建筑能耗監(jiān)測(cè)對(duì)建筑節(jié)能的研究

摘要：基于建筑能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)，融合建筑能源審計(jì)技術(shù)與工程建筑能耗等級(jí)評(píng)價(jià)技術(shù)，研究既有建筑能耗，提出節(jié)能改造方案。該研究思路可應(yīng)用于我國(guó)既有建筑節(jié)能工作，為未來(lái)既有建筑節(jié)能項(xiàng)目提供更合理可靠的技術(shù)解決方案，開(kāi)辟既有建筑節(jié)能新路徑。

關(guān)鍵詞：工程建筑；能耗監(jiān)測(cè)；建筑節(jié)能項(xiàng)目；能源審計(jì)

0 引言

我國(guó)早期對(duì)建筑物節(jié)能重視不足，導(dǎo)致過(guò)去 30 年建成的建筑多為高能耗工程建筑，未來(lái)幾十年這些建筑將消耗大量能源。我國(guó)將大力發(fā)展建筑節(jié)能技術(shù)，如不同氣候條件下的節(jié)能墻、節(jié)能房頂、綠色節(jié)能門窗等，綜合利用太陽(yáng)能、地下熱量、降水、風(fēng)速、電力能源等可再生資源，使新建筑滿足節(jié)能要求，并逐步對(duì)既有工程建筑進(jìn)行節(jié)能改造，使其符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

1 建筑能耗監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)與應(yīng)用

通過(guò)對(duì)近 10 年城市相關(guān)政策和信息的研究，發(fā)現(xiàn)工程建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可為工程建筑耗能管理提供能耗研究，經(jīng)數(shù)據(jù)比對(duì)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)用能節(jié)約、降低成本投入，提升建筑用能耗水平，減少碳排放?，F(xiàn)將能耗監(jiān)測(cè)特性總結(jié)如下。

1.1 實(shí)時(shí)掌握用能動(dòng)態(tài)計(jì)量

依據(jù)我國(guó)分項(xiàng)目測(cè)量指南要求，工程建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將建筑總耗能分為照明電源插座、空調(diào)、動(dòng)力和特殊用電量四個(gè)項(xiàng)目。通過(guò)對(duì)各分項(xiàng)目用電量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可了解能源應(yīng)用狀況及分項(xiàng)目用電量實(shí)際情況。

1.2 及時(shí)監(jiān)測(cè)能耗管理漏洞

系統(tǒng)可進(jìn)行分鐘級(jí)甚至秒級(jí)的數(shù)據(jù)采集，具有數(shù)據(jù)分析功能。通過(guò)增強(qiáng)系統(tǒng)監(jiān)控與提醒功能，能及時(shí)提示建筑業(yè)主能源使用異常情況。此外，系統(tǒng)可通過(guò)移動(dòng)終端應(yīng)用開(kāi)發(fā)，以 APP、信息、郵件、短信等方式推送給工作人員，幫助其及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工用能異常區(qū)域，提高施工用能合理性，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升工作效率。

1.3 挖掘節(jié)能潛力，進(jìn)行用能對(duì)比

結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)與工程建筑控制，利用智能化信息技術(shù)，通過(guò)不同階段、不同支路的綜合能源應(yīng)用研究，發(fā)現(xiàn)設(shè)備搭配不合理之處，實(shí)現(xiàn)節(jié)能管控與優(yōu)化控制，為能源消耗管理者提供能源應(yīng)用分析工具，實(shí)施線上節(jié)能管控，充分發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)作用。

1.4 高效利用大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)信息增效

結(jié)合能耗監(jiān)測(cè)特點(diǎn)，充分運(yùn)用 5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)等新手段，強(qiáng)化工程建筑能耗監(jiān)測(cè)應(yīng)用，準(zhǔn)確把握工程建筑能耗數(shù)據(jù)，協(xié)助節(jié)能人員通過(guò)交互進(jìn)行改造，挖掘更合理的節(jié)能建筑改造方案。同時(shí)，利用工程建筑時(shí)間、總建筑面積、建筑裝飾材料、能耗等基本信息，從大數(shù)據(jù)層面挖掘不同類別工程建筑的能耗特點(diǎn)，借助人工智能和大數(shù)據(jù)，從人工轉(zhuǎn)型為系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，提高工程建筑能耗效率。

