公共建筑用電能耗分項(xiàng)計(jì)量方法研究

楊建華，董慧芳，楊勝安

（山東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 引言

隨著公共建筑節(jié)能工程的不斷建設(shè)，建筑節(jié)能中的能耗數(shù)據(jù)分類計(jì)量顯得尤為重要[1]。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，各地的分類計(jì)量工作存在分類定義不統(tǒng)一、直接計(jì)量難度高等一些問(wèn)題?；诖?，針對(duì)公共建筑用電能耗分項(xiàng)計(jì)量問(wèn)題進(jìn)行研究，可利用優(yōu)化能耗拆分算法對(duì)能耗進(jìn)行拆分，間接計(jì)量能耗。

2 用電能耗分項(xiàng)模型

統(tǒng)一性是公共建筑用電能耗分項(xiàng)模型建立的最重要原則，即所有建筑均采用相同的標(biāo)準(zhǔn)。除統(tǒng)一性外，功能性、通用性、適用性也是公共建筑用電能耗分項(xiàng)模型的建立原則[2]，功能性是指模型中每個(gè)分項(xiàng)的劃分是以終端用途為原則的；通用性是指建筑能耗分項(xiàng)模型中包含的各種設(shè)備種類，即不同的設(shè)備種類都能找到對(duì)應(yīng)的模型；適用性是指模型中按照功能盡可能細(xì)分各類設(shè)備，但要確保與通用性之間不能互相矛盾。

分項(xiàng)能耗是對(duì)同類能耗按照不同用途進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的分析。依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定，建筑能源中，電量的計(jì)量分為四個(gè)分項(xiàng)。

2.1 照明插座用電

可根據(jù)實(shí)際情況選子項(xiàng)，如：

①照明和插座用電；

②走廊和應(yīng)急照明用電；

③室外景觀照明用電。

2.2 空調(diào)用電

空調(diào)用電是為建筑物提供空調(diào)、采暖服務(wù)的設(shè)備用電的統(tǒng)稱。分為冷熱源用電和空調(diào)末端用電[5]。

2.3 動(dòng)力用電

動(dòng)力用電是除空調(diào)、采暖設(shè)備外，提供各種動(dòng)力設(shè)備用電的總稱。分為電梯用電、水泵用電、通風(fēng)用電及電熱水器用電。

2.4 特殊用電

特殊用電指除了照明插座、空調(diào)等建筑物常規(guī)功能之外的耗電量，如餐廳廚房、健身房或者其他特殊用電。公共建筑能耗分類、分項(xiàng)計(jì)量模型如圖1所示。

圖1 公共建筑能耗分類、分項(xiàng)計(jì)量模型

3 用電分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)原則

3.1 計(jì)量回路選擇原則

①總用電直接計(jì)量，且根據(jù)變壓器數(shù)量決定三相表和多功能表的安裝數(shù)量，假如變壓器數(shù)量為n,多功能表數(shù)量為m，三相表數(shù)量為g，則有：若n=2，則m=2，g=2；若n＞2，則m=2，g=n-2。

②對(duì)于2.1中提到的4大分項(xiàng)用電，可采用直接計(jì)量加間接計(jì)量的方式，直接計(jì)量的分項(xiàng)有空調(diào)、動(dòng)力和特殊用電，即此三項(xiàng)均安裝電表，照明插座用電無(wú)需加表，間接計(jì)量即可。

③在多個(gè)分項(xiàng)中，若其中某一個(gè)分項(xiàng)的回路很多，可將該分項(xiàng)作為間接計(jì)量，其余直接計(jì)量。

3.2 混合回路歸屬原則

當(dāng)出現(xiàn)包含兩項(xiàng)或兩項(xiàng)以上用電設(shè)備的回路，其歸屬性質(zhì)應(yīng)根據(jù)運(yùn)行時(shí)間和設(shè)備額定功率確定，主歸屬性質(zhì)應(yīng)為全年運(yùn)行的設(shè)備。假如設(shè)備運(yùn)行時(shí)間一樣，按照額定功率的大小區(qū)分設(shè)備性質(zhì)，若設(shè)備間歇運(yùn)行，則比較計(jì)算功率。

