大型商業(yè)建筑能耗數(shù)據(jù)分析及節(jié)能管理應用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在在國家構建低碳社會的戰(zhàn)略背景下，建筑節(jié)能也越來越被重視。能耗數(shù)據(jù)是建筑能源管理的核心基礎。通過對8個同類型商業(yè)項目的電耗實際數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析研究，根據(jù)各項目的實際運營情況，提供節(jié)能降耗改進建議，優(yōu)化運行提升能效。

關鍵詞:能源管理；數(shù)據(jù)分析；節(jié)能降耗

0引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進程不斷加快，能源的使用量也出現(xiàn)快速上漲的趨勢。而建筑能耗、工業(yè)能耗和交通運輸能耗是我國能源消耗的三大主力，其中建筑能耗大約占據(jù)了總能耗的30%。

黨的十八大提出了建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的目標，在這樣的背景下，尋找新的建筑能源管理方法和技術，對建筑耗能設備進行整體管理優(yōu)化是當前節(jié)能工作的趨勢所在。當前，我國信息科技的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術成為國家各產(chǎn)業(yè)結構轉(zhuǎn)型改革的切入點和帶動者，基于互聯(lián)技術發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)研究逐漸成為各領域關注的焦點。物聯(lián)網(wǎng)技術是信息科技技術非常重要的部分，利用物聯(lián)網(wǎng)技術進行建筑能源管理平臺的研究，結合物聯(lián)網(wǎng)技術對建筑耗能設備的能源數(shù)據(jù)進行實時采集和管理，可以更加有效的實現(xiàn)建筑能源精細化管理，為大型公共建筑節(jié)能減排提供技術支撐。

1商業(yè)建筑的能耗現(xiàn)狀與評價標準

1.1公共建筑節(jié)能降耗背景

目前，我國已成為世界大能源生產(chǎn)國和大能源消費國。在國民經(jīng)濟快速增長拉動下，我國的能源需求增長較快，能源緊張已成為制約經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的重要問題。

２０２１年１０月２６日，國務院發(fā)布《２０３０年前碳達峰行動方案》，該方案提出，到２０３０年，非化石能源消費比重達到約２５％，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值ＣＯ２排放比２００５年下降６５％以上，順利實現(xiàn)２０３０年前碳達峰目標，重點提出了構建綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系、提升能源利用效率、提高非化石能源消費比重、降低ＣＯ２排放水平、提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力等方面主要目標。

首先要在經(jīng)濟增長和能源需求增加的同時，持續(xù)削減煤炭發(fā)電、大力發(fā)展和運用風電、太陽

能發(fā)電、水電、核電等非化石能源，實現(xiàn)清潔能源代替火力發(fā)電。

其次加快產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型、促進服務業(yè)發(fā)展、強化節(jié)能管理、加強重點領域節(jié)能減排、優(yōu)化能

源消費結構、開展各領域低碳試點和行動。

1.2商業(yè)建筑能耗現(xiàn)狀

建筑能耗因建筑所處的不同氣候區(qū)而異，不同氣候區(qū)建筑能源消耗差異大。ＧＢ／Ｔ５１１６１—２０１６《民用建筑能耗標準》中制定了針對商業(yè)建筑的能耗指標。商業(yè)建筑非供暖能耗指標的約束值和引導值如表１所示，可以看到夏熱冬冷地區(qū)的指標*高，其次為夏熱冬暖地區(qū)，而溫和地區(qū)及嚴寒和寒冷地區(qū)的指標*低。

為推進國家雙碳戰(zhàn)略的實施與落地，住房與城鄉(xiāng)建設部新發(fā)布了ＧＢ５５０１５—２０２１《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》，商業(yè)建筑供暖供冷與照明能耗指標如表２所示。要求新建建筑節(jié)能設計水平進一步提升，暖通空調(diào)系統(tǒng)效率和電氣照明等要求全面提升。

在建筑能耗中能源的類別通常可分為電力、燃氣、水、蒸汽、冷熱量等。上海地區(qū)典型商業(yè)建筑能耗構成如圖１所示，商業(yè)建筑能耗在實際應用中，電耗占主要部分。

電耗數(shù)據(jù)在結構上分為四大項，分別為照明和插座、空調(diào)、動力、其他。上海地區(qū)分項能耗強度指標如圖２所示，根據(jù)數(shù)據(jù)分類匯總結果，可以看到：照明與插座分項占比*大，空調(diào)分項次之。空調(diào)與照明與插座之和在總建筑電耗中占比超７０％。