2 案例改造介紹

中國(guó)工商銀行鎮(zhèn)江分行營(yíng)業(yè)性辦公樓建于 1994 年，位于江蘇省鎮(zhèn)江市解放路 81 號(hào)，地處城市鬧市區(qū)繁華地段。

交通噪聲、車輛廢氣、城市熱島效應(yīng)等會(huì)影響辦公樓正常運(yùn)行。改造前該建筑未采取節(jié)能措施，建筑面積為 17647.31m2，地下 1 層，地上 22 層，建筑總高度 17m，磚混結(jié)構(gòu)，建筑等級(jí)為三級(jí)，抗震烈度為 7 度。改造前采用 2 臺(tái)水冷式螺桿空調(diào)作為冷源，61 臺(tái)分體式空調(diào)或一拖多空調(diào)作為其他區(qū)域冷熱源，1 臺(tái)天然氣鍋爐作為建筑熱源。根據(jù)項(xiàng)目原始建筑設(shè)計(jì)圖紙，建筑主體結(jié)構(gòu)未采取任何節(jié)能措施。原屋面做法為：細(xì)石混凝土（內(nèi)部加固）（50mm）+水泥砂漿（20mm）+輕骨料混凝土澆筑搗固（屋面找坡）（30mm）+混凝土結(jié)構(gòu)（120mm）+石灰水泥砂漿（20mm）；原墻體做法為：水泥砂漿（20mm）+混凝土結(jié)構(gòu)（20mm）+水泥砂漿(20mm），原窗扇幕墻為鋁框單面窗框+單面玻璃。建筑物內(nèi)過(guò)道、辦公室、會(huì)議室、大廳等公共區(qū)域未使用 LED 綠色照明設(shè)備。

3 建筑能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 工程建筑能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)概述

工程建筑能耗計(jì)量技術(shù)是通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)确绞?，利用建設(shè)工程子計(jì)量設(shè)備收集能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)建筑耗能在線監(jiān)控和動(dòng)態(tài)變化的方法。該技術(shù)主要通過(guò)安裝多功能儀表（電度表、智能水表、氣體表）、遠(yuǎn)程傳輸回收器對(duì)電氣、水、氣等能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將檢測(cè)值上傳至工程建筑區(qū)域能耗監(jiān)測(cè)核心網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。業(yè)主可通過(guò)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在線查詢能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.2 應(yīng)用改造實(shí)例

在滿足《能源分項(xiàng)測(cè)量指南》規(guī)定的類別和分項(xiàng)目測(cè)量條件下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)改造前中國(guó)工商銀行寫字樓一般照明電、空調(diào)耗電、動(dòng)力用電量、鍋爐用供氣量和建筑用水量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。中國(guó)工商銀行寫字樓耗能分項(xiàng)目測(cè)量系統(tǒng)共安裝收集電度表 27 臺(tái)，總供電安裝 DN150 渦輪流量計(jì) 1 臺(tái)，遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)采集器 1 臺(tái)，蒸汽表 2 臺(tái)，空調(diào)室安裝冷熱量計(jì) 1 臺(tái)。照明和空調(diào)耗電是老寫字樓的主要耗能來(lái)源，非電氣能耗占老寫字樓綜合能耗的比例較小。經(jīng)計(jì)算，2014 年老寫字樓綜合能耗為 44.72kgce/（m2·a），不符合寫字樓綜合能耗指標(biāo)值中有效值范圍≤25kgce/（m2·a）的要求。

4 安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

4.1 概述

Acrel-5000web 建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了對(duì)水、氣、煤、油、熱（冷）量等的集中采集與分析，通過(guò)對(duì)用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源審計(jì)，分析現(xiàn)狀，查找問(wèn)題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實(shí)可行的節(jié)能措施，并向縣級(jí)以上人民政府管理節(jié)能工作的部門報(bào)送能源審計(jì)報(bào)告。

4.2 應(yīng)用場(chǎng)所

適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

4.3 系統(tǒng)架構(gòu)

Acrel-5000 建筑能耗分析系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用現(xiàn)場(chǎng)總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無(wú)線通訊中的一種或多種結(jié)合的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程管理與控制提供基礎(chǔ)平臺(tái)，可和檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。采用開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的面向?qū)ο蠓謱印⒎旨?jí)、分布式智能一體化結(jié)構(gòu)，建立如下層次結(jié)構(gòu)：

