能耗监测在建筑节能中的作用

能耗监测在建筑节能中的作用毕强赵敏【摘要】建筑耗能是我国能源消耗的主要组成部分，也是节约能源的重要领域，本文首先对我国建筑能耗进行分析，然后介绍国内能耗监测的现状。针对我国目前缺乏有效的建筑能耗统计数据的情况，提出能耗监测系统在建筑节能中的作用，最后阐述能耗监测系统的平台的社会节能效益。一、我国建筑能耗的分析随着我国城市化进程的加速，预计到2020年，全国城市生活人口将达到总人口数的56%以上，相应的建筑物和设施也将成倍增加，使得建筑能耗的大幅增加将不可避免。建筑用能是能源消耗的主要组成部分,，同时建筑节能也是节约能源的重要领域。然而，从现行的国家统计年报体系中，很难得到比较准确的建筑能耗统计数据，致使各级政府行政管理部门在制定节能减排目标，编制相关发展规划及政策法规和标准规范时，缺乏有效的建筑能耗数据。二、国内能耗监测的现状我国建筑能耗的管理方面缺乏统一的统计方法和严格的统计制度，各地方的统计方法也各异，从而导致基础能耗数据资源残缺，共享度低，这极不利于我们对建筑能耗做出正确客观的把握，也不利于合理的节能规范的制定，同时在某种程度上阻碍了节能技术的应用和客观的评价。目前，我国已把资源节约列入基本国策，建筑节能也日益得到从中央到地方前所未有的重视。三、能耗监测系统概况建筑能耗监测系统对水、电、气等能耗进行分类分项计量，水、电、气等表具数据通过485屏蔽双绞线传输至能耗数据采集器，采集器对采集到的数据进行初步分析、筛选、统计归类后把系统所需数据通过主干通信网络上传至能耗监测服务器，服务器通过对数据的分析、计算、诊断实现建筑能耗的数据管理。能耗监测系统的建设提供一个公平、定量衡量各建筑用能状况的“尺子”基于规范化的能耗分项计量和监测结果，通过数据分析、诊断，实现能耗管理，行政监管，并鼓励先进、督促落后。在此基础上，还可进一步实现大型公建的分型用能定额管理。系统的建设包括三大部分：1.监控平台软件：分析建筑长期运行的数据，通过各个单体建筑上传的能耗数据进行纵向、横向、多时间、多维度的对比，制定能耗标准。2.监控平台硬件:a)基础硬件:服务器、防火墙、不间断电源等b)基础软件：操作系统、数据库等3.监测终端：a)单体建筑能耗管理系统：单体建筑内安装，对能耗数据进行处理得出完整的在线能耗监测方案与细致的能耗分析诊断方案，以便节能改造和运行策略调整b)采集器：要求适应性强，兼容性强，数据传输稳定可靠，具备断点续传功能c)电表、水表、冷量表：要求具有远传功能，读数稳定数据管理项对于大型公建中构成复杂，难以表述清楚的用电进行分项计量。对电耗分成32个分项进行计量。包括19个底层分项和13个上层符合分项。该模型满足住房和城乡建设部《国家机关办公建筑及大型公共建筑楼宇分项计量技术导则》。该能耗模型按照终端用能设备用能的不同特点，进行能耗划分，完全覆盖建筑中所有常见的用能设备，分项详细，便于进行数据分析，通过横向比较不同建筑的分项能耗指标，得到清晰结论。从建筑电气的角度，大型公共建筑的电力负荷一般分为照明负荷和动力负荷两种。照明负荷包括灯具、插座设备、计算机等220V单相电设备。动力负荷包括使用380V三相电机的大功率设备，如电梯、冷机、水泵、风机等。配电支路的划分与分项能耗模型的划分不一致，这就造成需要将某一“混合支路”中不同类型的用电设备的能耗拆分开。如某“照明支路”，包括室内照明、插座设备、厨房炊事设备、信息机房、空调末端风机盘管等多种设备用电如何将“混合支路”中不同类型用电设备的能耗拆分开，是建筑能耗监测的重点和难点。一般有两种办法：1.多装表这种方法不仅造成造价大幅度提高，在实际工程中也被证明是基本不可行的。因为要通过装表将“混合支路”中不同类型的用电设备的能耗分开，需要大量的电表，同时末端楼层配电箱也往往需要进行电路改造，工作量相当大。很多厂家往往为了工程实施下去，对一些无法拆分的“混合支路”不作处理。如“照明插座用电”往往包括“空调用电”“特殊功能设备用电”等。