商業建筑節能運營和管理

文｜浙大網新系統工程有限公司 陳 煒

1 節能時代

隨著改革開放和經濟的快速發展，我國的商業建筑面積日趨增大，據統計，我國現在的商業建筑面積已達到全國建筑總面積的25.4%。一般來講，大型商業建筑除了特殊設備使用能耗外，還主要包括中央空調系統能耗、照明系統能耗、冷熱水能耗、動力及其他能耗。

所謂的建筑節能是指在建筑中提高能源利用效率，用有限的資源和最小的能源消費代價取得最大的經濟和社會效益。建筑節能具體是指節約采暖供熱、空調制冷、采光照明和調節室內空氣、濕度、改變居室環境質量的能耗工程以及利用太陽能、地熱（水）能源的綜合技術工程。

建筑節能的目的是圍繞建筑最大限度地節約資源（節能、節地、節水、節材），保護環境和減少污染，為人們提供安全、健康、舒適、高效的使用空間，使其與自然和諧共生，使建筑由高能耗模式轉向高效綠色發展模式，這也是世界建筑發展的必然趨勢。

2 節能途徑

2.1 設備節能改造

設備節能改造，即我們常說的“技術節能”，是目前商業建筑主要的節能手段。為響應國家號召，降低運營成本，許多大型商業建筑每年投入幾十萬甚至上百萬的改造費用。但是在節能改造方案的選擇上，很多管理決策人員由于缺乏實際能耗數據的支持，往往只能從現有的技術列表中篩選或者移植借鑒其他成功的經驗，即選擇先進的（或者最新的）節能改造技術或選擇已經在其他項目中獲得成功經驗的節能改造產品，但是這些所謂的先進技術或成功經驗可能與其自身的實際情況不符，難以達到預期的節能效果，從而獲得最大的節能效益。

設備節能改造的目的，有的是為了解決因早期設計缺陷而造成的設備選型或者匹配不當的問題，有的是為了更換某些因老化而造成性能下降的關鍵部件，有的是因為出現了當初沒有對性能有顯著提升的新產品技術，還有的是為了通過增加自控設備提高某個設備的管理調節水平。節能改造的出發點應該根據建筑物的實際問題“對癥下藥”，選擇性價比最高的改造方法和手段。這里的性價比不是指產品或技術的性價比，而是指針對某個特定建筑的實際能耗情況，采用投資小、見效大的節能改造方案。

通常我們會以管理節能在前期獲得的數據為基礎來管理設備節能改造工作的全過程，也就是要以實際的各部分系統能源消耗數據貫穿始終，從數據分析提出目標開始，到數據對比落實成果收尾，讓整個改造過程可預測、可控制、可計算。

2.2 日常管理調節

日常管理調節，也就是我們上面所說的“管理節能”，主要是通過尋找并消除能耗漏洞或管理漏洞、調整或改變運行參數、關閉或減小無關用能單元，在不增加投資的情況下實現節能的管理手段。日常管理調節發揮作用的周期往往以日或者周為單位來計算，單次工作的節能效果可能并不十分顯著（與節能改造相比），這需要日積月累地不懈努力才能產生顯著的效果。而能耗分析管理系統將在日常管理調節中起到至關重要的作用。

能耗分析管理系統通過檢測各個設備子系統的能耗變化趨勢，使管理人員可以輕易發現能耗突增或非工作時間用電等異常現象。通過比較幾個相關用能單元的用能比例，管理人員可以找到需要調整運行參數的與系統匹配不當的設備。在能耗數據的支撐下，管理人員不僅能監測診斷公共照明、電開水器等通過肉眼觀察就能發現問題的設備系統，更可以實現對空調系統、送排風機、動力系統等比較復雜或是無法觀察到的用能單元進行快速診斷，并找到改進調節的方向。管理節能是否能真正持續發揮作用，很大程度上取決于發現并診斷問題是否快速簡便。而能耗分析管理系統很大程度上簡化了節能診斷的過程，降低了發現問題的成本。

此外，對于一些需要通過調節參數以期達到設備系統匹配目的的管理節能手段，在調節過程中對能耗變化的監測也是非常必要的。系統中各子系統之間存在一定的關聯關系，我們使其協調匹配運行的能耗策略往往會隨著環境、時間以及系統本身老化程度的變化而動態變化，即不同的工況條件下有著不同的最優化運行策略。因此，需要管理人員根據能耗分析系統監測到的分析結果對設備的參數進行變更或工況的調整使其與系統更加匹配。

當然，與節能改造相比，管理節能的作用周期較短，單次工作節能效果不明顯，需要通過持續地關注、調節來獲取顯著收益。因此，調動一線運行管理人員的主動性、積極性往往成為了決定成敗的關鍵因素。

