基于天房大廈的能耗智慧監(jiān)測(cè)平臺(tái)構(gòu)建研究

王丹　孫園嵐

摘要：以天房發(fā)展大廈作為研究對(duì)象，為天津地區(qū)辦公類型公共建筑的能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)搭建提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：能耗監(jiān)測(cè)；能耗模擬；信息通訊

中圖分類號(hào)：TU111.195文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3024（2016）13-190-02

前言

自2007年天津市作為推行建筑能耗監(jiān)測(cè)體系建設(shè)的試點(diǎn)城市以來，大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的建設(shè)方面有了巨大的發(fā)展。但是建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)在“技術(shù)”和“管理”方面仍存在諸多的問題，不能真實(shí)反映建筑能耗的真實(shí)狀態(tài)。

天房發(fā)展大廈總建筑面積5.19萬m²，屬于商業(yè)辦公建筑。已獲得綠色三星建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)認(rèn)證。本文以天房發(fā)展大廈作為研究對(duì)象，提出符合天房大廈自身特點(diǎn)的能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則，并為天津地區(qū)辦公類型建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1.主要目標(biāo)及內(nèi)容

采用BIM建模、能耗模擬分析技術(shù)等技術(shù)手段，對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、影響建筑能耗的主要系統(tǒng)范圍和特性進(jìn)行定性定量分析，從而確定可以采取的節(jié)能措施以及主要能耗監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

1.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能分析

通過BIM技術(shù)、模擬能耗分析軟件對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能進(jìn)行全面的分析，得到本建筑基準(zhǔn)能耗及主要耗能系統(tǒng)的組成情況。分析結(jié)論如下：（1）經(jīng)模擬計(jì)算天房大廈基礎(chǔ)能耗為261.7萬kWh/a。（2）通過優(yōu)化運(yùn)行策略可有效降低機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行能耗10%以上。

1.2用能設(shè)備特性分析

對(duì)建筑主要能耗系統(tǒng)進(jìn)行定性定量的能耗分析，尋找影響能耗的敏感性因素，分析對(duì)象包括暖通空調(diào)系統(tǒng)、照明及插座系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)。

1.2.1暖通空調(diào)系統(tǒng)

以市政熱網(wǎng)作為熱源，經(jīng)換熱后提供55/45℃空調(diào)熱水，以螺桿機(jī)組作為冷源，其中2臺(tái)水冷螺桿機(jī)為一至十五層提供6/13°C冷水，1臺(tái)高溫螺桿機(jī)為十六至十八層提供16/21°C冷水?？照{(diào)末端形式：首層至二層為風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)，；三至十一層、十三至十五層的外區(qū)采用風(fēng)機(jī)盤管、內(nèi)區(qū)采用變風(fēng)量全空氣系統(tǒng)：十六至十八層采用干式風(fēng)機(jī)盤管+溶液新風(fēng)機(jī)。模擬分析結(jié)果：空調(diào)系統(tǒng)全年總能耗約為124.6萬kWh，占建筑總能耗的48%。監(jiān)測(cè)內(nèi)容：（1）制冷站、換熱站：水溫度、流量、壓力、冷熱量；（2）螺桿機(jī)用電量、運(yùn)行時(shí)間、故障信息：（3）水泵用電量、運(yùn)行頻率、故障狀態(tài)；（4）空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組用電量、運(yùn)行頻率、空氣溫度、濕度、壓力：（5）變風(fēng)量末端用電量、風(fēng)量、運(yùn)行狀態(tài)：（6）風(fēng)機(jī)盤管用電量、運(yùn)行時(shí)間：（7）室內(nèi)空氣溫濕度、CO₂、PM2.5。

1.2.2照明及插座系統(tǒng)

工程采用高效節(jié)能燈具（三基色T5/T8熒光燈、LED光源）。樓梯間采用節(jié)能自熄燈具，公共區(qū)域采用定時(shí)智能照明控制系統(tǒng)，辦公區(qū)域設(shè)置紅外感應(yīng)控制設(shè)備自動(dòng)開閉，兼顧照度及節(jié)能。建筑物內(nèi)分別設(shè)置照明配電箱和插座配電箱用于分項(xiàng)計(jì)量。模擬分析結(jié)果：照明插座系統(tǒng)全年總能耗約為71.4萬kWh，占建筑總能耗的27%。建議監(jiān)測(cè)對(duì)象：（1）照明回路電量監(jiān)測(cè)：（2）插座回路電量監(jiān)測(cè)：（3）關(guān)鍵房間室內(nèi)照度監(jiān)測(cè)：（4）主要照明回路開關(guān)狀態(tài)。