造成数据错误，无法进行后面的能耗监管和节能分析。2.间接计量方式。建筑能耗监测系统采用能耗拆分计算的间接计量方式。按照一种算法，将直接计量得到的配电支路能耗，拆分为分项能耗。不仅降低装表数量，也是唯一可行得到准确分项能耗数据的方法。目前使用的能耗数据拆分技术为比例分配法、模式匹配法、通断量修正法及波形分析法的组合应用得到准确的分享能耗数据、需要特别说明的是，虽然拆分算法有一定的不准确度，但一定比前一种在工程上不可行的方法得到的数据准确可靠。a)采用间接计量方式需要规范合理的系统设计方法在建筑配电系统中的哪些支路上装表，有很多可能性。哪种方案得到的数据准确度更高。这是能耗监测系统系统设计时需要解决的问题。好的装表方案可以在保证数据一定准确性的情况下，减少装表数量，节省项目投资。建筑能耗监测系统的设计软件，可以对各种装表方案进行评价，系统设计阶段可以通过建筑能耗监测系统设计软件获得最有设计方案。b)最优化拆分算法当一块电表带的支路包含不同类型的末端时，如何将不同类型的末端电量拆分开是拆分计算的核心所在。由于末端电量是随时间不停变化的，因此采用固定的拆分比例必定不能得到准确的拆分结果。根据不同类型末端电量的变化特点，定义了不同的逐时特征集，每一时刻的拆分都采用最优化边界条件。这样的拆分算法兼顾了末端特点的共性与特定建筑末端的特性。c)能耗拆分的思路1)对支路中各末端集的能耗进行估算2)参考估算能耗，对支路总电耗进行拆分3)实际上是在通过调整各末端集的估算能耗值，使它们的和等于支路总电耗4)得到能耗拆分结果d)能耗拆分极大减少建筑业主初投资建筑能耗数据详细分析，需要建筑内所有末端设备数据，建筑内配电复杂多样，建筑配电支路混合情况复杂多样，毫无规律，如果通过物理方法进行数据计量，需要进行大量末端采集点的选择，数据点巨大，带来巨大的项目初投资。数据拆分和深度处理通过对建筑内配电系统的详细调研，得到建筑内配电支路的各种混合信息，根据建筑具体调研信息进行软件系统配置，软件系统会调用内部数学算法对基础数据进行拆分，得到基于标准能耗模型的能耗数据和末端数据。主要拆分算法案例解析如下：拆分对比图拆分前，各个配电支路为照明插座和风机盘管的混合支路，在避免投资过大的前提下，尽量减少计量仪表的安装，选择特征性比较大的支路安装计量仪表，通过系统基于不确定度的数学算法完成数据的拆分和深度处理，最终可以得出每类用能末端的能耗数据。四、能耗监测系统在建筑节能中的作用1.能耗监测系统对于建筑节能工作的必要性大型公共建筑节能的目标是在保证服务品质的基础上降低实际运行过程中的能源消耗。要实现这个目标，需要有准确详实的能源数据作为能耗分析、统计、诊断的基础。建筑节能，一切以数据为基础，这不仅是发现问题的依据也是检验节能改造效果的标准。没有对实际用能数据真实全面的掌握，就无法科学有据地找到建筑节能的工作方向，进而开展“以用能数据为导向的建筑节能”。大型公共建筑功能复杂，用能设备系统繁多。不同用能途径对应着不同用能系统，不同的用能系统又由不同的运行管理主体负责。如果仅针对一座建筑物的总能耗进行计量，就难以掌握建筑内各用能系统的实际用能状况，也就不能真正有效地管理和指导具体的节能工作。只有根据用能系统的性质和所归属的管理运行方，对各用能子系统的用能情况进行分项计量，才能了解各用能子系统的真实能耗状况。同时，为了观察各个设备子系统的运行规律和某些典型工况下的运行效率，每周甚至每天一个能耗数据，已经无法满足后期分析及诊断的要求。更大密度的数据采集势在必行。基于上述两点原因，人工抄表加手工记录等相对原始的数据采集方式已不能满足这种多分项高密度数据采集的要求。此外，庞大的能耗数据还需要一系列的维护、储存和查阅工具来进行辅助管理。能对建筑内各用能子系统进行详细分项、分系统计量，并通过相应能耗模型对数据进行统计分析的建筑能耗信息管理系统应运而生，并将成为衡量建筑用能是否合理的“尺子”，推动建筑节能的“工具”。2.