基于能耗分项计量数据的大型公建节能诊断方法及典型案例.pdf

第 27 卷第 4 期2011 年 4 月建筑科学BUILDING SCIENCEVol.27，No.4Apr.2011 文章编号 1002-8528(2011)04-0023-04基于能耗分项计量数据的大型公建节能诊断方法及典型案例陈海波，王凡(浙江清华长三角研究院，杭州 310013)摘要基于详细分项计量的能耗数据进行节能管理和问题诊断是推动大型公建节能的有效技术途径。本文在超过 2年数据积累的 10 余栋大型公建能耗计量监测工程及相应的节能诊断与改进工作的基础上，采用标准分项的能耗模型建立了针对全楼的能耗指标分析体系;并基于冷量计量和电耗计量数据，建立了针对集中空调系统的节能诊断指标体系。而后，运用上述指标体系并配合相应开发的能耗发布系统和实时监测管理软件，建成了一套利用分项能耗数据实现深入节能诊断的技术方法。关键词大型公共建筑;分项计量;节能诊断中图分类号TU111.19+5;TU242文献标识码AEnergy-saving Diagnosis Method and Case Study of Large-scale Public BuildingsBased on Energy Sub-metering DataCHEN Hai-bo，WANG Fan(Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University，Hangzhou 310013，China)AbstractEnergy-saving management and diagnosis based on the particular sub-metering data is an effective way to realize theenergy-saving of large-scale public buildings.In this paper，based on the sub-metering data accumulated more than two years of at least10 large-scale buildings with the corresponding retrofit work，the index analysis system for the whole buildings energy consumption wasbuild up according to the standard sub-metering model，and the energy-saving diagnosis index system for the central air-conditioningsystem was established with the metering data of cooling load and electricity consumption.Using the above index system and thedeveloped energy consumption management software，an effective energy-saving diagnosis method based on the sub-metering data wasproposed.Keywordslarge-scale public building，sub-metering，energy-saving diagnosis 收稿日期2010-06-30修回日期2010-09-29基金项目 浙江省重大科技专项项目(2007C01002)作者简介 陈海波(1978-)，男，博士，助理研究员联系方式 chenhaibo 1引言商场、宾馆饭店、商务写字楼和公共机构办公建筑是典型的 4 类大型公建，其能耗水平较高。自 20世纪 90 年代起设计建成的大型公建除供暖外的平均电耗水平为 100 300 kWh/(m2a)，实施节能运行管理并正确开展节能诊断与技术改造可以实现10%30%的节能潜力 1。大型公建节能工作的基础是建设能耗详细分项计量系统，基于能耗数据进行精细化的节能管理，才能正确开展节能技术改造 2。为了推进大型公建节能事业，我国于 2008 年出台了民用建筑节能条例 和 公共机构节能条例，明确要求国家机关办公建筑和大型公共建筑建设能耗计量监测系统，进行精细化用能管理从而实现节能降耗。