基于天房大廈的能耗智慧監測平臺構建研究

王丹　孫園嵐

摘要：以天房發展大廈作為研究對象，為天津地區辦公類型公共建筑的能耗監測平臺搭建提供參考依據。

關鍵詞：能耗監測；能耗模擬；信息通訊

中圖分類號：TU111.195文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-190-02

前言

自2007年天津市作為推行建筑能耗監測體系建設的試點城市以來，大型公共建筑能耗監測平臺的建設方面有了巨大的發展。但是建筑能耗監測平臺在“技術”和“管理”方面仍存在諸多的問題，不能真實反映建筑能耗的真實狀態。

天房發展大廈總建筑面積5.19萬m²，屬于商業辦公建筑。已獲得綠色三星建筑設計標識認證。本文以天房發展大廈作為研究對象，提出符合天房大廈自身特點的能耗監測平臺設計指導原則，并為天津地區辦公類型建筑能耗監測平臺設計提供參考依據。

1.主要目標及內容

采用BIM建模、能耗模擬分析技術等技術手段，對建筑圍護結構熱工性能、影響建筑能耗的主要系統范圍和特性進行定性定量分析，從而確定可以采取的節能措施以及主要能耗監測內容。

1.1圍護結構熱工性能分析

通過BIM技術、模擬能耗分析軟件對圍護結構熱工性能進行全面的分析，得到本建筑基準能耗及主要耗能系統的組成情況。分析結論如下：（1）經模擬計算天房大廈基礎能耗為261.7萬kWh/a。（2）通過優化運行策略可有效降低機電系統運行能耗10%以上。

1.2用能設備特性分析

對建筑主要能耗系統進行定性定量的能耗分析，尋找影響能耗的敏感性因素，分析對象包括暖通空調系統、照明及插座系統、電梯系統和生活熱水系統。

1.2.1暖通空調系統

以市政熱網作為熱源，經換熱后提供55/45℃空調熱水，以螺桿機組作為冷源，其中2臺水冷螺桿機為一至十五層提供6/13°C冷水，1臺高溫螺桿機為十六至十八層提供16/21°C冷水。空調末端形式：首層至二層為風機盤管+新風系統，；三至十一層、十三至十五層的外區采用風機盤管、內區采用變風量全空氣系統：十六至十八層采用干式風機盤管+溶液新風機。模擬分析結果：空調系統全年總能耗約為124.6萬kWh，占建筑總能耗的48%。監測內容：（1）制冷站、換熱站：水溫度、流量、壓力、冷熱量；（2）螺桿機用電量、運行時間、故障信息：（3）水泵用電量、運行頻率、故障狀態；（4）空調機組、新風機組用電量、運行頻率、空氣溫度、濕度、壓力：（5）變風量末端用電量、風量、運行狀態：（6）風機盤管用電量、運行時間：（7）室內空氣溫濕度、CO₂、PM2.5。

1.2.2照明及插座系統

工程采用高效節能燈具（三基色T5/T8熒光燈、LED光源）。樓梯間采用節能自熄燈具，公共區域采用定時智能照明控制系統，辦公區域設置紅外感應控制設備自動開閉，兼顧照度及節能。建筑物內分別設置照明配電箱和插座配電箱用于分項計量。模擬分析結果：照明插座系統全年總能耗約為71.4萬kWh，占建筑總能耗的27%。建議監測對象：（1）照明回路電量監測：（2）插座回路電量監測：（3）關鍵房間室內照度監測：（4）主要照明回路開關狀態。

1.2.3電梯系統

本工程共設置8臺客梯和2臺消防&貨梯，根據電梯性能參數及能耗公式可以得出本項目電梯全年能耗預測數值為：7.8萬kWh，占建筑總能耗的3%。建議監測對象：（1）每部電梯配電箱內均設置帶有遠程功能的電能計量表：（2）通過總線通訊的方式，讀取每部電梯的相關運行參數。

1.2.4生活熱水系統

本項目包括出租區域和自用辦公區域。對出租區域部分設置分散式熱水系統形式。對自用辦公部分，采用太陽能熱水系統供應生活熱水，輔助熱源選用燃氣熱水機組。建議監測對象：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、集熱系統進出口溫度、集熱系統循環流量、燃氣熱水機組提供的熱量、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用能設備特性小結

（1）暖通空調系統能耗占全建筑能耗的48%以上；照明系統占27%：插座用電占18%，電梯動力占3%以上，因此上述系統是能耗監測系統關注的重點對象；（2）生活熱水系統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，因此也是能耗監測系統關注的重點對象。