统计能耗数据有效的建筑能耗监测平台可以给出我国建筑物所消耗终端能耗的具体数据，定量描述我国建筑能耗的具体状况（如发展的特点、不同功能建筑能耗的特点、不同地域建筑能耗、建筑内不同终端用能特点等），是建筑节能工作的重要基础。我国总的能耗数据统计渠道单一，目前的统计主要依靠现有的国民经济统计体系和某些行业的统计年报，这对于分散于各个部门的建筑能耗统计来说，是远远不够的。目前我国还未建成这一平台，直接后果是使建筑节能工作一直有很大的盲目性，甚至误导工作方向和重点。尽快搭建我国建筑能耗监测平台，并使其有效运行，对于建筑节能来说是一项有深远战略意义的基础性工作。动态、完整、准确地能耗统计，能更好地确定建筑节能的重点、发展变化的趋势，指导建筑节能工作的开展，为制定法律和行政管理制度，提供了依据和基础。此外，一定范围内建立适当形式的建筑能耗数据公开和公布制度，利用网络、媒体、形成刺激和舆论机制，用实际能耗数据来督促和教育建筑物的使用者，保持“随手关灯”、下半班时关灯、关电脑、关空调等“三关”的绿色节约型生活模式，促进公众对建筑节能事业的参与。3.提高能源管理没有数据就没有管理。实时在线监测系统为各级政府主管部门提供了一个公平、定量衡量各建筑用能状况的“尺子”，在这些数据的基础上，可以对所管辖的建筑进行更准确更精细化的管理。各级政府主管部门可以建立一套完整规范的建筑节能运行指标体系（如国务院于2008年颁布的建筑节能运行管理条例），包括各类大型公共建筑运行能耗分项定额指标和各级用能子系统的综合能效指标。使用能耗监测平台对各指标进行集中的动态监测和管理，时刻观察其各项用能状况的变化，并不断与指标中规定的用能标准进行比对，杜绝各种由于管理运行的疏忽造成的用能增加，同时对各相同功能的建筑进行运行分项能耗的横向比较，奖优罚劣。并对实际的用能数据实施能耗定额管理，来不断督促物业管理人员优化运行管理方法，保证系统节能运行。从而使建筑节能行政管理工作从目前粗放的定性管理模式变为科学的定量化管理模式。4.节能降耗通过这个平台促进了节能运行和节能管理，在不增加其他任何投资的前提下可以降低运行能耗5%-10%。通过这一平台促成建筑节能改造和节能运行后还可以产生10%-20%的节能效果。该平台主要通过以下几方面达到节能的目地：a)找到管理漏洞或能耗漏洞：因物业使用者的节能意识和管理水平的缺失，其管理的建筑往往存在较大的能耗漏洞（如夜间空调箱风机长期不关，消防风机不正常开启等）通过观测相关用能系统的不同时段的动态指标可以找到相应的能耗漏洞。加强管理后立即获得节能收益；b)优化系统运行策略：建筑物中的各用能子系统，特别是空调系统中的各子系统之间存在一定的关联关系。因其协调匹配（如冷机调节不当，冷冻站输配系统匹配不当、新风机系统调节不当、变风量箱调控不当等问题）不当而产生的用能浪费往往是物业管理人员不易发现，较难解决的。通过挖掘各用能子系统不同时间段的能效指标，暖通节能的专业人员可以较容易的发现运行策略不力的问题，长期不断地为物业管理人员提供合理的运行调节建议，进而达到降低能耗的目地。c)发现系统中某些重点用能设备的故障：大楼中的某些大型设备发生故障时（如冷冻机、新风机、水泵故障、或者阀门堵塞、传感器故障），可能并不是无法实现其功能，或者产生某些异常的噪音及异象，而仅仅是其使用能耗急剧增加、或者与其关联的某些设备的使用能耗急剧增加，物业人员例行地维护和巡检工作往往很难发现这些问题。通过在线能耗监测，我们可以很轻易的找到这些故障设备能耗的异变，进而发现其故障，进行检修，避免了因设备故障而造成能耗增加。d)提升使用者的节能意识：美国智能电表概念的大热源于其近期得到的一个心理学研究成果表明，让每一个使用者实时地了解其能耗的使用情况，有利于促进他们的节能意识，进而通过有效的行为节能的方式（如人走“三关”，夏季调高空调设定温度等等），降低建筑物的运行能耗。e)找到最佳的改造方向：同样是节能改造，同样需要那么多钱，有些方向是事半功倍，有些方向反之。拥有建筑物长期的分项能