劉丹
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:本文以某大型綜合商業(yè)項目中能耗管理系統(tǒng)的應用為例,通過采用能耗管理系統(tǒng),對建筑能耗規(guī)律進行分析并有針對性地挖掘節(jié)能潛力,發(fā)揮了顯著的節(jié)能效果。以此論證能耗管理系統(tǒng)在大型綜合商業(yè)建筑中的應用意義。
關鍵詞:大型綜合商業(yè)建筑;能耗管理系統(tǒng);建筑節(jié)能
0 引言
隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,各行各業(yè)的能源需求日益增長,世界各國都將減少能源消耗、降低碳排放量作為共同的目標,“節(jié)能減排”已成為我國一項重要的國策。建筑業(yè)作為能耗消耗的主要行業(yè),占總能耗較大比重,節(jié)能需求十分地迫切。目前我國既有大型公共建筑約5億,每年耗電近1000億度,單位建筑面積耗電量為住宅的10—2O倍。本文中所探討的大型綜合商業(yè)建筑屬于大型公共建筑中的一類主要進行市場化商業(yè)經(jīng)營活動的建筑,一般建筑面積2萬以上,集辦公樓、零售店、商場、娛樂場所、酒店等商業(yè)功能于一體的大型綜合建筑。
1 國內(nèi)大型綜合商業(yè)項目能耗現(xiàn)狀
上海市對千余棟各類大型公共建筑實施能耗管理系統(tǒng)進行能耗統(tǒng)計,通過數(shù)據(jù)處理發(fā)現(xiàn)一能耗規(guī)律,了解到綜合商業(yè)建筑的單位面積能耗在44.9~350.8kWh/m2·a之間,平均值為154.2kWh/m2·a,統(tǒng)計樣本沒有通過安德森一達令正態(tài)性檢驗口l。由該調(diào)查結(jié)果可以看到,綜合商業(yè)建筑由于區(qū)域分布多樣、用能情況復雜,不存在明顯的規(guī)律性。因此通過簡單的數(shù)值統(tǒng)計很難了解大型綜合商業(yè)建筑的能耗情況,只有使用能耗管理系統(tǒng)進行能耗計量、監(jiān)測及分析,才能科學準確地掌握此類建筑的能耗。
2 某大型綜合商業(yè)項目中能耗管理系統(tǒng)應用
2.1 能耗計量與監(jiān)測
以下將以某個位于上海市的大型綜合商業(yè)項目為例,對能耗管理系統(tǒng)應用對于建筑節(jié)能的意義做具體分析研究。該項目總建筑面積10萬,集購物、餐飲、休閑娛樂等各類業(yè)態(tài)組合于一體,租戶總面積約7萬。該項目的能耗分項如圖1:
圖1建筑能耗計量主要分項結(jié)構(gòu)圖
通過能耗管理系統(tǒng)的統(tǒng)計,該大型綜合商業(yè)建筑2011年總能耗為30276.82MWh,單位面積能耗量為302.77kWh/(m2·a)??偰芎闹猩虘粲秒娬?6%,單位面積能耗為375.67kWh/(m2·a);公共用電占24%,單位面積能耗為73.83kWh/( m2·a)。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看到:①建筑整體的單位面積能耗、商戶單位面積能耗及公共用電系統(tǒng)的分項單位面積能耗,均遠高于上海市統(tǒng)計平均值,有較大的節(jié)能潛力。②大型綜合商業(yè)建筑中商戶用電占總耗電量的百分比遠高于公共用電,由于商戶能耗受經(jīng)營限制,降低難度較大,因此雖然節(jié)能潛力大,但項目整體的節(jié)能難度很大。
由于商戶能耗難以控制的特點,我們將公共能耗作為節(jié)能,圖2為公共能耗中各機電系統(tǒng)的能耗占比情況:
通過對公共部分各機電系統(tǒng)的能耗監(jiān)測,能夠清楚掌握各系統(tǒng)設備的能耗特點,針對這些特點提出降低能耗的措施方案,獲得了較好的節(jié)能效果。以下就幾項明顯節(jié)能的機電系統(tǒng)做具體分析:
圖2公共用電各分項用電量比例圖
2.1.1 空調(diào)系統(tǒng)
2.1.1.1 冷凍站系統(tǒng)
該項目采用一次泵變流量系統(tǒng),冷源為離心式冷水機組,冷凍/卻水泵均可變頻。2011年冷凍站系統(tǒng)年耗電量3424.14MWh,單位面積耗電量 46.70kWh/(m2·a)。
通過能耗監(jiān)測發(fā)現(xiàn),制冷機組的運行耗電量相 當于三臺機組在額定功率下運行時的耗電量水平,即基本滿負荷運行,而實際冷負荷僅達到設計冷負荷的60%左右。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查后發(fā)現(xiàn),由于物業(yè)人員管理不當,變頻冷凍水泵一直在定頻狀態(tài)運行,沒有發(fā)揮出一次泵變流量系統(tǒng)的節(jié)能作用。發(fā)現(xiàn)了這一問題后,物業(yè)管理人員在2011年8月起加強對一次泵變流量空調(diào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)管理。將冷凍水系統(tǒng)控制原則設為定溫差、變流量控制,使得冷凍機組及冷凍水泵的運行狀態(tài)根據(jù)系統(tǒng)冷負荷量進行合理調(diào)節(jié)。2012年制冷季節(jié)冷凍站能耗降低24%。
