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大型商业建筑能耗数据分析及节能管理应用

　更新时间：2023-08-15　点击量：398

　　摘要：在在国家构建低碳社会的战略背景下，建筑节能也越来越被重视。能耗数据是建筑能源管理的核心基础。通过对8个同类型商业项目的电耗实际数据进行数据分析研究，根据各项目的实际运营情况，提供节能降耗改进建议，优化运行提升能效。

　　关键词:能源管理；数据分析；节能降耗

　　0引言

　　随着我国经济的快速发展，城市化进程不断加快，能源的使用量也出现快速上涨的趋势。而建筑能耗、工业能耗和交通运输能耗是我国能源消耗的三大主力，其中建筑能耗大约占据了总能耗的30%。

　　党提出了建设资源节约型和环境友好型社会的目标，在这样的背景下，寻找新的建筑能源管理方法和技术，对建筑耗能设备进行整体管理优化是当前节能工作的趋势所在。当前，我国信息科技的快速发展，互联网技术成为国家各产业结构转型改革的切入点和带动者，基于互联技术发展的物联网研究逐渐成为各领域关注的焦点。物联网技术是信息科技技术非常重要的部分，利用物联网技术进行建筑能源管理平台的研究，结合物联网技术对建筑耗能设备的能源数据进行实时采集和管理，可以更加有效的实现建筑能源精细化管理，为大型公共建筑节能减排提供技术支撑。

　　1商业建筑的能耗现状与评价标准

　　1.1公共建筑节能降耗背景

　　目前，我国已成为世界大能源生产国和大能源消费国。在国民经济快速增长拉动下，我国的能源需求增长较快，能源紧张已成为制约经济持续、稳定发展的重要问题。

　　２０２１年１０月２６日，国务院发布《２０３０年前碳达峰行动方案》，该方案提出，到２０３０年，非化石能源消费比重达到约２５％，单位国内生产总值ＣＯ２排放比２００５年下降６５％以上，顺利实现２０３０年前碳达峰目标，重点提出了构建绿色低碳循环发展经济体系、提升能源利用效率、提高非化石能源消费比重、降低ＣＯ２排放水平、提升生态系统碳汇能力等方面主要目标。

　　首先要在经济增长和能源需求增加的同时，持续削减煤炭发电、大力发展和运用风电、太阳

　　能发电、水电、核电等非化石能源，实现清洁能源代替火力发电。

　　其次加快产业低碳转型、促进服务业发展、强化节能管理、加强重点领域节能减排、优化能

　　源消费结构、开展各领域低碳试点和行动。

　　1.2商业建筑能耗现状

　　建筑能耗因建筑所处的不同气候区而异，不同气候区建筑能源消耗差异大。ＧＢ／Ｔ５１１６１—２０１６《民用建筑能耗标准》中制定了针对商业建筑的能耗指标。商业建筑非供暖能耗指标的约束值和引导值如表１所示，可以看到夏热冬冷地区的指标*高，其次为夏热冬暖地区，而温和地区及严寒和寒冷地区的指标*低。

　　为推进国家双碳战略的实施与落地，住房与城乡建设部新发布了ＧＢ５５０１５—２０２１《建筑节能与可再生能源利用通用规范》，商业建筑供暖供冷与照明能耗指标如表２所示。要求新建建筑节能设计水平进一步提升，暖通空调系统效率和电气照明等要求全面提升。

　　在建筑能耗中能源的类别通常可分为电力、燃气、水、蒸汽、冷热量等。上海地区典型商业建筑能耗构成如图１所示，商业建筑能耗在实际应用中，电耗占主要部分。

　　电耗数据在结构上分为四大项，分别为照明和插座、空调、动力、其他。上海地区分项能耗强度指标如图２所示，根据数据分类汇总结果，可以看到：照明与插座分项占比*大，空调分项次之。空调与照明与插座之和在总建筑电耗中占比超７０％。

表１商业建筑非供暖能耗指标的约束值和引导值

表２商业建筑供暖供冷与照明能耗指标

图１上海地区典型商业建筑能耗构成

图２上海地区分项能耗强度指标

　　1.3电耗的分析方法评价标准

　　公共建筑能耗状态的查看以及能效管理分析都离不开运行数据的支撑，因此计量是能耗管理的核心前提条件。

　　然而电耗数据的分项分类，因实际系统的设计实施以及成本造价的限制，基本均处于较粗放的状态。一般项目中，配电系统低压出线柜通常都设有计量表。低压柜之后的末端系统方面，通常也只有大型设备或有计费需求的负荷会设置计量表。照明用电尤为明显。

