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劉細鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:建筑能耗分項計量和能源管理系統(tǒng)可實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的采集、匯總、分析、顯示等功能,但在利用數(shù)據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)決策實現(xiàn)節(jié)能減排目標方面仍存在不足。分析了如何在能源管理的基礎(chǔ)上進步深入研究,并借鑒外先進經(jīng)驗實現(xiàn)基于需求的能效管理。
關(guān)鍵詞:節(jié)能;分項計量;能源管理;能效管理
0引言
我是個能源消耗大,人口眾多,能源相對缺乏,人均能源占有量僅為世界平均水平的40%,而建筑能耗已占到社會總能耗的40%左右。但能源效率目前僅為33%,比發(fā)達家落后20a,能耗強度大大高于發(fā)達家及世界平均水平,約為美的3倍,日本的7.2倍。
為實現(xiàn)到2020年單位內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放量比2005年下降40%~50%的目標,提高能源利用效率已成為我在未來經(jīng)濟發(fā)展中的個緊迫問題。
1我建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀
在建筑能耗管理方面的技術(shù)措施常有分項計量系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)(Energy Management System,EMS)、能效管理系統(tǒng)(Energy Efficiency Management System,EEMS),這些系統(tǒng)在功能和發(fā)展階段上存在差異。
能耗分項計量系統(tǒng)源自住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2008年6月頒布的《家辦公建筑及大型公共建筑樓宇分項計量設(shè)計安裝技術(shù)導(dǎo)則》等五個技術(shù)導(dǎo)則中的相關(guān)要求。2008年10月1日,我正式實施了wu院頒布的《公共機構(gòu)節(jié)能條例》,其中明確指出:“公共機構(gòu)應(yīng)當(dāng)實行能源消費計量制度,區(qū)分用能種類,用能系統(tǒng),實行能源消費分戶、分類、分項計量,并對能源消耗狀況實行監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)、糾正用能浪費現(xiàn)象。”之后,各省、市、自治區(qū)陸續(xù)頒布針對建筑用能監(jiān)測系統(tǒng)的規(guī)范標準,眾多企業(yè)紛紛開始研發(fā)并實施能耗分項計量系統(tǒng),越來越多的公共建筑、建筑開始應(yīng)用能耗分項計量系統(tǒng)。分項計量系統(tǒng)在于通過對建筑安裝分類和分項能耗計量裝置,采用遠程傳輸?shù)仁侄渭皶r采集能耗數(shù)據(jù),進行在線監(jiān)測。
EMS是在實現(xiàn)能耗分項計量的基礎(chǔ)上,對建筑的電力、燃氣、水等各分類能耗數(shù)據(jù)進行匯總、分析。了解建筑能耗狀況,為節(jié)能降耗提供直觀科學(xué)的依據(jù),為企業(yè)查找能耗,促進企業(yè)管理水平的進步提高及運營成本的進步降低,使能源使用更加合理,控制浪費,達到節(jié)能減排、降低能耗的目的。
EEMS應(yīng)用智能化集成系統(tǒng)技術(shù),在EMS基礎(chǔ)上,通過對電耗、氣耗、水耗、材耗、環(huán)境因素、使用人的舒適度、成本等數(shù)據(jù)進行匯總分析,掌握建筑設(shè)施的實時運行狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)問題、調(diào)整設(shè)備參數(shù);根據(jù)數(shù)據(jù)積累的統(tǒng)計值,比對找出設(shè)備(設(shè)施)運行異常、資源消耗的異常,并預(yù)測未來的能耗需求,化控制策略,改進運行狀況,提升建筑物的整體能效。
本文將根據(jù)近期對上海市十幢大型公共建筑所做的調(diào)研,具體分析建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)目前發(fā)揮的作用及存在的不足。
2建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)實例分析
2.1 分項計量系統(tǒng)
上海市針對建筑能耗陸續(xù)頒布了《大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》、《公共建筑用能監(jiān)測工程技術(shù)規(guī)范》和《辦公建筑用能監(jiān)測系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范性文件,并且建成了市級和區(qū)級兩級建筑能耗監(jiān)測平臺,實現(xiàn)了對全市幾百幢大型公共建筑和辦公建筑能耗的集中監(jiān)測。
