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大型商業建筑能耗數據分析及節能管理應用

　更新時間：2023-08-15　點擊量：1396

　　摘要：在在國家構建低碳社會的戰略背景下，建筑節能也越來越被重視。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，提供節能降耗改進建議，優化運行提升能效。

　　關鍵詞:能源管理；數據分析；節能降耗

　　0引言

　　隨著我國經濟的快速發展，城市化進程不斷加快，能源的使用量也出現快速上漲的趨勢。而建筑能耗、工業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30%。

　　黨提出了建設資源節約型和環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化是當前節能工作的趨勢所在。當前，我國信息科技的快速發展，互聯網技術成為國家各產業結構轉型改革的切入點和帶動者，基于互聯技術發展的物聯網研究逐漸成為各領域關注的焦點。物聯網技術是信息科技技術非常重要的部分，利用物聯網技術進行建筑能源管理平臺的研究，結合物聯網技術對建筑耗能設備的能源數據進行實時采集和管理，可以更加有效的實現建筑能源精細化管理，為大型公共建筑節能減排提供技術支撐。

　　1商業建筑的能耗現狀與評價標準

　　1.1公共建筑節能降耗背景

　　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、穩定發展的重要問題。

　　２０２１年１０月２６日，國務院發布《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２５％，單位國內生產總值ＣＯ２排放比２００５年下降６５％以上，順利實現２０３０年前碳達峰目標，重點提出了構建綠色低碳循環發展經濟體系、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、提升生態系統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，持續削減煤炭發電、大力發展和運用風電、太陽

　　能發電、水電、核電等非化石能源，實現清潔能源代替火力發電。

　　其次加快產業低碳轉型、促進服務業發展、強化節能管理、加強重點領域節能減排、優化能

　　源消費結構、開展各領域低碳試點和行動。

　　1.2商業建筑能耗現狀

　　建筑能耗因建筑所處的不同氣候區而異，不同氣候區建筑能源消耗差異大。ＧＢ／Ｔ５１１６１—２０１６《民用建筑能耗標準》中制定了針對商業建筑的能耗指標。商業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的指標*高，其次為夏熱冬暖地區，而溫和地區及嚴寒和寒冷地區的指標*低。

　　為推進國家雙碳戰略的實施與落地，住房與城鄉建設部新發布了ＧＢ５５０１５—２０２１《建筑節能與可再生能源利用通用規范》，商業建筑供暖供冷與照明能耗指標如表２所示。要求新建建筑節能設計水平進一步提升，暖通空調系統效率和電氣照明等要求全面提升。

　　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。上海地區典型商業建筑能耗構成如圖１所示，商業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。空調與照明與插座之和在總建筑電耗中占比超７０％。

表１商業建筑非供暖能耗指標的約束值和引導值

表２商業建筑供暖供冷與照明能耗指標

圖１上海地區典型商業建筑能耗構成

圖２上海地區分項能耗強度指標

　　1.3電耗的分析方法評價標準

　　公共建筑能耗狀態的查看以及能效管理分析都離不開運行數據的支撐，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。一般項目中，配電系統低壓出線柜通常都設有計量表。低壓柜之后的末端系統方面，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、公區照明用電、其他用電。

圖３項目計量系統架構

　　同時，規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）公區總用電量＝空調設備總用電量＋公區照明總用電量＋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能。

　　（5）年度單位面積耗電量＝年度街區總用電量÷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能、

　　達到國家標準。舊規約束值為２００ｋＷｈ·ｍ－２，引導值為１７０ｋＷｈ·ｍ

　　－２，新規為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）月度公區單位面積耗電量＝月度公區總電量÷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效。

　　（7）月度公區單位面積耗電量（不含車庫）＝（月度公區單位面積耗電量－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律相似，并且穩定，不隨季節變化，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效（含車庫的項目用該指標同其他項目的月度公區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運營管理是否節能。

　　2地下商業項目能耗分析

　　2.1地下商業項目介紹

　　此次進行能耗統計的商業項目共計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。

　　各項目開業至今的年限為１～５ａ不等。主要業態為零售，其次為餐飲。營業時間為早９∶００至晚２１∶３０。

　　所有項目均為地下商業街項目。建筑面積在１５０００～５００００ｍ２不等。空調系統分為兩種

　　形式，其中新邵、孝感、臨澧、張家界、隆回為典型的中央空調系統，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形式。空調箱設回風口和送風口。因項目業態分布不同，動力設備系統形式不同，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。其中公共區域６０４６ｍ２（包含４０００ｍ２車庫），普通店鋪面積為１２４８１ｍ２。項目業態為零售，無餐飲業

