基于分項計量與建筑節能管理系統的日常運行管理

文｜萬達商業管理有限公司 田禮訊 崔福貴

北京博銳尚格節能技術有限公司 江 江

1 能耗數據的分層獲取與利用

縱覽人類的日常生產和生活，數據統計信息出現在方方面面，并支撐和指導著我們的決策和行為。如在股票證券投資、會計財務管理等專業領域，從業人員幾乎完全是依靠對各種數據信息的記錄、處理和分析來開展和推動工作。同樣，在建筑節能領域，詳實的能耗數據信息是開展各項工作的必要基礎。根據能耗數據的獲取方法和利用方式的不同，我們可以將其分為以下四個層次，如圖1所示。

（1）原始能耗數據：一般為電表、水表、冷量表等計量儀表的原始計量數據或經過如錯數過濾、等時間分辨度計算等簡單處理后得到的數據。原始能耗數據因為尚未與設備系統建立起有機聯系，僅能反映某一配電支路或某條供水管路的實時運行狀態。該類數據是原始數據，用于保證其他層次能耗數據計算處理的連續性及可信性；其次，該類數據采集及計算處理密度較大，實時性良好，可作為保障型數據，用于如突增、驟降等用能事故的處理及報警等。

（2）分項能耗數據：指對原始能耗數據按照分項能耗模型進行拆分、加和、擬合等計算處理，得到描述某一相同特性設備系統集合的能耗數據。由于該類數據的計算過程中加入了設備系統與配電支路的連接關系及設備系統分項模型等關鍵信息，原始支路能耗數據與特定的設備系統之間建立了有機聯系，可以直觀地反映某一相同特性用能集合的運行狀態及變化趨勢。分項能耗數據是指導運行管理節能和節能改造的重要基礎。

（3）節能診斷數據：上文提到的兩種能耗數據都是反映客觀物理現實的數據信息，而節能診斷數據在原有客觀現實的基礎上加入了專家經驗。其計算處理的思路往往是為了發現或凸顯某個能耗問題，將分項能耗數據代入一定的算法，計算獲得反映相對量的統計類數據或者反映效率的無量綱數據，如通過同比/環比計算、系統效率計算等方式獲得的數據都是節能診斷數據。該類數據的獲取基于專家經驗，其數據本身即為某些能耗問題的診斷結果。管理者通過分析這些數據信息可得知能耗問題是否存在以及問題的嚴重程度。

（4）宏觀指標數據：是指在原始數據的基礎上，按照管理要求，進行提煉、統計或整合得到的反映宏觀問題或不同建筑某些相同問題的數據信息。如業內常見的能耗定額管理（Norm Management）或對標管理（Benchmarking），即一種通過宏觀指標型數據進行管理的方法，能夠幫助管理人員快速發現問題，找到工作目標，了解各種問題的嚴重程度，有條不紊地開展工作。

綜上所述，能耗數據對建筑節能管理起著至關重要的作用，而能耗數據因使用要求和加工方法的不同又分為多個層次，單純依靠一線操作人員手工作業很難滿足要求，開發一種先進的集數據采集、存儲、分析輔助于一體，并且內置或外聯專家系統的計算機輔助系統勢在必行。于是，分項計量與建筑節能管理系統應運而生。它能夠通過分項能耗數據和節能診斷數據幫助建筑的一線運行管理人員加強日常運行節能管理。

2 開啟“節能模式”的日常運行管理

日常運行管理調節也就是我們常說的“管理節能”，是一種主要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。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，需要通過持續的關注、調節來獲取顯著收益。而在這一過程中，充分利用能耗數據和計算機輔助系統，對設備系統進行準確調節和精細管理，可以降低一線運行人員的工作難度，提高其積極性，獲得更大的節能收益。分項計量與建筑節能管理系統在日常運行管理調節中可以起到至關重要的作用。

2.1 關注無關用能單元和能耗漏洞

商業建筑中常配置多套參數不同但功能相同的設備系統以滿足各種業態及不同工況的需求。有些系統單元是全年全天候長期運行，有些則只適用于某些特殊情況。而當這些備用設備或者特殊工況設備在正常時段出現較大能耗時，我們將其稱為無關用能單元或者“能耗漏洞”，通過分析其對應分項的能耗數據變化，我們可以輕松地發現這些“能耗漏洞”，減少或關閉這些無關用能單元，實現節能。

圖2是北京某廣場2011年1月第1周和第3周送排風機耗電曲線的對比曲線圖。從圖2中我們可以看出黃線（第三周）與紅線（第一周）每日的作息基本相同，作息間的波動也幾乎一致，只是似乎在正常工作的同時，疊加了一個恒功率設備。這種情況很有可能是一個無關的用能單元被意外開啟，而且沒有得到充分的關注和有效的管理，一直處于運行狀態。

經檢查發現，2011年1月11日該廣場進行了一次消防演習，所有消防風機被開啟，演習后有兩個分區的消防風機忘記關閉，造成如圖3所示的能耗漏洞。分項計量與建筑節能管理系統于2011年1月26日因該分項能耗突增報警，管理人員經排查關閉了這兩臺消防風機，避免了更大的能源浪費。我們可以看出送排風機運行操作的全過程，從1月11日大量開啟（能耗突增），1月12日-1月26日始終保持在較高運行水平，1月26日之后能耗恢復正常水平。