近期調(diào)研的10幢大型公共建筑均按照上海市《公共建筑用能監(jiān)測工程技術(shù)規(guī)范》的要求設(shè)置了用能監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)了對水、電、燃氣等用能情況的分項實時監(jiān)測。
分項計量系統(tǒng)所采用的能源架構(gòu)如圖1所示。
圖1 分項計量系統(tǒng)基本能源架構(gòu)
其中能源按照水、電、燃氣進行分類;水主要記錄大樓用水總量;電耗分為照明插座、空調(diào)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、特殊用電等四大類,每類又分為若干個子項進行計量;燃氣消耗主要記錄廚房餐廳用氣和冷熱源用氣。
2.2 EMS
EMS是在分項計量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,對建筑能耗數(shù)據(jù)進行匯總分析,了解掌握建筑能耗水平、耗能設(shè)備及系統(tǒng)、分析用能異常原因,為節(jié)能減排、降低能耗提供條件。
目前,已經(jīng)應(yīng)用EMS的建筑大致可分為兩類:
(1)以統(tǒng)計公共建筑的實時和歷史能耗為目的,旨在制定不同類型的公共建筑用能基準,為政fu 制定建筑用能政策作指導(dǎo),同時據(jù)此可以做宏觀分析和調(diào)控。
(2)以棟或者幾棟具體建筑物為目標,旨在了解掌握該建筑內(nèi)設(shè)備和系統(tǒng)能耗情況,從而化用能設(shè)備的運行,為建筑物節(jié)能改造提供依據(jù)和策略。此類建筑大多以商業(yè)建筑、酒店為主。
EMS可以實現(xiàn)如下功能:
(1)實現(xiàn)能耗概覽、能效對標、能耗分項統(tǒng)計、能效前、設(shè)備能耗追蹤分析、能耗報警、能耗報告、報表等常規(guī)功能。
(2)能源費用占比分析,直觀顯示建筑水、電、燃氣等能源消耗比例。
(3)電量分項能耗分析。根據(jù)耗電用途不同,可以逐月、逐年顯示動力、空調(diào)、照明插座、特殊用電的消耗比例。
(4)用能情況的同比、環(huán)比分析。統(tǒng)計建筑整體或區(qū)域能耗的時用量、日用量和年用量,以曲線圖、柱狀圖等不同方式顯示,支持報表輸出。
圖2所示的大樓由于采用冷熱雙效直燃溴化鋰主機供冷及供暖,因此近三年耗電情況都比較平穩(wěn),夏季耗電略高于冬季及過渡季耗電。
圖2 某大樓近三年逐月能耗分析
圖3所示的大樓辦公區(qū)域采用變頻多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng),某租戶租用了15F、16F、20F三個樓層,通過EMS可以清楚地了解6~10月該客戶的空調(diào)用電情況,其中夏季7、8月的耗電量明顯高于其余三個月。
圖3 某租戶近期逐月逐層空調(diào)耗電量分析
圖4則對入住大樓的不同租戶同期單位面積能耗進行評比,尋找節(jié)能潛力大的客戶。
圖4 某大樓內(nèi)不同租戶間近三月單位面積能耗對比
圖5選取某園區(qū)內(nèi)兩幢相似辦公樓24h用電進行比較,非工作時間段內(nèi)用電負荷基本平穩(wěn),但6#樓在6:00左右用電出現(xiàn)個尖峰值,需查明原因;工作時間段內(nèi)用電負荷逐漸增加并于中午前后升至高值;午休時間段內(nèi)負荷逐漸降低并在13:00左右降至低值;下午上班后負荷逐漸升高,達到頂點后逐漸降低。
圖5 某園區(qū)內(nèi)2幢樓24h辦公用電分析
由上面的分析可知:通過對逐時用電負荷的分析,可以發(fā)現(xiàn)異常點,并掌握客戶用電規(guī)律,可以在樓際間進行對比,方便了能源管理。
圖6記錄了某大樓11月6日15:00到11月7日15:00間24h內(nèi)的逐時用水量,包括大樓內(nèi)的3個員工餐廳、2個員工浴室、衛(wèi)生間及空調(diào)用水等。由圖可知工作時間內(nèi)用水量較大,24:00之后用水量逐漸降低,在5:00~6:00間用水量達到小值。由圖6還發(fā)現(xiàn),用水量小值并非為0,而理論上應(yīng)該沒有用水點,因此需要進步查實是否存在漏水點,從而減少浪費,降低能耗。
圖6某大樓24h用水情況分析
2.3 EEMS
EEMS以能源管理和節(jié)能決策為目標,實時采集與能耗相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息,通過分析、控制和管理等各種手段,化使用能源和能源浪費,用更少的能源投入提供同等的能源服務(wù)。
從內(nèi)行業(yè)的現(xiàn)狀來看,這是把傳統(tǒng)的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、建筑設(shè)備集成管理系統(tǒng)、能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)、EMS的基本功能合而為,是個以能源管理為的管控體化大系統(tǒng),可實現(xiàn)的功能如圖7所示。
圖7 能效管理系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能