2.1.1.2 空調(diào)末端系統(tǒng)
該項目空調(diào)末端采用風機盤管系統(tǒng),2011年末端系統(tǒng)耗電量975.74MWh,單位面積耗電量13.31kwh/(m2·a)。
通過能耗監(jiān)測發(fā)現(xiàn),夜間空調(diào)末端設備仍有較明顯能耗,據(jù)此可以判斷項目在設備管理方面存在一定疏忽,在加強夜間設備管理確保設備及時關閉后,2012年全年空調(diào)末端系統(tǒng)能耗降低17%。
2.1.1.3 過渡季節(jié)空調(diào)系統(tǒng)開啟策略
該項目在冬夏兩季的制冷供熱方式非常明確,即:夏季制冷由冷凍站提供冷量,冬季空氣源熱泵提供熱量。但在過渡季節(jié)需要制冷時,冷凍站與空氣源熱泵都可以提供冷量,在項目剛開始運營時選擇哪一個設備作為冷源相對比較模糊。
雖然額定功率下冷水機組的COP高于空氣源熱泵,但冷凍站在低負載率的運行狀態(tài)下C0P會有所下降,同時其與空氣源熱泵相比還需要額外的冷卻系統(tǒng),綜合之下兩者的能源使用效率孰高孰低較難判斷。因此在過渡季節(jié)部分負荷時,如何選擇更節(jié)能的開機策略,就成為了一個值得研究的問題。
通過對能耗數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)2011年過渡季節(jié),該項目選擇了以空氣源熱泵提供制冷,為了更好的研究過渡季節(jié)運行模式,在2012年1O月改用冷水機組系統(tǒng)提供制冷。通過能耗監(jiān)測數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)取得了不同的運行效果。
表 1 2011年及2012年10月制冷系統(tǒng)耗電量比較
可見雖然冷凍站制冷比空氣源熱泵多了一套冷卻系統(tǒng),但是制冷效率還是要于后者。因此,建議多采取冷凍站方式進行制冷。當室內(nèi)所需冷負荷更低,建議不開啟制冷機組,直接通過室外新風來承擔室內(nèi)熱負荷,既保證了室內(nèi)環(huán)境舒適性,又可獲得更好的節(jié)能效果。
2.1.2 公共照明系統(tǒng)
2011年該項目公共照明系統(tǒng)年耗電量為1543.45MWh,略高于上海市公共建筑照明系統(tǒng)位面積耗電量56.33kWh/(m2·a),略高于上海市公共建筑照明系統(tǒng)單位面積強度指標。由于商業(yè)項目中經(jīng)營區(qū)域的燈光涉及客戶環(huán)境感受,因此這部分區(qū)域的照明節(jié)能空間較小,后勤區(qū)域的照明系統(tǒng)則有較大的節(jié)能潛力,2011年項目對后勤區(qū)域的照明燈具進行節(jié)能改造,將T8熒光燈更換為T5型,到2012年全年節(jié)能率達到20.2%。
2.2 設計用電量指導
運用能耗管理系統(tǒng),除了能夠進行節(jié)能管理以外,更重要的是能幫助開發(fā)商判斷項目的用電設計水平,從而為日后同類項目提供用電設計容量的參考。
通過統(tǒng)計,該項目對項目整體用電峰值和商戶用電峰值有以下特點和規(guī)律:項目設計容量大于實際用電峰值容量;商戶要求用電容量遠大于實際用電峰值容量。
因此,該項目所在集團在新建同類大型綜合商業(yè)項目時,即可參照歷史用電數(shù)據(jù),以避免設計容量過大造成不必要的建造及運營成本的增加。
2.3 合理用能指導
除了通過能耗監(jiān)測判斷設備的運行水平外,還可以根據(jù)能耗管理系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù),獲得各能耗系統(tǒng)的單位面積能耗情況,與相關單位面積能耗指標進行比較,從而了解項目的用能水平。當發(fā)現(xiàn)高于指導的能耗指標時,即可更有針對性的進行進一步能耗問題研究,挖掘節(jié)能潛力。
3 安科瑞能耗管理系統(tǒng)介紹
3.1系統(tǒng)架構(gòu)介紹
Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)以計算機、通訊設備、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)或無線通訊中的一種或多種結(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平臺,它可以和檢測設備構(gòu)成任意復雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網(wǎng)絡化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱?、分級、分布式智能一體建立如下層次結(jié)構(gòu):
圖 3 安科瑞Acrel-5000能耗管理系統(tǒng)架構(gòu)示意圖
3.2 系統(tǒng)功能介紹
圖4 安科瑞Acrel-5000能耗管理系統(tǒng)用能統(tǒng)計示意圖
3.2.1支路用能
