建筑能耗监测对建筑节能的研究

摘要：基于建筑能耗监测技术，融合建筑能源审计技术与工程建筑能耗等级评价技术，研究既有建筑能耗，提出节能改造方案。该研究思路可应用于我国既有建筑节能工作，为未来既有建筑节能项目提供更合理可靠的技术解决方案，开辟既有建筑节能新路径。

关键词：工程建筑；能耗监测；建筑节能项目；能源审计

0 引言

我国早期对建筑物节能重视不足，导致过去 30 年建成的建筑多为高能耗工程建筑，未来几十年这些建筑将消耗大量能源。我国将大力发展建筑节能技术，如不同气候条件下的节能墙、节能房顶、绿色节能门窗等，综合利用太阳能、地下热量、降水、风速、电力能源等可再生资源，使新建筑满足节能要求，并逐步对既有工程建筑进行节能改造，使其符合节能标准。

1 建筑能耗监测的特点与应用

通过对近 10 年城市相关政策和信息的研究，发现工程建筑能耗监测系统可为工程建筑耗能管理提供能耗研究，经数据比对和优化，实现用能节约、降低成本投入，提升建筑用能耗水平，减少碳排放。现将能耗监测特性总结如下。

1.1 实时掌握用能动态计量

依据我国分项目测量指南要求，工程建筑能耗监测系统将建筑总耗能分为照明电源插座、空调、动力和特殊用电量四个项目。通过对各分项目用电量的实时监控，可了解能源应用状况及分项目用电量实际情况。

1.2 及时监测能耗管理漏洞

系统可进行分钟级甚至秒级的数据采集，具有数据分析功能。通过增强系统监控与提醒功能，能及时提示建筑业主能源使用异常情况。此外，系统可通过移动终端应用开发，以 APP、信息、邮件、短信等方式推送给工作人员，帮助其及时发现施工用能异常区域，提高施工用能合理性，降低劳动强度，提升工作效率。

1.3 挖掘节能潜力，进行用能对比

结合互联网与工程建筑控制，利用智能化信息技术，通过不同阶段、不同支路的综合能源应用研究，发现设备搭配不合理之处，实现节能管控与优化控制，为能源消耗管理者提供能源应用分析工具，实施线上节能管控，充分发挥监控系统作用。

1.4 高效利用大数据实现信息增效

结合能耗监测特点，充分运用 5G、物联网技术、人工智能技术等新手段，强化工程建筑能耗监测应用，准确把握工程建筑能耗数据，协助节能人员通过交互进行改造，挖掘更合理的节能建筑改造方案。同时，利用工程建筑时间、总建筑面积、建筑装饰材料、能耗等基本信息，从大数据层面挖掘不同类别工程建筑的能耗特点，借助人工智能和大数据，从人工转型为系统转型，提高工程建筑能耗效率。

2 案例改造介绍

中国工商银行镇江分行营业性办公楼建于 1994 年，位于江苏省镇江市解放路 81 号，地处城市闹市区繁华地段。

交通噪声、车辆废气、城市热岛效应等会影响办公楼正常运行。改造前该建筑未采取节能措施，建筑面积为 17647.31m²，地下 1 层，地上 22 层，建筑总高度 17m，砖混结构，建筑等级为三级，抗震烈度为 7 度。改造前采用 2 台水冷式螺杆空调作为冷源，61 台分体式空调或一拖多空调作为其他区域冷热源，1 台天然气锅炉作为建筑热源。根据项目原始建筑设计图纸，建筑主体结构未采取任何节能措施。原屋面做法为：细石混凝土（内部加固）（50mm）+水泥砂浆（20mm）+轻骨料混凝土浇筑捣固（屋面找坡）（30mm）+混凝土结构（120mm）+石灰水泥砂浆（20mm）；原墙体做法为：水泥砂浆（20mm）+混凝土结构（20mm）+水泥砂浆(20mm），原窗扇幕墙为铝框单面窗框+单面玻璃。建筑物内过道、办公室、会议室、大厅等公共区域未使用 LED 绿色照明设备。

3 建筑能耗监测技术

3.1 工程建筑能耗监测技术概述

工程建筑能耗计量技术是通过远程传输等方式，利用建设工程子计量设备收集能耗数据，实现建筑耗能在线监控和动态变化的方法。该技术主要通过安装多功能仪表（电度表、智能水表、气体表）、远程传输回收器对电气、水、气等能耗进行实时监测，并将检测值上传至工程建筑区域能耗监测核心网络平台。业主可通过能耗监测系统在线查询能耗监测数据。

3.2 应用改造实例

在满足《能源分项测量指南》规定的类别和分项目测量条件下，实现了对改造前中国工商银行写字楼一般照明电、空调耗电、动力用电量、锅炉用供气量和建筑用水量的实时监控。中国工商银行写字楼耗能分项目测量系统共安装收集电度表 27 台，总供电安装 DN150 涡轮流量计 1 台，远程传输数据采集器 1 台，蒸汽表 2 台，空调室安装冷热量计 1 台。照明和空调耗电是老写字楼的主要耗能来源，非电气能耗占老写字楼综合能耗的比例较小。经计算，2014 年老写字楼综合能耗为 44.72kgce/（m²·a），不符合写字楼综合能耗指标值中有效值范围≤25kgce/（m²·a）的要求。