EEMS實施的目的就是通過智能化系統(tǒng)集成來實現(xiàn)對即有系統(tǒng)能源消耗的節(jié)約與改善,是個不斷循環(huán)改進的過程,應(yīng)當(dāng)遵循圖8所示的工作流程。
圖8 能效管理實施流程
圖9所示為某辦公建筑某日24h的能耗數(shù)據(jù),按照圖8所示工作流程進行數(shù)據(jù)測量、收集、評估、分析、整改、再測量、再評估、再分析、再整改不斷循環(huán),取得了較好的節(jié)能效果,提高了能效。對原始數(shù)據(jù)進行評估分析,采取了定的控制措施,圖9證實按照圖8的循環(huán)過程不斷改進可降低能耗、提高能源使用效率。
圖9 某辦公樓能耗運行數(shù)據(jù)
能效管理工作的在于根據(jù)歷史能耗數(shù)據(jù)建立未來能耗需求模型,實現(xiàn)基于需求響應(yīng)的化控制和管理。
日本很早就開始了對能效管理平臺的研究,2012年橫濱市建立了綜合能效管理平臺?;谛枨蟮哪苄Ч芾砥脚_實現(xiàn)了以下功能:
(1)統(tǒng)計分析歷史能耗數(shù)據(jù),以30min為周期建立能耗與天氣的模型,預(yù)測未來的能源需求量。
(2)根據(jù)當(dāng)日天氣變化調(diào)整上述需求量預(yù)測值,建立能耗需求模型。
(3)以30min為周期,實時采集當(dāng)日能源使用數(shù)據(jù)。如果出現(xiàn)與預(yù)測模型偏離的情況,則通過與樓宇自動化系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)的聯(lián)動控制進行干預(yù),以期將實際消耗量控制在預(yù)測范圍內(nèi)。
(4)在需要采取措施進行節(jié)電的時間段內(nèi),可以通過電子郵件或者短信方式向用戶或者租戶發(fā)出“節(jié)電請求”,在“節(jié)電請求”期間采取的措施有減少公共區(qū)域照明開啟數(shù)量;夏季將公共區(qū)域空調(diào)設(shè)定溫度升高1~2℃,冬季將公共區(qū)域空調(diào)設(shè)定溫度降低1~2℃,從而減少空調(diào)系統(tǒng)耗電;加大綠色能源的供應(yīng)量;提高“節(jié)電請求”期間電費單價,促使用戶自覺節(jié)約用電。
(5)在大型開發(fā)區(qū)、高科技園區(qū)內(nèi)項目應(yīng)用EEMS對園區(qū)能源使用進行整體調(diào)配,解決供需矛盾。尤其當(dāng)園區(qū)內(nèi)建有燃氣分布式發(fā)電、太陽能、風(fēng)能等新能源時,根據(jù)EEMS的預(yù)測需求量,合理制定新能源系統(tǒng)的運行策略,發(fā)揮新能源系統(tǒng)的作用,實現(xiàn)需求響應(yīng)的控制。
通過上述分析可知,EEMS功能更加全,在能源管理的基礎(chǔ)上,集成眾多已有的監(jiān)控平臺所建立的綜合信息平臺,來實現(xiàn)既監(jiān)又控的目的;EEMS基于歷史數(shù)據(jù)掌握能源使用規(guī)律,并指導(dǎo)決策,化運行;EEMS在歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立控制模型,實現(xiàn)基于需求的科學(xué)管理;EEMS的工作流程是個循環(huán)的閉環(huán)過程,需要不斷分析、調(diào)整、檢驗、再分析、再調(diào)整、再檢驗,實現(xiàn)降低能耗、提高能效的目標;EEMS需要更加專業(yè)的運營維護人員參與到整個分析、決策、控制、檢驗過程中,以期更加有效地發(fā)揮能效管理平臺的作用。
3安科瑞能耗監(jiān)控系統(tǒng)介紹
Acrel-5000能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng),在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析,通過對用戶端所有能耗進行細分和統(tǒng)計,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,便于找出高耗能點或不合理的耗能習(xí)慣,有效節(jié)約能源,為用戶進步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照家有關(guān)規(guī)定實施能源審計,分析現(xiàn)狀,查找問題,挖掘節(jié)能潛力,提出切實可行的節(jié)能措施,并向縣級以上人民政fu管理節(jié)能工作的部門報送能源審計報告。
3.1平臺結(jié)構(gòu)
Acrel-5000能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)以計算機、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具,根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無線通訊中的種或多種結(jié)合的組網(wǎng)方式,為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集及遠程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺,它可以和檢測設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱印⒎旨?、分布式智能體化結(jié)構(gòu)。建立如下層次結(jié)構(gòu):