表１商業(yè)建筑非供暖能耗指標的約束值和引導值

表２商業(yè)建筑供暖供冷與照明能耗指標

圖１上海地區(qū)典型商業(yè)建筑能耗構成

圖２上海地區(qū)分項能耗強度指標

1.3電耗的分析方法評價標準

公共建筑能耗狀態(tài)的查看以及能效管理分析都離不開運行數(shù)據(jù)的支撐，因此計量是能耗管理的核心前提條件。

然而電耗數(shù)據(jù)的分項分類，因?qū)嶋H系統(tǒng)的設計實施以及成本造價的限制，基本均處于較粗放的狀態(tài)。一般項目中，配電系統(tǒng)低壓出線柜通常都設有計量表。低壓柜之后的末端系統(tǒng)方面，通常也只有大型設備或有計費需求的負荷會設置計量表。照明用電尤為明顯。

項目實際的計量系統(tǒng)架構如圖３所示，根據(jù)電耗的計量方式，為了便于運營管理，將電耗數(shù)

據(jù)在結構上分為四大項，分別為商鋪用電、空調(diào)用電、公區(qū)照明用電、其他用電。

圖３項目計量系統(tǒng)架構

同時，規(guī)定了以下名詞及計算方法，用于項目能耗數(shù)據(jù)的具體評價：

（1）公區(qū)總用電量＝空調(diào)設備總用電量＋公區(qū)照明總用電量＋其他用電量，（單位：度）。

（2）空調(diào)設備用電總電量＝空調(diào)主機用電量＋空調(diào)水泵用電量＋空調(diào)末端用電量，（單位：度）。

（3）月度單位面積耗電量＝月度街區(qū)總用電量費用÷項目總面積，（單位：ｋＷｈ·ｍ－２）。

（4）月度單位面積耗電量（不含車庫）＝（月度街區(qū)總用電量費用－月車庫總用電量）÷項目總面積，（單位：ｋＷｈ·ｍ－２）。

（3）、（4）兩項指標用于評價項目整體運營管理是否節(jié)能。

（5）年度單位面積耗電量＝年度街區(qū)總用電量÷項目總面積，（單位：ｋＷｈ·ｍ－２）。該指標用于評價項目運營管理整體是否節(jié)能、

達到國家標準。舊規(guī)約束值為２００ｋＷｈ·ｍ－２，引導值為１７０ｋＷｈ·ｍ

－２，新規(guī)為１０６ｋＷｈ·ｍ－２。因此我們用該指標評價單個項目是否合格。該指標超過２００ｋＷｈ·ｍ－２的項目，評價為不合格。２００ｋＷｈ·ｍ－２以內(nèi)為合格。

（6）月度公區(qū)單位面積耗電量＝月度公區(qū)總電量÷項目總面積，（單位：ｋＷｈ·ｍ－２）。該指標用于評價商管運營管理中能源管理是否到位有效。

（7）月度公區(qū)單位面積耗電量（不含車庫）＝（月度公區(qū)單位面積耗電量－車庫總用電量）÷（建筑總面積－車庫面積），（單位：ｋＷｈ·ｍ－２）。對于設有車庫的項目，因車庫面積大，用電量小，容易稀釋電耗指標，同時車庫用電同照明用電規(guī)律相似，并且穩(wěn)定，不隨季節(jié)變化，僅同運營管理有關。因此采用這種排除車庫用電的方式進行計算。該指標用于評價商管運營管理中能源管理是否到位有效（含車庫的項目用該指標同其他項目的月度公區(qū)單位面積耗電量指標進行排名）。

（8）月度單位面積空調(diào)耗電量＝月度空調(diào)總用電量÷空調(diào)面積，（單位：ｋＷｈ·ｍ－２）。

該指標用于評價空調(diào)系統(tǒng)運營管理是否節(jié)能。

2地下商業(yè)項目能耗分析

2.1地下商業(yè)項目介紹

此次進行能耗統(tǒng)計的商業(yè)項目共計８個，主要分布在中國湖南省和湖北省，分別地處新邵、谷城、孝感、臨澧、新化、張家界、隆回、鳳凰等地。整體氣候為夏熱冬冷氣候，氣候溫和、雨量充沛、