　　態。變壓器指標為１３５ＶＡ·ｍ－２。空調主系統為兩臺制冷量為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街區為停業狀態。

　　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，整體規律同季節性的氣溫變化一致。２０２１年的曲線呈雙峰狀態，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。公區照明及其他設備用電量全年區域穩定。商鋪用電量總值較大，但全年變化率較小，基本趨于穩定。空調用電隨季節變化而變化。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的浮動較大。３、４、５月為過渡季，６、７、８月份，季節趨暖，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。可以看出在公區照明與其他設備總體趨于穩定的情況下，暖通空調的能耗全年隨季節的浮動較大。夏季*高占比可達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

圖６２０２１年新邵項目冬季１月能耗情況

　　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２７．３％和３０％，是節能降耗優化的重點。空調設備用電量２０２１年優于２０２０年，其中

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，街區停業，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，可以節能運行進行優化。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，可以節能運行進行優化。新邵項目空調主機運行天數統計圖如圖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月份為疫情期停業狀態），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。項目物業管理降低了部分公區照明能耗，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，有效地降低了能耗。

　　結合實際運營過程，新邵項目仍有一定的節能降耗空間。如冬季期間室外*低氣溫高于５℃時，可關閉鍋爐。結合街區內人員、燈光等散熱，街區內溫度基本可達到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能運行的目標。同時，街區關閉前１～２ｈ可關閉鍋爐和空調主機，依靠空調水系統內的冷水和熱水來持續供暖、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、新化三個項目位列第二檔。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）

　　８個項目２０２１年在年度單位面積耗電量方面如圖１５所示，僅１～１０月鳳凰項目能耗指標已經超過２００ｋＷｈ·ｍ－２能耗*高，項目運營管理方面需提高。谷城項目能耗指標非常接近２００ｋＷｈ·ｍ－２，需加強節能管理。隆回、孝感、新化三個項目能耗指標均超出１７０ｋＷｈ·ｍ－２，屬第二梯隊，需進一步提高節能管理。新邵、張家界、臨澧項目的數據優于１０６ｋＷｈ·ｍ－２的標準，項目能耗處于較低水平。為了更客觀地評價各項目能耗水平，有效地評價項目運營管理水平，減掉商鋪業主自己控制管理承擔的電量———商鋪用電。同時將耗電量低，占地面積大，用電穩定的車庫用電過濾掉。具體計算方式如下。公區總用電量＝街區總用電量費用－商戶總用電量費用，（單位：ｋＷｈ）。月度公區單位面積耗電量（不含車庫）＝（月度公區單位面積耗電量－車庫總用電量）÷（建筑總面積－車庫面積），（單位：ｋＷｈ·ｍ－２）。再計算８個項目２０２１年平均月度單位面積耗電量，結果如圖１６所示，其中張家界、隆回、新邵項目不包含車庫用電。可以看到鳳凰依然是*高的，其次為谷城、隆回。新化和孝感在過濾了車庫用電和商鋪用電后，展現了真實的公區能耗水平。臨澧成為耗電量*低的項目。

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３０～５０％，故而設備運行能耗節省約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

　　因此空調系統冷源方式選擇方面，冷水機組與冷卻塔結合的方式，節能效果優于風冷熱泵，后續項目中應優先選用冷水機組；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，僅開啟新風系統即可滿足日常需求。而鳳凰項目因包含了酒吧業態，營業時間較長，空調冬季使用的時間要多于同系統的谷城和新化項目。因此控制好空調系統每天的運行時間可以有效地較低能耗。

　　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，物業未

　　能及時清洗，使得空調出風量減小，空調系統無法滿足正常需求。而營業時，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能降耗的優化。

　　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，在滿足規范要求的前提下，應根據照明需

　　求進行節能控制。公共照明區域應通過智能照明系統或強電回路開關控制，根據燈光效果采取分區、分組的方式設計，應使區域照明燈具能夠按照節約３０％、５０％、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測系統，對基礎設備實現數字化管理對基礎設備

　　實現自動控制。建立完善的物業管理信息系統，加強基層物業管理的質量與效率。

　　空調系統應選擇能效比更高的主機形式，夏季制冷時冷水機組優于風冷熱泵。

　　運營方面，物業運維部門應定期清理空調水系統過濾器（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，以達到節能要求。

　　4Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

　　（1）概述

　　Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，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數據服務。

　　該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、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、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、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測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；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，節約人力資源。

變壓器監控

　　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機結合起來，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，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。