3.2平臺功能
(1)系統(tǒng)可按使用年份統(tǒng)計建筑物各分類能耗——電、水、氣、集中供熱、集中供冷以及其它能源消耗量,自動折算成相應(yīng)的標準煤消耗量,從而反映建筑物當(dāng)年各分類能耗用能和綜合能耗。系統(tǒng)以餅圖形式展示建筑4大用電分項能耗的占比情況。系統(tǒng)以曲線圖形展現(xiàn)各類能耗的消耗的消耗趨勢,便于業(yè)主方實時直觀掌握能源消耗情況。
(2)系統(tǒng)可以根據(jù)分類能耗的支路名稱查詢用能情況,顯示當(dāng)日和當(dāng)月的用能峰值。顯示當(dāng)日用能、當(dāng)月用能、當(dāng)年用能與昨日同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比較情況。以條形顯示過去48小時、31天、12個月、3年的能耗情況。右上角顯示過去15分鐘曲線(電表顯示功率曲線,流量表顯示流速曲線)。
(3)系統(tǒng)依據(jù)建筑物能源消耗的分布情況進行能耗計量點的選取和設(shè)置,使得能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以覆蓋整個建筑物。系統(tǒng)使用者可通過相關(guān)界面調(diào)取該建筑物各能耗節(jié)點的能耗統(tǒng)計報表,減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計量誤差。
(4)系統(tǒng)依據(jù)住建部分類分項能耗數(shù)據(jù)采集導(dǎo)則,將建筑物耗電分為照明插座、空調(diào)、動力和特殊用電進行計量裝置選型和設(shè)置,并按用能區(qū)域或功能區(qū)域等劃分并進行統(tǒng)計,以報表和同、環(huán)比棒圖形式展現(xiàn)該區(qū)域的能源消耗。
(5)系統(tǒng)可針對能源消耗量大的設(shè)備或區(qū)域進行準確定位,便于管理層制定節(jié)能績效考核制度,推動節(jié)能降耗的有效執(zhí)行。為用能設(shè)備建立運行記錄檔案,長期跟蹤記錄設(shè)備運行過程中的能效分析評估結(jié)果,結(jié)合設(shè)備維護保養(yǎng)記錄,為設(shè)備的運行維護提供依據(jù)。
(6)系統(tǒng)提供分級權(quán)限管理功能,對具備權(quán)限用戶提供開放的信息維護接口,用戶可自行對建筑和系統(tǒng)監(jiān)測范圍內(nèi)計量點的信息進行增、刪、改和查詢,建筑物信息包括建筑類型、建設(shè)年代、建筑面積、建筑物人員數(shù)量等。系統(tǒng)還對無法自動采集的計量信息提供手動錄入功能,便于使用者掌握建筑物總體能耗情況。
3.3數(shù)據(jù)上傳
安科瑞能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)按照用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范定義的系統(tǒng)平臺接口協(xié)議規(guī)范的要求,將用能企業(yè)的基礎(chǔ)信息、計量器具信息、用能數(shù)據(jù)及能效數(shù)據(jù)上傳至省級或家平臺,上傳數(shù)據(jù)經(jīng)過HTTPS協(xié)議加密傳輸。如果數(shù)據(jù)傳輸失敗或超時(網(wǎng)絡(luò)故障),將重發(fā)數(shù)據(jù),直至接收成功反饋消息。
3.4能源計量表具選型
4結(jié)語
隨著市場應(yīng)用范圍的不斷擴大,分項計量系統(tǒng)和EMS發(fā)展已經(jīng)比較成熟。分項計量系統(tǒng)的建設(shè)基于完善的規(guī)范標準,隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展,EMS的數(shù)據(jù)分析越來越精細、圖表展示越來越豐富、建筑模型越來越逼真,但是對于數(shù)據(jù)分析結(jié)果的應(yīng)用還不盡如人意。例如,能耗分析的結(jié)果無法直接參與決策,無法根據(jù)歷史能耗數(shù)據(jù)的分析預(yù)測今后的能耗情況。
日本資源廳從2011年開始推進大廈EMS集成業(yè)務(wù),利用云服務(wù)進行跨區(qū)域能源管理。截至2013年2月15日,已有接近2700棟大樓安裝了大廈EMS,并且針對住宅建筑、辦公及商業(yè)建筑、園區(qū)、工廠等開發(fā)有完善的解決方案。在這方面,我還有定的差距,相信隨著能耗監(jiān)測平臺的不斷應(yīng)用和普及,功能更加完善的能效管理平臺也將得到廣泛應(yīng)用。
【參考文獻】
[1]王坐中.建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代建筑電氣
[2]王弘成,李鑫.能耗分項計量管理系統(tǒng)的應(yīng)用[J].智能建筑與城市信息,2013(3):12-14.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版
作者簡介:劉細鳳,女,本科,現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)。