◎

1.前言

以能源計(jì)量為基礎(chǔ)，以能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為技術(shù)支撐，以能源審計(jì)為重要手段，以能效公示為目標(biāo)，硬件搭建平臺(tái)，軟件支撐業(yè)務(wù)，軟硬兼?zhèn)錁?gòu)成了節(jié)約型校園建筑能耗監(jiān)控體系。

“十一五”期間國(guó)家通過(guò)發(fā)布一系列的節(jié)能減排政策、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)全國(guó)節(jié)能工作的有序開(kāi)展，其中包括建筑能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分項(xiàng)計(jì)量領(lǐng)域的導(dǎo)則和實(shí)施方法，并已經(jīng)在一些國(guó)家機(jī)關(guān)類和事業(yè)單位類公共機(jī)構(gòu)中進(jìn)行試點(diǎn)和應(yīng)用，同期啟動(dòng)了一批建筑節(jié)能領(lǐng)域的重點(diǎn)科研項(xiàng)目，并將成果轉(zhuǎn)化，指導(dǎo)節(jié)能實(shí)踐，進(jìn)一步推動(dòng)了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)和分項(xiàng)計(jì)量技術(shù)在全國(guó)范圍的應(yīng)用，以部級(jí)、省級(jí)、市級(jí)為中心逐步建立能源分級(jí)監(jiān)控平臺(tái)，在商業(yè)、辦公、賓館、體育、教育等建筑內(nèi)實(shí)現(xiàn)了能耗計(jì)量與監(jiān)測(cè)、審計(jì)和公示[1]。截至2011年初，全國(guó)范圍內(nèi)已完成的各類型建筑能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有一千多個(gè)[2]，普及率正在逐年增加，但實(shí)際完成效果還有待檢驗(yàn)。

如圖1所示，校園建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表、采集器、服務(wù)器、顯示終端等設(shè)備與通信線路構(gòu)成的硬件基礎(chǔ)設(shè)施層和通信軟件、平臺(tái)軟件、展示軟件、分析軟件等構(gòu)成的軟件應(yīng)用與業(yè)務(wù)層所組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑能源信息的采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析和處理，全過(guò)程是動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)的和長(zhǎng)期的。

能耗的分項(xiàng)計(jì)量是能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本功能，利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估校園建筑能耗分項(xiàng)情況對(duì)建立校園建筑節(jié)能體系至關(guān)重要。為系統(tǒng)和深入地分析校園建筑能耗水平和用能特點(diǎn)，本文以校園建筑能耗分類和分項(xiàng)分析為目的，初步構(gòu)建了能耗分項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并通過(guò)實(shí)際案例利用該模型進(jìn)行了校園建筑的分項(xiàng)能耗分析。

2.建筑分項(xiàng)能耗模型

如圖2所示，校園建筑分項(xiàng)能耗是指電耗按用電屬性分為照明用電、辦公用電、空調(diào)用電、動(dòng)力用電和特殊設(shè)備用電等。

建筑分項(xiàng)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)通常包括動(dòng)力用電、空調(diào)用電、照明插座用電、特殊區(qū)域用電以及建筑峰期、平期和谷期用電評(píng)價(jià)指標(biāo)。建筑分項(xiàng)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)只適用于那些已建立能耗分項(xiàng)計(jì)量的建筑，而對(duì)尚未建立分項(xiàng)計(jì)量的建筑則不適用。對(duì)于已執(zhí)行分時(shí)電價(jià)的建筑可采用峰時(shí)、谷時(shí)和平時(shí)用電指標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)其合理用電和節(jié)省電費(fèi)具有實(shí)際意義。

從校園建筑的能耗結(jié)構(gòu)角度分析，以電耗為主，因此，校園建筑能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的核心是電力監(jiān)測(cè)，基于電力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行用電管理和分析評(píng)價(jià)具有重要意義。建筑用電量評(píng)價(jià)指標(biāo)按類型可分為總用電指標(biāo)、均值類指標(biāo)、極值類指標(biāo)和用電比例類指標(biāo)等類別；按時(shí)間周期，可分為月度、季度和年度指標(biāo)。

（1）建筑總用電指標(biāo)

圖1 校園建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

建筑總用電指標(biāo)主要包括建筑總用電量、動(dòng)力、空調(diào)、照明插座、特殊區(qū)域用電等分項(xiàng)用電量以及建筑峰、谷、平分時(shí)用電量，如表1所示。表中各指標(biāo)代碼說(shuō)明如下，E表示建筑用電量，5位的下標(biāo)代碼用來(lái)區(qū)分建筑的分項(xiàng)能耗，建筑的分時(shí)用電（峰、谷、平）分別用peak、valley、f l at下標(biāo)來(lái)劃分，如E01C00表示動(dòng)力系統(tǒng)的用電量。