系統(tǒng)可以統(tǒng)計各支路某段時間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。系統(tǒng)可查看各支路用能趨勢,可根據(jù)已有的日期或者自定義時間進行查詢,并可以將支路用能顯示合計,以圖表形式顯示。
3.2.2分項能耗統(tǒng)計
系統(tǒng)可以按照分項進行能耗統(tǒng)計與顯示。其中,日分項用能同比分析圖顯示不同分項的當日與昨日能耗柱狀圖;用能餅圖顯示各分項過去31天的用能占比;堆積圖顯示各分項過去31天的能耗趨勢;分項用能排名圖顯示被選中分項對應能耗值排名*位的支路。
3.2.3分項用能報表
系統(tǒng)可以統(tǒng)計各分項某段時間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能??刹榭捶猪椫懈髦酚媚苴厔荩筛鶕?jù)已有的日期或者自定義時間進行查詢,統(tǒng)計數(shù)據(jù)可導出至Excel。
3.2.4能耗的同比環(huán)比分析
系統(tǒng)可將各主要耗能設備的能耗與去年同期值和上月值進行同比環(huán)比分析,檢驗節(jié)能效果,根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行節(jié)能績效考核,以及節(jié)能目標的修正。統(tǒng)計各支路當年每月用能及去年同期用能。
3.2.5用能數(shù)據(jù)檢查
系統(tǒng)可以統(tǒng)計某段時間內(nèi)各回路與下級支路的用能差值,超過一定百分比后醒目顯示,確保計量體系的完整性、準確性。
3.3系統(tǒng)設備選型
應用場合 | 型號 | 功能 |
照明箱 | DTSD1352 | 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,分相正向有功電能統(tǒng)計,總正反向有功電能統(tǒng)計,總正反向無功電能統(tǒng)計;紅外通訊;電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3*1(6)A,直接接入3*10(80)A,有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 |
動力柜 | ACR220EL | LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、S、PF、F);四象限電能計量RS485/Modbus可選復費率電能統(tǒng)計;4DI+2DO |
高壓重要回路 或低壓進線柜
| APM810 | 三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序電流In,四象限電能,實時及需量,本月和上月峰值,電流、電壓不平衡度,負載電流柱狀圖顯示,66種報警類型及外部事件(SOE)各16條事件記錄,支持SD卡擴展記錄,2-63次諧波,2DI+2DO,RS485/Modbus,LCD顯示 |
給水管道 | 水表 | 計量流經(jīng)給管道用水的體積總量,適用于單向流水,采集電子直讀技術,通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù) |
表2 安科瑞Acrel-5000能耗管理系統(tǒng)設備選型示意圖
4 結(jié)論
在大型綜合商業(yè)建筑中應用能耗管理系統(tǒng),通過充分掌握建筑內(nèi)的能耗情況,對于建筑能耗管理的意義主要有以下幾點:
(1)改善運營管理:通過實施能耗管理系統(tǒng),采取分項計量、能耗監(jiān)測等方式掌握能耗情況后,可采取兩種途徑來提高運營管理水平,分別是:
①對由于使用習慣不當造成能耗浪費的系統(tǒng)或設備,可以通過對能耗數(shù)據(jù)的分析,找出問題原因,調(diào)整使用方式以達到節(jié)能目的。
②對因設備老舊等原因造成運營狀況不理想、耗電量明顯高于正常范圍的機電系統(tǒng),對癥下藥地采取節(jié)能改造措施,如:更換設備、重新調(diào)試等,使該設備的耗電量下降。
(2)幫助確定用電設計量:通過應用能耗管理系統(tǒng),準確地掌握租戶在經(jīng)營成熟期 的實際能耗需求量,為同類新建商業(yè)項目設計提供參考,以避免設計用電負荷過量造成的浪費,或避免設計用電負荷不足造成對生成經(jīng)營的影響。
(3)合理用能指導:通過系統(tǒng)統(tǒng)計能耗數(shù)據(jù),與同類型大型綜合商業(yè)項目進行橫向比較,或與頒布的合理用能指標相比以判斷相對能耗水平。
【參考文獻】
[1] 徐強,莊智,朱偉峰等.上海市大型公共建筑能耗統(tǒng)計分析.
[2] 張穎.淺析大型綜合商業(yè)建筑中能耗管理系統(tǒng)的應用[J].建筑節(jié)能
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.[J]2019.11版
作者簡介:
劉丹,女,主要研究方向為能耗管理系統(tǒng)在大型綜合商業(yè)建筑中的應用研究。
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