4 用電分項(xiàng)計(jì)量方法

4.1 計(jì)量裝置

公共建筑用電計(jì)量裝置應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求[3]：首先，電能表的精確度等級(jí)應(yīng)不低于1.0級(jí)，并支持?jǐn)?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳；其次，采用標(biāo)準(zhǔn)串行電氣接口；再次，可以監(jiān)測(cè)有功功率或電流；最后，配用電流互感器的精度等級(jí)應(yīng)不低于0.5級(jí)。

4.2 數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器是能夠?qū)Ω黝愑媚苡?jì)量表具進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并能與本地系統(tǒng)主機(jī)（或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心）自動(dòng)交換數(shù)據(jù)的自動(dòng)化設(shè)備[4]。其功率應(yīng)不小于10W，平均無(wú)故障時(shí)間應(yīng)不小于3×104h，應(yīng)使用低功耗嵌入式系統(tǒng)，并符合相關(guān)電磁兼容性能指標(biāo)，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。

4.3 最優(yōu)化能耗拆分算法

選擇合理的計(jì)量裝置和數(shù)據(jù)采集器是公共建筑用電能耗分項(xiàng)計(jì)量應(yīng)用中的基礎(chǔ)。建筑能耗監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是拆分混合支路中的不同類型用電設(shè)備。一般有直接計(jì)量和間接計(jì)量?jī)煞N方法。直接計(jì)量方法就是多裝計(jì)量表，但實(shí)際工程中不可能將所有類型的用電設(shè)備都裝上電表，這樣做不僅浪費(fèi)資源，也會(huì)大大提高施工難度[5]。間接計(jì)量方法是利用能耗拆分技術(shù)將能耗拆分計(jì)算，節(jié)省電表資源的同時(shí)，分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)值也能較準(zhǔn)確。

論文主要研究最優(yōu)化能耗拆分算法以及對(duì)應(yīng)的誤差分析。

4.4 基于最優(yōu)化能耗拆分算法的能耗拆分

最優(yōu)化拆分算法的求解思路如下：

轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)用語(yǔ)：

已知，Y為支路末端電能耗為第i個(gè)末端電耗預(yù)估計(jì)值，si為預(yù)估計(jì)不確定度，根據(jù)Y、si值復(fù)估計(jì)每個(gè)末端電能耗，得到的復(fù)估計(jì)不確定度值為ui。

最終能耗拆分結(jié)果由以下2部分構(gòu)成：

不確定度

最優(yōu)化拆分算法與其他算法相比，優(yōu)點(diǎn)在于：

①物理意義強(qiáng)，各末端能耗的預(yù)測(cè)值通過(guò)現(xiàn)有知識(shí)和數(shù)據(jù)庫(kù)就能得到；

②保證支路能耗等于各末端能耗之和；

③由公式2、3可知，能耗拆分結(jié)果公式簡(jiǎn)單，便于快速大量計(jì)算。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究了公共建筑用電的能耗分項(xiàng)計(jì)量方法，首先對(duì)公共建筑能耗分類、分項(xiàng)計(jì)量模型進(jìn)行了分析；其次，分析了用電分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)原則，提出因地制宜地采用直接計(jì)量和間接計(jì)量、間接計(jì)量?jī)?yōu)先的觀點(diǎn)；最后，分析了用電分項(xiàng)計(jì)量方法，利用最優(yōu)化能耗拆分算法進(jìn)行能耗拆分，得到最優(yōu)化拆分算法下的能耗拆分?jǐn)?shù)學(xué)模型，該模型不僅能實(shí)現(xiàn)快速大量計(jì)算，且物理意義強(qiáng)，為公共建筑能耗的間接計(jì)量提供了方法。