2.2 善變的作息和不變的管理漏洞

商業建筑大部分的設備系統都是按照某些特定的作息規律運行操作的，如室外照明每天晚上6點開啟，早上8點關閉；室內照明夏季每日早上開啟1/3，下午4點后開啟2/3，晚上7點后全部開啟等。這些作息大多是物業管理人員結合商業用戶的實際需求和能源合理利用的綜合考慮，制定出的較為合理的操作規范。操作日程制定得越細致，通常說明調節的頻次越高，對需求的跟蹤也越密切，運行能耗也就越低；與此同時，由于商業建筑中的設備系統繁多且復雜，特別是對于BA（樓宇自控）系統未涉及到的設備系統，對它們的運行調節得越頻繁，一線管理人員的工作量就越大，管理者對一線人員是否嚴格按照規范操作的監管也就越困難；而未安裝BA 系統的設備往往是單體能耗較小、數量繁多、散布在建筑各個角落的設備。這給管理帶來了很大的困難，出現管理漏洞在所難免。分項計量與建筑節能管理系統恰恰是解決這方面問題的好工具，因為本身覆蓋了商業建筑中全部的用能單元，所以對這些未接入BA系統的設備進行管理基本不用增加成本，同時，通過分析各分項設備運行能耗與操作日程間的關系可以快速發現各種管理漏洞。

圖4為南京某廣場2010年12月-2011年1月各周電梯運行能耗對比曲線。

通過分析發現，雖然其運行主要有非營業運行（僅有待機電耗）、1/2運行（大約1/2功率）、全負載運行（滿負荷運行）三種作息，但是每周各作息之間的切換較為無序，非營業時間未正常關閉或關閉時間推遲的現象較為明顯，1/2運行與全負荷運行之間的切換也沒有明顯的規律。當發現該問題時，我們的管理人員曾懷疑，電梯出現這樣的運行特征主要是由于客流量變化引起的，屬于匹配需求的正常現象。于是我們又查詢了同時段商戶用電的變化情況，如圖5所示。

由圖5可見，間接反映客流量情況的商戶用電變化較為規律，沒有出現不同周期較大幅度的變化，說明電梯的運行管理中存在一定程度的漏洞。

通過加強管理，我們可以發現如電梯的運行能耗變得較為規律，對應能耗也從2010年12月份周平均耗電3839kWh下降至2011年12月份的 3049kWh，節能率達21%。如圖6所示。

2.3 看不見的設備隱患與看得見的能耗突變

商業建筑中某些設備系統發生故障時并不會立刻在工況變化上有所體現，有時也不會出現異常、發熱等單純通過巡檢即能發現的異常現象；可能僅表現為效率降低、能耗升高、控制系統故障或造成運行工作點紊亂。另一方面，這些設備系統故障隱患，常常會表現為能耗突變，通過分項計量與建筑節能管理系統，我們可以快速發現問題，及時采取措施進行維修或整改，減少能源浪費的同時避免設備系統進一步被損壞。

圖7為北京某廣場中水循環泵2010年1月- 3月各周能耗曲線對比分析圖。

我們可以發現各周運行狀況極為紊亂，基本無任何規律可循。而從理論上講，該泵主要為廣場內中水系統提供動力，其能耗應隨著客流量的增加而增加，當營業結束后應該下降至較低水平。據此，我們分析認為可能是控制中水泵開啟和關閉的壓力傳感器出現了故障，造成水泵的啟停不能準確反映需求變化。

圖8為更換過壓差傳感器后的中水系統運行能耗曲線，分析可見，其運行明顯有了周期性變化，周一客流較少時運行能耗相對周內其余各天有所下降，非營業時間運行功率也基本可以降至5kW以下，除周末以外的時段運行峰值功率從原有的25kW降至現在的20kW左右。3個月的運行能耗由此前的37.9MWh降至更換后的24.7MWh，降幅達34.8%。可見，壓差傳感器損壞是造成該設備運行能耗偏高的主要原因。

2.4 供需矛盾與統一

供需匹配一直是商業地產節能工作的主要目標，在不降低舒適度的基礎上節約能源，即是指緊盯需求側的變化，減少超出需求部分的能源浪費。針對該需求，許多自控廠商提供了大量的解決方案以實現各種閉環獨立系統的供需匹配。如冷凍水系統恒溫差/恒壓差控制、冷凍機組群控等都是供需匹配控制的案例。而分項計量與建筑節能管理系統，因其全面覆蓋設備系統、從能源數據角度分析計算等特點，在對大系統或于較長時間維度內進行供需匹配策略分析等方面有其獨到之處。

圖9為北京某廣場冷凍站2010年4月-10月與2011年4月- 10月冷凍站能耗對比曲線，從圖9中我們可以發現在過渡季（部分供冷季）能耗上2011年能耗明顯小于2010年能耗。這是由于經過分項計量與建筑節能管理系統的監測，發現2010年過渡季的熱負荷主要來自于廣場內部，因此建議采用加大新風的方式代替中央空調制冷的方式實現廣場內部的降溫。這項舉措使該廣場冷凍站2011年節能21萬度電，同比減少8.77%。

由圖10可見雖然通過加強非工作時段關閉管理和調整開機臺數的策略，使空調箱耗電量在2011年主要供冷季（3號區域）與2010年同期相比有一定幅度的下降（約為22.65MWh），但是在過渡季（1、2區域）卻有一定幅度的增長。

通過比較2010年、2011年過渡季典型周的耗電量可見，如圖11所示，2011年空調箱典型周（紫色曲線）與2010年（紅色曲線）相比工作功率明顯增加，由100kW增加到180KW，但是制冷主機的耗電量卻在這兩個相同時段明顯出現相反的變化。其工作功率峰值由2010年（紅色曲線）的400kW下降到2011年（紫色曲線）的230kW，同時其開機時間也有一定程度的減少。