4.4 系統(tǒng)功能

1）系統(tǒng)概況

平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。

2）用能概況

對(duì)建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項(xiàng)等用能進(jìn)行對(duì)比，支持當(dāng)日逐時(shí)趨勢(shì)、當(dāng)月逐日趨勢(shì)曲線、分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)對(duì)比、總能耗同環(huán)比對(duì)比。

3）用能統(tǒng)計(jì)

對(duì)建筑、區(qū)域、分項(xiàng)、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報(bào)表的形式統(tǒng)計(jì)對(duì)分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，支持報(bào)表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。

4）復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)

復(fù)費(fèi)率報(bào)表按日、月、年統(tǒng)計(jì)對(duì)單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。

5）同比分析

對(duì)建筑、分項(xiàng)、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報(bào)表結(jié)合的方式進(jìn)行用能數(shù)據(jù)同比分析。

6）能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑指定時(shí)段內(nèi)各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標(biāo)值查看。

7）配電監(jiān)測(cè)/管網(wǎng)圖

以變電站配電結(jié)構(gòu)一次圖或建筑水、燃?xì)夤芫W(wǎng)圖展示結(jié)構(gòu)中各重要節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，方便用戶掌握能源運(yùn)行時(shí)參數(shù)。

8）夜間能耗分析

夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對(duì)選擇支路分類能源在指定時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統(tǒng)計(jì)對(duì)比，支持導(dǎo)出報(bào)表。

9）三維展示

通過(guò)3D圖形方式展示項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)模擬圖，以更直觀的方式對(duì)項(xiàng)目中建筑或設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示。

10）設(shè)備管理

設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺(tái)賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)備的運(yùn)行。

11）用戶報(bào)告

用戶報(bào)告針對(duì)選定的建筑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各能源的月使用的同環(huán)比趨勢(shì)，并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結(jié)果，針對(duì)用電提供單獨(dú)的復(fù)費(fèi)率用能分析，報(bào)告可編輯。

4.5 系統(tǒng)硬件配置

	采用泛在物聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊、智能傳感等技術(shù)手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)分析、能效分析、用能預(yù)警、設(shè)備管理等服務(wù)，平臺(tái)可以廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。
智能網(wǎng)關(guān)	ANet-1E2S1		采用嵌入式硬件計(jì)算機(jī)平臺(tái)，具有多個(gè)下行通信接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)接口，作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺(tái)系統(tǒng)間的橋梁，能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并使用相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)給平臺(tái)系統(tǒng)。
高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜	APM810

	具有全電量測(cè)量，電能統(tǒng)計(jì)，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)客戶需要增加開(kāi)關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時(shí)，只需在背部插入對(duì)應(yīng)模塊即可。
APM520		三相全電量測(cè)量，2-63次諧波，不平衡度，需量，支持付費(fèi)率，越限報(bào)警，SOE,4-20mA輸出。
低壓聯(lián)絡(luò)柜、 出線柜	AEM96

	三相全電量測(cè)量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費(fèi)率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。
給水管道	水表		計(jì)量流經(jīng)給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術(shù)，通過(guò)RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

建筑能耗監(jiān)測(cè)可提升建筑管理者的管理能力，發(fā)現(xiàn)建筑耗能的片面性，提醒建筑業(yè)主及時(shí)開(kāi)展節(jié)能管理，降低管理者數(shù)量，提高效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅通過(guò)工程建筑耗能管理，就能節(jié)約 8%的建筑物能耗。同時(shí)，可充分運(yùn)用 5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)等新的數(shù)據(jù)方式，全面提高耗能管控的高效性，完善節(jié)能建筑的管理方法，利用互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的共享特性，為城市規(guī)劃建設(shè)的互聯(lián)共享目標(biāo)提供合理的實(shí)施方式。此外，當(dāng)建筑能耗引入其他方式進(jìn)行交互時(shí)，如碳交易市場(chǎng)方式，可全面提高能耗的節(jié)能潛力，有效降低城市碳排放，為城市實(shí)現(xiàn)低碳節(jié)能目標(biāo)提供有效幫助。

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審核編輯 黃宇