　　项目实际的计量系统架构如图３所示，根据电耗的计量方式，为了便于运营管理，将电耗数

　　据在结构上分为四大项，分别为商铺用电、空调用电、公区照明用电、其他用电。

图３项目计量系统架构

　　同时，规定了以下名词及计算方法，用于项目能耗数据的具体评价：

　　（1）公区总用电量＝空调设备总用电量＋公区照明总用电量＋其他用电量，（单位：度）。

　　（2）空调设备用电总电量＝空调主机用电量＋空调水泵用电量＋空调末端用电量，（单位：度）。

　　（3）月度单位面积耗电量＝月度街区总用电量费用÷项目总面积，（单位：ｋＷｈ·ｍ－２）。

　　（4）月度单位面积耗电量（不含车库）＝（月度街区总用电量费用－月车库总用电量）÷项目总面积，（单位：ｋＷｈ·ｍ－２）。

　　（3）、（4）两项指标用于评价项目整体运营管理是否节能。

　　（5）年度单位面积耗电量＝年度街区总用电量÷项目总面积，（单位：ｋＷｈ·ｍ－２）。该指标用于评价项目运营管理整体是否节能、

　　达到国家标准。旧规约束值为２００ｋＷｈ·ｍ－２，引导值为１７０ｋＷｈ·ｍ

　　－２，新规为１０６ｋＷｈ·ｍ－２。因此我们用该指标评价单个项目是否合格。该指标超过２００ｋＷｈ·ｍ－２的项目，评价为不合格。２００ｋＷｈ·ｍ－２以内为合格。

　　（6）月度公区单位面积耗电量＝月度公区总电量÷项目总面积，（单位：ｋＷｈ·ｍ－２）。该指标用于评价商管运营管理中能源管理是否到位有效。

　　（7）月度公区单位面积耗电量（不含车库）＝（月度公区单位面积耗电量－车库总用电量）÷（建筑总面积－车库面积），（单位：ｋＷｈ·ｍ－２）。对于设有车库的项目，因车库面积大，用电量小，容易稀释电耗指标，同时车库用电同照明用电规律相似，并且稳定，不随季节变化，仅同运营管理有关。因此采用这种排除车库用电的方式进行计算。该指标用于评价商管运营管理中能源管理是否到位有效（含车库的项目用该指标同其他项目的月度公区单位面积耗电量指标进行排名）。

　　（8）月度单位面积空调耗电量＝月度空调总用电量÷空调面积，（单位：ｋＷｈ·ｍ－２）。

　　该指标用于评价空调系统运营管理是否节能。

　　2地下商业项目能耗分析

　　2.1地下商业项目介绍

　　此次进行能耗统计的商业项目共计８个，主要分布在中国湖南省和湖北省，分别地处新邵、谷城、孝感、临澧、新化、张家界、隆回、凤凰等地。整体气候为夏热冬冷气候，气候温和、雨量充沛、

　　四季分明。季节时段划分基本如下：夏季为５月至１０月；冬季为１２月至下一年２月；过渡季为３月至４月，１０月至１１月。

　　各项目开业至今的年限为１～５ａ不等。主要业态为零售，其次为餐饮。营业时间为早９∶００至晚２１∶３０。

　　所有项目均为地下商业街项目。建筑面积在１５０００～５００００ｍ２不等。空调系统分为两种

　　形式，其中新邵、孝感、临澧、张家界、隆回为典型的中央空调系统，主机采用冷水机组＋冷却塔的制冷方式，冬季除新邵采用电锅炉制热外，其余项目采用风冷热泵制热。谷城、新化、凤凰因项目地上用地限制问题，采用风冷热泵制冷制热。各项目空调末端为空调柜结合新风的系统形式。空调箱设回风口和送风口。因项目业态分布不同，动力设备系统形式不同，电量指标有明显的差异。各项目变压指标在１００～１８０ＶＡ·ｍ－２。

　　2.2典型项目能耗分析

　　新邵项目总建筑面积为１８５２７ｍ２。其中公共区域６０４６ｍ２（包含４０００ｍ２车库），普通店铺面积为１２４８１ｍ２。项目业态为零售，无餐饮业

　　态。变压器指标为１３５ＶＡ·ｍ－２。空调主系统为两台制冷量为１０４５ｋＷ的冷水机组，两台电锅炉满足全年的制冷及制热需求。冷指标为１１２．８ｋＷ。

　　新邵项目２０２０年１～１２月总耗电量２０９８０５８ｋＷｈ。２０２１年１～１０月总耗电量１５６１４２８ｋＷｈ。其中２０２０年２、３月份为疫情期，约６０ｄ街区为停业状态。

　　新邵项目年度用电量曲线图如图４所示，可以对比看出２０２０年曲线呈双峰状态，整体规律同季节性的气温变化一致。２０２１年的曲线呈双峰状态，制冷季耗电量低于２０２０年。