3 技術節能

據統計，在發達國家，空調采暖能耗占建筑能耗的65%。目前，我國的采暖空調和照明用能量增長速度已明顯高于能量生產的增長速度，因此如何減少建筑的冷、熱及照明能耗是當前降低建筑能耗的重要內容，一般可以從以下幾個方面來實現。

3.1 太陽能與建筑一體化

所謂太陽能與建筑一體化，就是說建筑應該從設計一開始，就要將太陽能系統包含的所有內容作為建筑不可或缺的設計元素加以考慮，巧妙地將太陽能系統的各個部分融入到建筑中去。

利用太陽能，可以以較低的成本，來滿足部分建筑用能的需求，且總量巨大，減少商品能源的消耗，緩解能源的供需矛盾，是建筑節能的重要途徑。

3.2 圍護結構節能

建筑圍護結構組成部件（屋頂、墻、地基、隔熱材料、密封材料、門和窗、遮陽設施）的設計對建筑能耗、環境性能、室內空氣質量與用戶的視覺和熱舒適環境有根本的影響，圍護結構的耗熱量要占建筑采暖熱耗的1/3以上，通過改善建筑物圍護結構的熱工性能，在夏季可減少室外熱量傳入室內，在冬季可以減少室內熱量的流失，使建筑熱環境得以改善，從而減少建筑冷、熱消耗。

3.3 建筑設備節能

終端用戶用高能效的采暖、空調系統與上述削減室內冷熱負荷的措施并行，才能真正減少采暖、空調能耗。此外，根據建筑的特點和功能，設計高能效的暖通空調設備系統，并在使用中采用能源管理和監控系統，監控和調控室內的舒適度、室內空氣品質和能耗情況。與此同時，在其他家電產品和辦公設備方面，應盡量使用節能認證的產品。

3.4 采光照明

天然光是人們習慣的光源，人眼在天然光下有更高的靈敏度。因此，在室內最大限度的利用天然光，不僅可節約照明用電，同時對提高室內采光質量也有重要的意義。新的采光技術不斷出現，如導光管、光導纖維、采光隔板和導光棱鏡窗等，它們往往利用光的反射、折射和衍射等特性，將天然光引入，并傳輸到需要的地方，以達到節能的目的。人工照明可采用光效高、顯色性好、壽命長，且價格相對低的節能類電光源。

4 管理節能

在管理節能上，我們會發現，當今社會很多主流的節能方式都是圍繞著能耗分析管理系統來進行的，所謂的能耗分析管理系統是指通過對商業建筑安裝分類和分項能耗計量裝置，采用遠程傳輸等手段及時采集能耗數據，實現對商業建筑的在線監測和動態分析功能的硬件系統和軟件系統。

在現實中我們通常根據能耗分析管理系統所提供的能耗數據以及能耗分析結果來對商業建筑進行節能管理和節能改造，使商業建筑節能運營管理從簡單粗放的定性管理轉變為科學細致的定量管理，將建筑節能引入定量化、科學化的發展階段。

“節能降耗，數據先行”，商業建筑內大量能耗設備的數據是商業建筑節能的基礎，能耗分析管理系統軟件就是針對能源動力設備的特點而提出的能源管理整體解決方案，只有盡可能地收集準確性的能耗數據，我們才能有效地對商業建筑的能耗進行全面綜合的分析，并通過建立能耗模型，監控能耗設備的運行狀態，優化設備的配置，達到節能降耗的目的。

4.1 數據獲取與存儲

商業建筑功能復雜，用能設備系統繁多。不同的用能途徑對應著不同的用能系統，不同的用能系統又對應著不同的運行管理主體。商業建筑節能的目標是在保證服務品質的基礎上降低實際運行過程中的能源消耗。而要實現這個目標，需要有準確的能耗數據作為分析、統計、診斷的基礎。

（1）數據采集

能耗分析管理系統的數據采集主要由各類智能儀表來完成，這些智能儀表與具有高可靠性、帶有現場總線連接的分布式I/O控制器構成數據采集終端，向數據中心上傳存儲的商業建筑能耗數據。測量儀表擔負著最基層的數據采集任務，其檢測的能耗數據必須完整、準確并實時傳送至數據中心。

數據采集服務的主要內容是對實時數據的采集，要保證運行數據的時效性，保證能夠高效、簡潔地采集數據，以便于后續的集成、計算和分析。

（2）背景信息和基準數據獲取

建筑結構形式、功能用途、空調面積、使用密度等信息對能耗分析結果有重要影響，能耗分析管理系統對非自動采集的信息，通過人機會話、外部軟件接口、關系數據庫等方式獲得，尤其和建筑環境群控系統、機組群控系統或BA系統軟件的數據接口，能夠為能耗分析提供更加全面的電氣系統的運行參數和能耗信息。