1.2.3電梯系統(tǒng)

本工程共設(shè)置8臺(tái)客梯和2臺(tái)消防&貨梯，根據(jù)電梯性能參數(shù)及能耗公式可以得出本項(xiàng)目電梯全年能耗預(yù)測(cè)數(shù)值為：7.8萬kWh，占建筑總能耗的3%。建議監(jiān)測(cè)對(duì)象：（1）每部電梯配電箱內(nèi)均設(shè)置帶有遠(yuǎn)程功能的電能計(jì)量表：（2）通過總線通訊的方式，讀取每部電梯的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)。

1.2.4生活熱水系統(tǒng)

本項(xiàng)目包括出租區(qū)域和自用辦公區(qū)域。對(duì)出租區(qū)域部分設(shè)置分散式熱水系統(tǒng)形式。對(duì)自用辦公部分，采用太陽能熱水系統(tǒng)供應(yīng)生活熱水，輔助熱源選用燃?xì)鉄崴畽C(jī)組。建議監(jiān)測(cè)對(duì)象：括室外溫度、與集熱器安裝傾角相同的采光面上的太陽輻照量、集熱系統(tǒng)進(jìn)出口溫度、集熱系統(tǒng)循環(huán)流量、燃?xì)鉄崴畽C(jī)組提供的熱量、冷水溫度、容積式換熱器的供水溫度、12層至18層的生活熱水消耗量。

1.2.5用能設(shè)備特性小結(jié)

（1）暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗占全建筑能耗的48%以上；照明系統(tǒng)占27%：插座用電占18%，電梯動(dòng)力占3%以上，因此上述系統(tǒng)是能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)注的重點(diǎn)對(duì)象；（2）生活熱水系統(tǒng)能耗占全部能耗比例較小（<5%），但是直接影響用戶的使用感受，因此也是能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)注的重點(diǎn)對(duì)象。

2.構(gòu)建智慧能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)

依據(jù)用能設(shè)備特性分析的結(jié)論，結(jié)合當(dāng)前主流能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的發(fā)展?fàn)顩r，提出適應(yīng)天房大廈的能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)思路。

2.1建立能耗檢測(cè)平臺(tái)的必要性

根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189、《天津市公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DB29-216、《天津市民用建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DB29-216的要求，本項(xiàng)目作為建筑面積大于20000m²的公共建筑，應(yīng)設(shè)置能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)內(nèi)能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)主要階段。從90年代開始建立能耗監(jiān)測(cè)的相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，主要通過人工抄表的方式對(duì)關(guān)鍵能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。2000年開始初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)鍵能耗數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和分析。2015年國(guó)家和地方對(duì)能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)制定了新的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)與公共建筑管理系統(tǒng)真正的融合。

2.3天房大廈能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)基本要求

2.3.1關(guān)于能耗監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基本要求。

（1）遵循國(guó)家及地方相關(guān)法規(guī)的要求：滿足檢測(cè)精度、響應(yīng)速度、信號(hào)穩(wěn)定性等方面的要求：

（2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)通過專用信號(hào)線纜傳送給能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)：采用屏蔽線纜、光纖等傳輸介質(zhì)；按照不同系統(tǒng)分別設(shè)置：給排水、暖通空調(diào)、電氣、圍護(hù)結(jié)構(gòu)；

（3）與能耗有密切關(guān)系的環(huán)境參數(shù)應(yīng)納入監(jiān)測(cè)范圍：溫度、濕度、壓力、流量、CO₂、CO等等；

（4）主要機(jī)電設(shè)備除能耗之外的其它關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)應(yīng)納入監(jiān)測(cè)范圍。