　　新邵项目２０２１年１～１０月的能耗运营情况如图５所示。公区照明及其他设备用电量全年区域稳定。商铺用电量总值较大，但全年变化率较小，基本趋于稳定。空调用电随季节变化而变化。项目总用电量走势基本同空调设备总用电量走势一致。

　　可以看出暖通空调的能耗随季节的浮动较大。３、４、５月为过渡季，６、７、８月份，季节趋暖，不如炎热的夏季，需打开制冷设备达到降温的效果。

　　图６、图７、图８分别显示了２０２１年新邵项目冬季１月份、过渡季５月、夏季８月的能耗情况。可以看出在公区照明与其他设备总体趋于稳定的情况下，暖通空调的能耗全年随季节的浮动较大。夏季*高占比可达４７％。

图４新邵项目年度用电量曲线图

图５新邵项目２０２１年１～１０月能耗运营情况

图６２０２１年新邵项目冬季１月能耗情况

　　新邵项目空调设备用电总电量如图９所示。２０２０年和２０２１年空调设备用电所占比重为２７．３％和３０％，是节能降耗优化的重点。空调设备用电量２０２１年优于２０２０年，其中

图７２０２１年新邵项目过渡季５月能耗情况

图８２０２１年新邵项目夏季８月能耗情况

图９新邵项目空调设备用电总电量

　　２０２０年２～３月因疫情原因，街区停业，故而２０２１年空调用电量高于２０２０年。冬季１月制热季空调能耗处于较高位置，原因在于该项目制热方案采用的是电锅炉，ＣＯＰ值低，耗能大。

　　经查项目所在地区室外气象温度，１月１日～３月３日期间室外*低温度（约凌晨３点）高于５℃的天气共计４７ｄ，可以节能运行进行优化。同时，５月１９日～１０月８日期间室外*高温度（约午后２点）低于２０℃的天气共计７ｄ，可以节能运行进行优化。新邵项目空调主机运行天数统计图如图１０所示。新邵项目月度单位面积耗电量如图１１所示，

图１０新邵项目空调主机运行天数统计图

图１１新邵项目月度单位面积耗电量

　　２０２０年新邵项目年度单位面积耗电量为１１３．２４ｋＷｈ／ｍ２（注：２０２０年２、３月份为疫情期停业状态），２０２１年项目１～１０月年度单位面积耗电量为８４．２８ｋＷｈ／ｍ２。２０２１年能耗指标整体来看有所下降。

　　２０２０年及２０２１项目月度公区单位面积耗电量（不含车库）如图１２所示。

图１２新邵项目月度公区单位面积耗电量（不含车库）

　　新邵项目２０２１年在能耗指标上有所减低。项目物业管理降低了部分公区照明能耗，调整了照明灯具及回路，加强了空调设备的运行时间管控和设备运维，有效地降低了能耗。

　　结合实际运营过程，新邵项目仍有一定的节能降耗空间。如冬季期间室外*低气温高于５℃时，可关闭锅炉。结合街区内人员、灯光等散热，街区内温度基本可达到１６～１８℃的要求，故可以减少锅炉运行天数。夏季室外*高温度低于２０℃时，此段日期气温较低，通过全新风模式，可减少空调主机开启时间以达到节能运行的目标。同时，街区关闭前１～２ｈ可关闭锅炉和空调主机，依靠空调水系统内的冷水和热水来持续供暖、供冷。

　　2.3综合对比分析

　　根据查询２０２１年８个项目的所在地的气温数据得知，８个项目整体温度曲线走势一致，属同一气候区域。孝感、谷城地处湖北省，纬度更高，夏季平均高温温度低于其他项目。

　　８个项目的月度单位面积耗电量情况如图１３所示。从单个月份来看，凤凰项目每月用电量指标*高，谷城次之。隆回、孝感、新化三个项目位列第二档。新邵、张家界、临澧三个项目月度单位面积能耗较少。

　　８个项目２０２１年平均月度单位面积耗电量见图１４，可以量化的看到凤凰、谷城、新化、孝感、隆回的平均单位指标较高。*高的凤凰平均月度单位面积耗电量为２１．４２ｋＷｈ·ｍ－２，是*低的新邵８．４３ｋＷｈ·ｍ－２近３倍。