本文在分项计量平台积累的超过 2 年的能耗数据的基础上，借助自主研发的节能分析软件，采取基于能耗指标的节能诊断与现场调研测试相结合的方法，研究并建立了一套基于分项能耗数据的大型公建节能诊断技术方法。2能耗分项数据模型2.1模型结构科学分析能耗数据并进行标准化的节能诊断，建 筑 科 学第 27 卷同时实现不同建筑之间的能耗横向比较，必须基于统一定义的能耗分项数据模型。本文采取如表 1 所示的能耗分项模型，该体系依据国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则 和其它机构研究成果 1，3，结合能耗计量监管需求的工程可实施条件进行了适当归类和细化。表 1大型公建能耗分项模型分项能耗一级能耗节点二级能耗节点建筑总用电照明插座用电暖通空调用电动力设备用电特殊用电室内非公用场所照明插座用电室内照明，室内插座室内公用场所照明插座用电，室外照明景观用电冷热站用电冷热源机组，冷冻泵及供暖泵，冷却泵，冷却塔空调末端用电空调箱及新风机组，风机盘管，分散空调电梯用电，给排水系统用电，非空调用通风用电信息中心用电信息中心设备，信息中心专用空调洗衣房用电洗衣房设备，洗衣房专用空调厨房用电厨房设备，厨房专用空调室内游泳池用电室内游泳池设备，室内游泳池专用空调娱乐健身中心用电娱乐健身中心设备，娱乐健身中心专用空调电开水器用电，其它特殊用电，外供用电在实际工程中，不同建筑的供配电线路情况不同，需要进行恰当的能耗计量方案设计，方可得到如表 1 所示的能耗节点体系。2.2拆分算法在本文中，一级能耗节点必须直接计量获得，二级能耗节点是最底层的节点，在特定的情况下允许间接方式获得。这是因为:既有建筑计量改造时可能存在现场施工困难等问题，新建建筑则存在全面详细计量技术在经济上不一定合理的问题，因此在直接计量有困难时可采用可靠的间接手段(如拆分计算)取得二级能耗节点的用电量。本文所采用的拆分计算方法是一种估计算法。它要求对混合供电回路的拆分误差要尽可能小，典型的拆分情况包括:一是“抓大放小”，混合回路中能耗大的设备优先计量，如动力回路中掺杂电开水器、新风机组和风机盘管，应优先计量电开水器，新风机组和风机盘管拆分计算;二是优先计量负荷高但运行不规则的设备，如空调回路中同时有空调箱、冷却塔和风机盘管，因为冷却塔和风机盘管能耗比重低且运行规律，所以需优先计量空调箱回路。3基于分项能耗数据的诊断方法由能耗分项计量工程建设和节能诊断案例经验可知，采取基于分项能耗指标体系的后台诊断和基于持续深入的现场调研测试相结合的办法是大型公建节能诊断的有效途径。3.1分项能耗指标体系基于能耗数据建立合理的指标体系，可以科学有效地开展节能管理与节能诊断工作。本文按照单位建筑面积的计算口径建立能耗指标体系 4，并依据表 1 所示的“分项能耗”、“一级能耗节点”和“二级能耗节点”3 个层级建立详细的节能诊断指标体系。能耗计量监管工程案例和相关研究表明，大型公建空调能耗比重可达 30%60%，空调系统节能潜力往往较大 1。因此，为深入诊断空调系统的用能合理性，本文基于冷量计量数据并结合其它机构的研究结论 5-6，采用图 1 所示的空调系统节能诊断指标体系。图 1空调系统节能诊断指标体系3.2技术人员调研诊断在 3.1 节所述指标体系的基础上，还必须配合充分的现场调研诊断工作。这是因为:1)支路负载的内容定义、配电回路的逻辑关系、人员作息规律和设备运行模式等诸多影响因素必须通过现场调研工作确定;2)建筑的用能情况不定期变化，如功能房间、人员作息规律等的调整和用能设备的增减等，需及时跟进了解;3)通过数据诊断发现可能存在的问题后，必须通过现场调研和测试等工作进行确诊。42第 4 期陈海波，等:基于能耗分项计量数据的大型公建节能诊断方法及典型案例4能耗分析管理软件为实现标准化的能耗分析诊断工作，必须基于上述诊断方法和指标体系建立相应的工具软件。本文采用了自主研发的能耗综合分析管理软件，主要功能包括分项能耗数据查询功能、电费计量与管理功能、不同建筑能耗指标横向比较功能等。图 2 为基于该软件生成的设备实时用电曲线图。图 2能耗设备实时用电曲线图5典型案例5.1建筑群能耗指标横向比较促进节能图3为某建筑群(4栋办公建筑，分别为HZ004，HZ005，HZ010 和 HZ011)2010 年 4 月 10 日 5 月10 日每天的空调用电量曲线(按单位建筑面积计)，这 4 栋建筑的使用功能、建设年代和作息规律等比较相似。