（2）用電比例類指標(biāo)

建筑分項(xiàng)用電比例類指標(biāo)用以衡量各子系統(tǒng)（單元）用電量占比的大小，利用這些指標(biāo)可分析出建筑物的用電結(jié)構(gòu)，通常分為兩大類，即分項(xiàng)用電比例指標(biāo)和峰谷平分時(shí)用電比例指標(biāo)。計(jì)算方法是各分項(xiàng)用電量與建筑總用電量的比值，詳細(xì)計(jì)算公式如表2所示。表中各指標(biāo)代碼說(shuō)明如下，代碼命名規(guī)則與表1基本一致，區(qū)別在5位下標(biāo)代碼值中最后1位下標(biāo)P表示用電比例，如E01C00P表示動(dòng)力分項(xiàng)用電占建筑總用電的比例。

3.校園建筑分項(xiàng)能耗評(píng)價(jià)案例分析

3.1 案例簡(jiǎn)介

本案例是位于大連市的某理工類大學(xué)，校園總建筑面積約為100萬(wàn)平米，建筑數(shù)量有180棟，校內(nèi)總?cè)藬?shù)約為35500人。該校園內(nèi)建筑類別主要是教學(xué)樓、科研樓、辦公樓、體育館、圖書(shū)館、醫(yī)院、宿舍和食堂。校園內(nèi)建筑冬季由集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行采暖，夏季采用空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行制冷，其空調(diào)系統(tǒng)形式多為分體式空調(diào)，少數(shù)建筑采用中央空調(diào)系統(tǒng)。該校園從2008年開(kāi)始逐步建立了建筑能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，部分建筑可實(shí)現(xiàn)能耗的實(shí)時(shí)采集、分項(xiàng)計(jì)量和動(dòng)態(tài)分析。

表1 建筑總用電指標(biāo)

表2 分項(xiàng)用電比例類指標(biāo)

圖2 建筑分項(xiàng)能耗模型

3.2 校園典型建筑能耗分項(xiàng)分析

圖3 2010年建筑分項(xiàng)用電指標(biāo)

校園某科研樓建筑面積約為36600m2，師生人數(shù)約為3060人，建筑的用電分項(xiàng)包括動(dòng)力用電、空調(diào)用電、照明插座用電、特殊用電及其他用電。如圖3所示，圖中列出每一分項(xiàng)年度能耗數(shù)據(jù)均包含兩組數(shù)據(jù)，分別是分項(xiàng)用電量（單位萬(wàn)kWh）和分項(xiàng)用電比例。對(duì)2010年建筑能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，動(dòng)力用電單位面積指標(biāo)為2.42kWh/(m2·a)，人均用電指標(biāo)為28.75kWh/(人·a)?？照{(diào)用電單位面積指標(biāo)為10.54kWh/(m2·a)，人均用電指標(biāo)為125.84kWh/(人·a)。照明插座用電單位面積指標(biāo)為35.7kWh/(m2·a)，人均用電指標(biāo)為426.8kWh/(人·a)。特殊用電單位面積指標(biāo)為0.06kWh/(m2·a)，人均用電指標(biāo)為0.07kWh/(人 ·a)。

從上述該建筑2010年分項(xiàng)用電指標(biāo)分析可知，建筑電力主要被照明插座系統(tǒng)和暖通空調(diào)系統(tǒng)所消耗，兩個(gè)系統(tǒng)分項(xiàng)用電合計(jì)占比高達(dá)90%，均為重大用能點(diǎn)。為分析原因，借助表1的總用電量指標(biāo)和表2的分項(xiàng)用電比例類指標(biāo)，重點(diǎn)分析各系統(tǒng)每月的用電量及分類分項(xiàng)比例指標(biāo)，特別是照明插座、空調(diào)和動(dòng)力系統(tǒng)。

圖4和圖5中可以看到，暖通空調(diào)用電量全年隨季節(jié)變化顯著，主要是受室外環(huán)境的影響，而動(dòng)力用電量和照明插座用電量則相對(duì)穩(wěn)定。照明插座用電量平均約為11.3萬(wàn)kWh/月，占總用電的比例隨季節(jié)而變化，在供暖季約為77%，過(guò)渡季達(dá)到最大，約為90%，制冷季最小，約為50%。動(dòng)力用電量平均約為0.8萬(wàn)kWh/月，占總用電比例約為4.7%。暖通空調(diào)用電量隨季節(jié)而變化，在供冷季平均約為8.9萬(wàn)kWh/月，占總用電比例約為45%，主要是冷源設(shè)備、空氣處理機(jī)組和空調(diào)末端等設(shè)備運(yùn)行；在供暖季平均約為2.8萬(wàn)kWh/月，占總用電比例約為18.7%，主要是熱水循環(huán)泵運(yùn)行。