图１３８个项目月度单位面积耗电量情况

图１４８个项目２０２１年平均月度单位面积

　　耗电量柱状图（１～１０月）

图１５８个项目２０２１年年度单位面积耗电量（１～１０月）

　　８个项目２０２１年在年度单位面积耗电量方面如图１５所示，仅１～１０月凤凰项目能耗指标已经超过２００ｋＷｈ·ｍ－２能耗*高，项目运营管理方面需提高。谷城项目能耗指标非常接近２００ｋＷｈ·ｍ－２，需加强节能管理。隆回、孝感、新化三个项目能耗指标均超出１７０ｋＷｈ·ｍ－２，属第二梯队，需进一步提高节能管理。新邵、张家界、临澧项目的数据优于１０６ｋＷｈ·ｍ－２的标准，项目能耗处于较低水平。为了更客观地评价各项目能耗水平，有效地评价项目运营管理水平，减掉商铺业主自己控制管理承担的电量———商铺用电。同时将耗电量低，占地面积大，用电稳定的车库用电过滤掉。具体计算方式如下。公区总用电量＝街区总用电量费用－商户总用电量费用，（单位：ｋＷｈ）。月度公区单位面积耗电量（不含车库）＝（月度公区单位面积耗电量－车库总用电量）÷（建筑总面积－车库面积），（单位：ｋＷｈ·ｍ－２）。再计算８个项目２０２１年平均月度单位面积耗电量，结果如图１６所示，其中张家界、隆回、新邵项目不包含车库用电。可以看到凤凰依然是*高的，其次为谷城、隆回。新化和孝感在过滤了车库用电和商铺用电后，展现了真实的公区能耗水平。临澧成为耗电量*低的项目。

图１６８个项目２０２１年单位面积耗电量

　　空调耗电量方面，张家界项目因空调计量问题不纳入统计。７个项目２０２１年夏季和冬季的

　　单位面积空调耗电量分别如图１７、图１８所示。从月度单位面积空调系统用电量指标可以看出，

　　夏季以冷水机组为主制冷的项目（新邵、临澧、孝感等），其指标均小于以风冷热泵为主制冷的项

　　目（新化、谷城）。风冷热泵与冷水机组相比，ＣＯＰ值普遍低３０～５０％，故而设备运行能耗节省约４０％。

图１７７个项目２０２１年夏季单位面积空调耗电量

图１８７个项目２０２１年冬季单位面积空调耗电量

　　因此空调系统冷源方式选择方面，冷水机组与冷却塔结合的方式，节能效果优于风冷热泵，后续项目中应优先选用冷水机组；如当地项目有地上用地紧张的问题，也可选用地源热泵或水源热泵的方式。

　　空调系统相近的情况下，指标仍有很大的不同，这取决于机电基础建设情况，以及实际运维和运行策略。

　　如临澧项目，其冬季几乎不使用空调系统，仅开启新风系统即可满足日常需求。而凤凰项目因包含了酒吧业态，营业时间较长，空调冬季使用的时间要多于同系统的谷城和新化项目。因此控制好空调系统每天的运行时间可以有效地较低能耗。

　　良好的机电基础建设以及后期运维，也影响这机电系统使用效率。如隆回项目，其空调回风口过滤网经检查已被空气中的污垢堵塞，物业未

　　能及时清洗，使得空调出风量减小，空调系统无法满足正常需求。而营业时，仍通过不断调低空调主机出水温度以达到降低室温的目的，导致能耗增加。

　　3对能耗管理的建议

　　能耗管理主要从设计和运营两方面进行节能降耗的优化。

　　设计方面，室内灯光设计时既要考虑灯光效果，也要考虑节能设计。

　　建筑的走廊、楼梯间、门厅、电梯厅及停车库照明，在满足规范要求的前提下，应根据照明需

　　求进行节能控制。公共照明区域应通过智能照明系统或强电回路开关控制，根据灯光效果采取分区、分组的方式设计，应使区域照明灯具能够按照节约３０％、５０％、８０％灯具的使用方式开启，以满足运营日常使用需求。

　　弱电智能化方面，应建立完备的能耗管理监测系统，对基础设备实现数字化管理对基础设备

　　实现自动控制。建立完善的物业管理信息系统，加强基层物业管理的质量与效率。

　　空调系统应选择能效比更高的主机形式，夏季制冷时冷水机组优于风冷热泵。

　　运营方面，物业运维部门应定期清理空调水系统过滤器（水泵、主机、末端柜机前的过滤器），

　　清理空调末端设备进风处的过滤网。建议１～２个月清洗一次，冬季３个月清洗一次。

　　冬季商街室内温度控制在１６～１８℃；夏季商街室内温度设定在２６～２８℃，不得低于２６℃；过渡季*大限度利用室外新风提供商街冷气。

　　商街关店前１～２ｈ关闭空调主机，通过循环管网内冷冻水进行供冷。

　　在入夏初期和夏末，可适当提高空调主机的出水温度，以达到节能要求。

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变压器监控

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　　◆能耗分析

　　能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用先进的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。