（3）數據存儲與轉存

對各耗能系統采集的大量數據信息的存儲也是能耗計量分析工作的關鍵步驟之一，同時要實現對這些數據方便準確的讀取和存儲，這是進行能耗分析的保證。能耗分析管理系統提供的即時數據庫負責和I/O調度程序的通信，獲取各耗能系統的采集數據，核心數據庫作為一個數據源在本地給其他程序提供實時和歷史數據。

4.2 能耗監測與管理

能耗分析管理系統通過通訊管理機、以太網以及總線網絡等通信技術對現場設備回送的數據信息進行采集、分類和傳送等工作，同時轉達上位機對現場設備的各種控制命令。收集到的數據信息一方面通過網絡上傳供節能降耗分析使用，另一方面可以提供給實時預警功能使用，比如夏季室內空調制冷溫度過低時或者非工作時間室內照明未關閉時，控制中心可根據傳感器網絡節點采集的數據與設定的閥值比對，自動調節空調或關閉照明以節約能源，從而實現了商業建筑的智能化的節能減排降耗效果。

（1）全局監視和管理

全局狀態監視采用一體化設計思想，其目標是完成對建筑整體能源信息展示畫面、能源流向以及此應用的發布，實現從數據中心到設備子系統再到設備數據等的各個層面的快速呈現，掌握整個建筑的運行狀態、經濟性、環保性等指標的實時化信息。

（2）主動化管理

能耗分析管理系統通過建筑能耗數據倉庫，結合每一棟建筑的建筑面積、地理位置、墻體、高度、用途、通風方式、冷機選取、智能化程度等個性化條件，依據“趨勢預測、按需供給”的管理思想，提供建筑的協調及運營策略，使建筑達到并維持最佳的能耗運行狀態。根據預先定義，對綜合信息進行自動分析，并基于歷史數據對一些事件的運行趨勢進行分析和預測，對設備進行主動維護，對可能出現故障的設備進行預報警，提出預測和建議。

（3）異常報警

報警管理將采用服務的方式來對子系統和設備報警顯示，對大量報警數據進行處理，并將這些信息形成報警事件，并以郵件等多種方式及時發送到相關人員，從而實現異常與超標的及時報警。

4.3 節能管理和優化

在樓宇設備控制系統未集成時，能耗分析管理系統在使用時需靜態設置，難以根據負荷的變化動態調節系統間的運行關系，不能動態優化運行，節約能耗。以空調系統為例，空調系統在選型上，一般是按照建筑最大設計熱負荷來選定，且留有余量。而在實際運行中由于季節、晝夜和使用率的變化，實際熱負荷在絕大部分時間內變動劇烈，使機組多數時間在偏離系統最佳負荷的狀態下運行。由于空調在負荷劇烈變動時工作效率明顯降低，導致在同等輸出量下，過低或過高負荷時耗電量同比最佳負荷時明顯上升。因此在商業建筑節能中樓宇設備監控系統也是很重要的，它與能耗分析系統相結合以達到最佳的節能效果。

能耗分析管理系統可以根據內置的全年溫度、濕度等天氣情況，并根據各設備的能源消耗和運行時間，以及實際運行中的負荷變化規律，選擇性地按每日、每周、每月或每年進行能耗分析，自動處理并調整系統的運行參數，以實現系統的最優節能運行。

5 節能展望

為了實現我國的可持續發展戰略，商業建筑節能勢在必行。目前，政府對商業建筑節能給予了充分重視，出臺了一系列有利于商業建筑節能的政策和規定。商業建筑節能工作也已取得了一定的進展，但是，商業建筑節能是一項系統工程，需要政府和社會各界共同努力方可取得成功。我們要結合自己的國情，綜合利用國內外的各種先進的節能技術和措施，趨利避害，選擇適合我國國情的經濟合理的節能方案，必定可以取得顯著的節能效果。

6 結束語

綜上所述，我們會發現，在整個商業建筑節能過程中，能耗分析管理系統扮演著一個重要的角色，無論是技術節能還是管理節能都是圍繞著它來展開進行的，它既是管理節能的核心，又為技術節能提供數據依據，所以說對整個商業建筑的節能來說它是必不可少的一部分。但是，現在國內很多商業建筑的管理公司對軟件這一塊并不是很重視，他們把更多的精力都放在對設備的節能改造上，往往是投入大量的人力、物力、財力后發現并沒有達到預期的節能效果。這就好比一個人，管理節能是一種內在的表現，是軟件，而技術節能是一種外在的表現，是硬件，如果人們只是一味的追求外在硬件的改造，而忽視了內在軟件的需求話，效果可能適得其反，只有軟件和硬件有機地結合，才能真正實現節能的目的，為國家經濟的可持續發展提供有力的支持。