2.構建智慧能耗監測平臺

依據用能設備特性分析的結論，結合當前主流能耗監測平臺的發展狀況，提出適應天房大廈的能耗監測平臺設計思路。

2.1建立能耗檢測平臺的必要性

根據《公共建筑節能設計標準》GB50189、《天津市公共建筑節能設計標準》DB29-216、《天津市民用建筑能耗監測平臺設計標準》DB29-216的要求，本項目作為建筑面積大于20000m²的公共建筑，應設置能耗監測系統。

2.2能耗監測平臺發展狀況

國內能耗監測平臺的發展經歷了三個主要階段。從90年代開始建立能耗監測的相關法規標準，主要通過人工抄表的方式對關鍵能耗數據進行記錄。2000年開始初步實現了對關鍵能耗數據的自動采集、存儲和分析。2015年國家和地方對能耗監測平臺制定了新的標準和規范。通過物聯網、大數據等信息技術實現了能耗監測平臺與公共建筑管理系統真正的融合。

2.3天房大廈能耗監測平臺基本要求

2.3.1關于能耗監測點的基本要求。

（1）遵循國家及地方相關法規的要求：滿足檢測精度、響應速度、信號穩定性等方面的要求：

（2）監測數據應通過專用信號線纜傳送給能耗監測平臺：采用屏蔽線纜、光纖等傳輸介質；按照不同系統分別設置：給排水、暖通空調、電氣、圍護結構；

（3）與能耗有密切關系的環境參數應納入監測范圍：溫度、濕度、壓力、流量、CO₂、CO等等；

（4）主要機電設備除能耗之外的其它關鍵運行數據應納入監測范圍。

2.3.2關于數據傳輸系統的要求為防治電磁干擾產生的數據偏差，能耗計量裝置與系統主機設備采用屏蔽通訊線纜或光纖通訊方式，對于局部布線困難的區域可以考慮采用無線通訊方式。

監測平臺應支持多種主流通訊協議。監測平臺與計量裝置之間的通訊協議應符合《多功能電能表通信規約》DL/T645和《用戶計量儀表數據傳輸技術條件》cJ/Tl88的有關規定。

2.3.3關于系統主機設備（硬件）的要求：

能耗監測主機應設置在BAS監控機房內，機房應符合《智能建筑設計標準》GB/T50314的相關規定。能耗監測平臺主機設備應配置專用的服務器：UPS電源和系統管理軟件。為保障監測數據的安全，應采用冗余和備份措施，數據保存時間不應少于3年。能耗監測平臺主機應預留與上一數據中心的網絡通訊接口，當采用公共通訊網絡時還應設置防火墻，殺毒軟件等網絡安全措施。

2.3.4關于管理軟件基本功能的要求：

（1）自動監測系統通訊狀態；（2）靜態手工錄入、數據采集時間可調整：（3）數據自動記錄、存儲、備份：（4）自動生成可視化圖表和報告；（5）用戶權限、系統日志、報警信息；（6）數據分析、趨勢預測、策略制定；（7）具備服務器操作系統開發商的軟件適用認證報告

3.基于能耗監測平臺的運營管理：

依據用能設備特定分析的結論，結合能耗監測平臺的主要功能，運營管理的內容如下：

（1）機電系統優化運行策略制定。基于分建筑各主要耗能系統的運行特性和能耗趨勢，制定有針對性的優化運行策略。在保障人員、機電設備安全和內部環境舒適性的前提下，提高機電系統運行效率，并降低運行運費：

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

（3）建立專家委員會。由用戶方、物業管理單位、設計院、主要機電設備供貨商、承建商等組成專家委員會，定期對能耗運行數據進行評估，提出能源優化管理建議：

（4）交流展示平臺。以各種可視化圖表對外展示建筑各項能耗數據，體現本建筑在節能環保和綠色發展方面為社會做出的突出貢獻

4.結語

能耗監測平臺的設置要求對建筑能耗特性做全面的分析。通過BIM和能耗模擬技術獲得建筑能耗的基準數值和個主要耗能系統的范圍和特性。針對每個耗能系統的特性進行逐項分析，從而確定可以采取的節能措施以及主要能耗監測內容。能耗監測平臺應支持多種主流通訊協議；并應著重在能耗數據的分析、趨勢預測和運行策略制定方面的功能。能耗監測平臺宜納入BAS系統中，成為管理系統的重要組成部分。在遵循國家、地方及行業相關標準的前提下，基于能耗分析結論搭建有針對性的能耗監測平臺框架，并確定能耗監測系統的主要功能和系統組成形式。為用戶提供最佳的系統配置方案。