项用能报表

系统可以统计各分项某段时间内逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。可查看分项中各支路用能趋势，可根据已有的日期或者自定义时间进行查询，统计数据可导出至Excel。

3.2.4能耗的同比环比分析

系统可将各主要耗能设备的能耗与去年同期值和上月值进行同比环比分析，检验节能效果，根据分析结果执行节能绩效考核，以及节能目标的修正。统计各支路当年每月用能及去年同期用能。

3.2.5用能数据检查

系统可以统计某段时间内各回路与下级支路的用能差值，超过一定百分比后醒目显示，确保计量体系的完整性、准确性。

3.3系统设备选型

 

应用场合	型号	功能
照明箱	DTSD1352	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3*1（6）A，直接接入3*10（80）A,有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级
动力柜	ACR220EL	LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、S、PF、F）；四象限电能计量RS485/Modbus可选复费率电能统计；4DI+2DO
高压重要回路 或低压进线柜	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月峰值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示
给水管道	水表	计量流经给管道用水的体积总量，适用于单向流水，采集电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据

 

表2 安科瑞Acrel-5000能耗管理系统设备选型示意图

 

4 结论

在大型综合商业建筑中应用能耗管理系统，通过充分掌握建筑内的能耗情况，对于建筑能耗管理的意义主要有以下几点：

(1)改善运营管理:通过实施能耗管理系统，采取分项计量、能耗监测等方式掌握能耗情况后，可采取两种途径来提高运营管理水平，分别是：

①对由于使用习惯不当造成能耗浪费的系统或设备，可以通过对能耗数据的分析，找出问题原因，调整使用方式以达到节能目的。

②对因设备老旧等原因造成运营状况不理想、耗电量明显高于正常范围的机电系统，对症下药地采取节能改造措施，如：更换设备、重新调试等，使该设备的耗电量下降。

(2)帮助确定用电设计量：通过应用能耗管理系统，准确地掌握租户在经营成熟期 的实际能耗需求量，为同类新建商业项目设计提供参考，以避免设计用电负荷过量造成的浪费，或避免设计用电负荷不足造成对生成经营的影响。

(3)合理用能指导：通过系统统计能耗数据，与同类型大型综合商业项目进行横向比较，或与颁布的合理用能指标相比以判断相对能耗水平。

 

【参考文献】

[1] 徐强，庄智，朱伟峰等.上海市大型公共建筑能耗统计分析．

[2] 张颖.浅析大型综合商业建筑中能耗管理系统的应用［J］.建筑节能

[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.[J]2019.11版

 

作者简介：

刘丹，女，主要研究方向为能耗管理系统在大型综合商业建筑中的应用研究。