HZ004 建筑使用多联机空调系统，其它建筑均使用传统的电制冷机组+风机盘管系统。根据能耗指标分析，HZ004 建筑的空调能耗指标明显高于其它建筑，经现场调研诊断，该建筑存在明显的非工作时间段(下班后、周末节假日等)空调系统不关的情况。通过能耗指标横向比较迅速发现问题，而后通过实时监测曲线数据和现场调研确诊问题，将情况通报业主并改善空调系统的日常使用管理，5月下旬，HZ004 建筑的空调系统能耗明显下降。5.2单栋建筑节能诊断与管理改进图 4 为某大型公共机构办公建筑的逐时分项能耗曲线，图 5 为 2009 年 5 9 月的分项电耗数据。经现场调研了解，该建筑单位的上下班时间固定，周末节假日加班少。基于能耗指标曲线观察和分项能耗构成分析可发现如下问题:1)照明插座用电量偏大，特别是夜间和周末有较大不合理负荷(约占照明插座总用电量的 1/4);2)电开水器周末电耗明显图 3某建筑群空调系统能耗曲线偏高(占电开水器总用电量的 1/4);3)信息中心用电量大，5 9 月的用电量占建筑总用电量的 9.2%，2009 年全年用电量占建筑总用电量的 21.5%;4)信息中心内的专用空调用电连续稳定，占到信息中心2009 年全年总用电量的 43.8%，应引起重视。图 4某建筑实时分项能耗曲线图 52009 年 5 9 月能耗构成(万 kWh)5.3空调系统深入诊断挖掘节能潜力选取同地区、类似功能类型的 2 栋典型办公建筑(分别为 XZ 和 CX)进行分析，表 2 为 2009 年 6 9 月 2 栋建筑的空调系统能耗指标，分析可知，XZ办公建筑的冷机运行效率(COP)、冷却水输送系数(WTFcw)及冷冻水输送系数(WTFchw)都偏低。52建 筑 科 学第 27 卷表 2某 2 栋办公建筑空调能耗指标单位建筑面积空调能耗ECA/(kWh/(m2a)单位建筑面积耗冷量 CCA/(kWh/(m2a)冷站能效比EER冷机运行效率COP冷却水输送系数WTFcw冷冻水输送系数WTFchwXZ10.925.22.64.319.119.3CX6.823.93.55.527.228.0为深入诊断 XZ 办公建筑空调系统存在的问题，调用此期间 XZ 和 CX 办公建筑的冷机逐时电耗、运行效率、冷却水输送效率和建筑耗冷量等数据绘制成图，见图 6 8。图 7 中“”所示部分表明夜间和周末有待机能耗。分析可知，XZ 办公建筑空调系统存在以下 4 个问题:1)非工作时间段(周末、夜间和节假日)空调机组不关;2)机组 COP 处于 3.9 4.8，比常规冷水机组的效率明显偏低;3)冷却水平均输送系数为 19.1，明显低于 CX 办公建筑，经现场调研测试发现冷却泵选型过大、工作点明显偏移。图 62 栋办公建筑冷机逐时运行效率 COP 比较图 7XZ 办公建筑单位建筑面积逐时耗冷量、冷机逐时电耗和冷机逐时 COP6总结研究实践表明，基于能耗指标体系进行非现场图 82 栋办公建筑冷却水逐时输送系数(WTFcw)比较的节能诊断，并充分结合现场的调研测试工作，是有效推动大型公建节能工作的技术途径。同时，总结得出以下技术经验:1)科学并统一定义的能耗分项模型是充分发挥能耗数据作用的重要前提。2)由能耗计量监管体系工程建设及节能诊断工作经验可知，必须重视基于能耗数据的现场调研测试工作。基于本文研究的节能诊断技术体系，如何建立完善的服务体系，转化形成生产力并获得市场认同，是下一步的研究与实践工作重点。参考文献1 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告 2010M.北京:中国建筑工业出版社，2010:22.2 丰艳萍，武涌.节能运行监管 我国大型公共建筑节能管理的必然选择J.暖通空调，2007，37(8):5 8.3 肖贺，魏庆芃.公共建筑能耗调查统计中几个问题的探讨J.暖通空调，2010，40(3):12 18.4 国家住房和城乡建设部.建科 2007 249 号 国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计导则S.2007.5 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB/T17981-2007 空气调节系统经济运行S.北京:中国标准出版社，2008.6 浙江清华长三角研究院，清华大学，杭州华电华源环境工程有限公司.DB 33/1070-2010 浙江省大型公共建筑能耗测评标准S.2010.62