2.3.2關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的要求為防治電磁干擾產(chǎn)生的數(shù)據(jù)偏差，能耗計(jì)量裝置與系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備采用屏蔽通訊線纜或光纖通訊方式，對(duì)于局部布線困難的區(qū)域可以考慮采用無線通訊方式。

監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)支持多種主流通訊協(xié)議。監(jiān)測(cè)平臺(tái)與計(jì)量裝置之間的通訊協(xié)議應(yīng)符合《多功能電能表通信規(guī)約》DL/T645和《用戶計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件》cJ/Tl88的有關(guān)規(guī)定。

2.3.3關(guān)于系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備（硬件）的要求：

能耗監(jiān)測(cè)主機(jī)應(yīng)設(shè)置在BAS監(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)，機(jī)房應(yīng)符合《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50314的相關(guān)規(guī)定。能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)主機(jī)設(shè)備應(yīng)配置專用的服務(wù)器：UPS電源和系統(tǒng)管理軟件。為保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的安全，應(yīng)采用冗余和備份措施，數(shù)據(jù)保存時(shí)間不應(yīng)少于3年。能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)主機(jī)應(yīng)預(yù)留與上一數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)通訊接口，當(dāng)采用公共通訊網(wǎng)絡(luò)時(shí)還應(yīng)設(shè)置防火墻，殺毒軟件等網(wǎng)絡(luò)安全措施。

2.3.4關(guān)于管理軟件基本功能的要求：

（1）自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊狀態(tài)；（2）靜態(tài)手工錄入、數(shù)據(jù)采集時(shí)間可調(diào)整：（3）數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)、備份：（4）自動(dòng)生成可視化圖表和報(bào)告；（5）用戶權(quán)限、系統(tǒng)日志、報(bào)警信息；（6）數(shù)據(jù)分析、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、策略制定；（7）具備服務(wù)器操作系統(tǒng)開發(fā)商的軟件適用認(rèn)證報(bào)告

3.基于能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)管理：

依據(jù)用能設(shè)備特定分析的結(jié)論，結(jié)合能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的主要功能，運(yùn)營(yíng)管理的內(nèi)容如下：

（1）機(jī)電系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略制定?；诜纸ㄖ髦饕哪芟到y(tǒng)的運(yùn)行特性和能耗趨勢(shì)，制定有針對(duì)性的優(yōu)化運(yùn)行策略。在保障人員、機(jī)電設(shè)備安全和內(nèi)部環(huán)境舒適性的前提下，提高機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行效率，并降低運(yùn)行運(yùn)費(fèi)：

（2）設(shè)置能源賬單。將建筑能耗細(xì)分為各種能源賬單，為用戶的能源管理提供直觀有效的依據(jù)；

（3）建立專家委員會(huì)。由用戶方、物業(yè)管理單位、設(shè)計(jì)院、主要機(jī)電設(shè)備供貨商、承建商等組成專家委員會(huì)，定期對(duì)能耗運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，提出能源優(yōu)化管理建議：

（4）交流展示平臺(tái)。以各種可視化圖表對(duì)外展示建筑各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)，體現(xiàn)本建筑在節(jié)能環(huán)保和綠色發(fā)展方面為社會(huì)做出的突出貢獻(xiàn)

4.結(jié)語

能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的設(shè)置要求對(duì)建筑能耗特性做全面的分析。通過BIM和能耗模擬技術(shù)獲得建筑能耗的基準(zhǔn)數(shù)值和個(gè)主要耗能系統(tǒng)的范圍和特性。針對(duì)每個(gè)耗能系統(tǒng)的特性進(jìn)行逐項(xiàng)分析，從而確定可以采取的節(jié)能措施以及主要能耗監(jiān)測(cè)內(nèi)容。能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)支持多種主流通訊協(xié)議；并應(yīng)著重在能耗數(shù)據(jù)的分析、趨勢(shì)預(yù)測(cè)和運(yùn)行策略制定方面的功能。能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)宜納入BAS系統(tǒng)中，成為管理系統(tǒng)的重要組成部分。在遵循國(guó)家、地方及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，基于能耗分析結(jié)論搭建有針對(duì)性的能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)框架，并確定能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能和系統(tǒng)組成形式。為用戶提供最佳的系統(tǒng)配置方案。