4 安科瑞建筑能耗分析系统

4.1 概述

Acrel-5000web 建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统基础上增加了对水、气、煤、油、热（冷）量等的集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确数据支撑。用户可按照有关规定实施能源审计，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上人民政府管理节能工作的部门报送能源审计报告。

4.2 应用场所

适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理系统设计、施工和运行维护。

4.3 系统架构

Acrel-5000 建筑能耗分析系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，根据现场实际情况采用现场总线、光纤环网或无线通讯中的一种或多种结合的组网方式，为大型公共建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供基础平台，可和检测设备构成任意复杂的监控系统。采用开放性、网络化、单元化、组态化的面向对象分层、分级、分布式智能一体化结构，建立如下层次结构：

4.4 系统功能

1）系统概况

平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。

2）用能概况

对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。

3）用能统计

对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计，支持报表数据导出EXCEL，支持选择建筑数据进行生成柱状图。

4）复费率统计

复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到EXCEL。

5）同比分析

对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。

6）能源流向图

能源流向图展示单栋建筑指定时段内各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折标值查看。

7）配电监测/管网图

以变电站配电结构一次图或建筑水、燃气管网图展示结构中各重要节点数据，方便用户掌握能源运行时参数。

8）夜间能耗分析

夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在指定时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。

9）三维展示

通过3D图形方式展示项目现场模拟图，以更直观的方式对项目中建筑或设备数据进行动态展示。

10）设备管理

设备管理包括，设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备，确保设备的运行。

11）用户报告

用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑。

4.5 系统硬件配置

应用场景	型号	图 片	保护功能
建筑能耗管理系统	Acrel-5000web

	采用泛在物联、云计算、大数据、移动通讯、智能传感等技术手段可为用户提供能源数据采集、统计分析、能效分析、用能预警、设备管理等服务，平台可以广泛应用于多种领域。
智能网关	ANet-1E2S1		采用嵌入式硬件计算机平台，具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口，作为信息采集系统中采集终端与平台系统间的桥梁，能够根据不同的采集规约进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据采集汇总，并使用相应的规约转发现场设备的数据给平台系统。
高压重要回路或低压进线柜	APM810

	具有全电量测量，电能统计，电能质量分析及网络通讯等功能，主要用于对电网供电质量的综合监控诊断及电能管理。该系列仪表采用了模块化设计，当客户需要增加开关量输入输出，模拟量输入输出，SD卡记录，以太网通讯时，只需在背部插入对应模块即可。
APM520		三相全电量测量，2-63次谐波，不平衡度，需量，支持付费率，越限报警，SOE,4-20mA输出。
低压联络柜、 出线柜	AEM96

	三相多功能电能表，均集成三相电力参数测量及电能计量及考核管理，提供上 24 时、上 31 日以及上 12 月的电能数据统 计。具有 63 次分次谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和继电器输出可实现“遥信” 和“遥控”功能，并具备报警输出，可广泛应用于多种控制系统，SCADA 系统和能源管理系统中。
动力柜	ACR120EL

	测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压，有功、无功功率，电度，谐波等，并具备完善的通信联网功能，非常适合于实时电力监控系统。
DTSD1352

	DIN35mm导轨式安装结构，体积小巧，能测量电能及其他电参量，可进行时钟、费率时段等参数设置，精度高、可靠性好、性能指标符合国标GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求，并且具有电能脉冲输出功能；可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。
AEW100

三相全电量测量，剩余电流、2-63次谐波，支持付费率，量值、电缆温度，可选2G/4G通讯。

照明箱

DTSD1352

	DIN35mm导轨式安装结构，体积小巧，能测量电能及其他电参量，可进行时钟、费率时段等参数设置，精度高、可靠性好、性能指标符合国标GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求，并且具有电能脉冲输出功能；可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。
DDSD1352

	DDSD1352 单相电子式电能表主要用于计量低压网络的单相有功电能，同时可测量电压、电流、功率等电量， 具有红外通讯功能，并可选配 RS485 通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内， 实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。
DDS1352

	单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量，红外及RS485通讯，电流规格10（60）A，有功电能精度1级。无功精度2级，尺寸:1P
ADW300/4G

	计量低压网络的三相有功电能，具有RS485通讯和470MHz无线通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。
ARCM300T-Z-4G

	三相全电量测量，剩余电流、2-63次谐波，支持付费率，量值、电缆温度，可选2G/4G通讯。
给水管道	水表		计量流经给水管道用水的体积总量，适用于单向水流，采用电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据。

5 结语

建筑能耗监测可提升建筑管理者的管理能力，发现建筑耗能的片面性，提醒建筑业主及时开展节能管理，降低管理者数量，提高效率。据统计，仅通过工程建筑耗能管理，就能节约 8%的建筑物能耗。同时，可充分运用 5G、物联网技术、人工智能技术等新的数据方式，全面提高耗能管控的高效性，完善节能建筑的管理方法，利用互联网数据的共享特性，为城市规划建设的互联共享目标提供合理的实施方式。此外，当建筑能耗引入其他方式进行交互时，如碳交易市场方式，可全面提高能耗的节能潜力，有效降低城市碳排放，为城市实现低碳节能目标提供有效帮助。

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【8】王彪.建筑能耗监测对既有建筑节能的研究。

【9】安科瑞建筑能耗分析系统。

审核编辑 黄宇