圖4 建筑逐月分項(xiàng)用電總量指標(biāo)

圖5 建筑逐月分項(xiàng)用電比例指標(biāo)

為便于分析建筑內(nèi)空調(diào)和動(dòng)力系統(tǒng)的各分項(xiàng)子系統(tǒng)用電情況，現(xiàn)將該建筑2010年8月的空調(diào)和動(dòng)力系統(tǒng)用電量按設(shè)備進(jìn)行分類拆分，借助表2的分項(xiàng)用電比例類指標(biāo)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行分類核算，如圖6和圖7所示。

圖6 建筑8月份空調(diào)分項(xiàng)用電

圖7 建筑8月份動(dòng)力分項(xiàng)用電

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

圖8 空調(diào)冷源設(shè)備用電量指標(biāo)

圖9 空調(diào)冷源設(shè)備用電比例指標(biāo)

此科研樓暖通空調(diào)系統(tǒng)由空調(diào)冷熱源和末端系統(tǒng)組成，已建立的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只覆蓋了冷熱源系統(tǒng)，即只監(jiān)測(cè)了制冷機(jī)組、冷水泵、熱水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的能耗，因客觀條件所限，末端系統(tǒng)設(shè)備能耗無(wú)法監(jiān)測(cè)，此部分主要是新風(fēng)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管能耗。就整體用電情況來(lái)看，暖通空調(diào)系統(tǒng)用電主要被冷熱源系統(tǒng)所消耗，末端系統(tǒng)電耗較少，因此本文在分析暖通空調(diào)系統(tǒng)用電時(shí)，主要以各設(shè)備用電比例類指標(biāo)作為依據(jù)，參見(jiàn)表2。如圖8所示，該建筑空調(diào)用電的高峰出現(xiàn)在 制冷季，即大連市室外平均溫度最高的7、8月份，說(shuō)明該建筑空調(diào)負(fù)荷的影響因素中，室外環(huán)境變化是主要影響因素。如圖9所示，制冷機(jī)組用電量在制冷季占空調(diào)總用電量的比重基本維持在50%上下，只是在6月份略有下降；冷凍泵約占21%，冷卻泵約占24%，冷卻塔風(fēng)機(jī)約占5%；此外，對(duì)比7-9月和6月的比例變化情況，我們不難發(fā)現(xiàn)，在制冷機(jī)組用電比例隨室外溫度和空調(diào)負(fù)荷下降而降低的過(guò)程中，冷凍水泵和冷卻水泵用電比例不降反升，說(shuō)明水泵負(fù)荷適應(yīng)性較差，從現(xiàn)場(chǎng)勘察的情況來(lái)看，其水泵都沒(méi)有做變頻控制，均處于工頻運(yùn)行，存在較大的節(jié)能空間。從空調(diào)冷源系統(tǒng)用電結(jié)構(gòu)來(lái)看，制冷機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)中的重大用能點(diǎn)，確保其高效穩(wěn)定運(yùn)行是降低空調(diào)能耗的關(guān)鍵，同時(shí)需要對(duì)水泵、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率給予關(guān)注，提高其負(fù)荷適應(yīng)性。

4.結(jié)論

（1）本文建立的建筑能耗分項(xiàng)評(píng)價(jià)模型既概括了常規(guī)的綜合能耗指標(biāo)，又總結(jié)了分項(xiàng)能耗比例類指標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)建筑能耗分類分項(xiàng)的量化評(píng)價(jià)、節(jié)能診斷和系統(tǒng)分析提供了依據(jù)。

（2）本文以某校園科研建筑為例，闡述了利用建筑能耗分項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)分析各類建筑能耗的方法和過(guò)程。結(jié)果表明本文提出的評(píng)價(jià)模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑能耗結(jié)構(gòu)、變化規(guī)律和分項(xiàng)能耗比重的準(zhǔn)確分析，確定重大用能點(diǎn)，為節(jié)能措施的制定提供了保證。

（3）本文以能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)為依托，以獲取的長(zhǎng)期能耗數(shù)據(jù)為依據(jù)，經(jīng)客觀分析發(fā)現(xiàn)：照明插座和動(dòng)力用電為穩(wěn)定電耗，受室外環(huán)境影響小，與設(shè)備開(kāi)啟時(shí)間和數(shù)量有關(guān)；空調(diào)用電是可變電耗，與室內(nèi)外環(huán)境和設(shè)備效率關(guān)系緊密，是節(jié)能管理關(guān)注的重點(diǎn)。