四季分明。季節(jié)時段劃分基本如下：夏季為５月至１０月；冬季為１２月至下一年２月；過渡季為３月至４月，１０月至１１月。

各項目開業(yè)至今的年限為１～５ａ不等。主要業(yè)態(tài)為零售，其次為餐飲。營業(yè)時間為早９∶００至晚２１∶３０。

所有項目均為地下商業(yè)街項目。建筑面積在１５０００～５００００ｍ２不等?？照{(diào)系統(tǒng)分為兩種

形式，其中新邵、孝感、臨澧、張家界、隆回為典型的中央空調(diào)系統(tǒng)，主機采用冷水機組＋冷卻塔的制冷方式，冬季除新邵采用電鍋爐制熱外，其余項目采用風冷熱泵制熱。谷城、新化、鳳凰因項目地上用地限制問題，采用風冷熱泵制冷制熱。各項目空調(diào)末端為空調(diào)柜結合新風的系統(tǒng)形式。空調(diào)箱設回風口和送風口。因項目業(yè)態(tài)分布不同，動力設備系統(tǒng)形式不同，電量指標有明顯的差異。各項目變壓指標在１００～１８０ＶＡ·ｍ－２。

2.2典型項目能耗分析

新邵項目總建筑面積為１８５２７ｍ２。其中公共區(qū)域６０４６ｍ２（包含４０００ｍ２車庫），普通店鋪面積為１２４８１ｍ２。項目業(yè)態(tài)為零售，無餐飲業(yè)

態(tài)。變壓器指標為１３５ＶＡ·ｍ－２。空調(diào)主系統(tǒng)為兩臺制冷量為１０４５ｋＷ的冷水機組，兩臺電鍋爐滿足全年的制冷及制熱需求。冷指標為１１２．８ｋＷ。

新邵項目２０２０年１～１２月總耗電量２０９８０５８ｋＷｈ。２０２１年１～１０月總耗電量１５６１４２８ｋＷｈ。其中２０２０年２、３月份為疫情期，約６０ｄ街區(qū)為停業(yè)狀態(tài)。

新邵項目年度用電量曲線圖如圖４所示，可以對比看出２０２０年曲線呈雙峰狀態(tài)，整體規(guī)律同季節(jié)性的氣溫變化一致。２０２１年的曲線呈雙峰狀態(tài)，制冷季耗電量低于２０２０年。

新邵項目２０２１年１～１０月的能耗運營情況如圖５所示。公區(qū)照明及其他設備用電量全年區(qū)域穩(wěn)定。商鋪用電量總值較大，但全年變化率較小，基本趨于穩(wěn)定。空調(diào)用電隨季節(jié)變化而變化。項目總用電量走勢基本同空調(diào)設備總用電量走勢一致。

可以看出暖通空調(diào)的能耗隨季節(jié)的浮動較大。３、４、５月為過渡季，６、７、８月份，季節(jié)趨暖，不如炎熱的夏季，需打開制冷設備達到降溫的效果。

圖６、圖７、圖８分別顯示了２０２１年新邵項目冬季１月份、過渡季５月、夏季８月的能耗情況?？梢钥闯鲈诠珔^(qū)照明與其他設備總體趨于穩(wěn)定的情況下，暖通空調(diào)的能耗全年隨季節(jié)的浮動較大。夏季*高占比可達４７％。

圖４新邵項目年度用電量曲線圖

圖５新邵項目２０２１年１～１０月能耗運營情況

新邵項目空調(diào)設備用電總電量如圖９所示。２０２０年和２０２１年空調(diào)設備用電所占比重為２７．３％和３０％，是節(jié)能降耗優(yōu)化的重點?？照{(diào)設備用電量２０２１年優(yōu)于２０２０年，其中

圖６２０２１年新邵項目冬季１月能耗情況

圖７２０２１年新邵項目過渡季５月能耗情況

圖８２０２１年新邵項目夏季８月能耗情況

圖９新邵項目空調(diào)設備用電總電量

２０２０年２～３月因疫情原因，街區(qū)停業(yè)，故而２０２１年空調(diào)用電量高于２０２０年。冬季１月制熱季空調(diào)能耗處于較高位置，原因在于該項目制熱方案采用的是電鍋爐，ＣＯＰ值低，耗能大。

經(jīng)查項目所在地區(qū)室外氣象溫度，１月１日～３月３日期間室外*低溫度（約凌晨３點）高于５℃的天氣共計４７ｄ，可以節(jié)能運行進行優(yōu)化。同時，５月１９日～１０月８日期間室外*高溫度（約午后２點）低于２０℃的天氣共計７ｄ，可以節(jié)能運行進行優(yōu)化。新邵項目空調(diào)主機運行天數(shù)統(tǒng)計圖如圖１０所示。新邵項目月度單位面積耗電量如圖１１所示，

圖１０新邵項目空調(diào)主機運行天數(shù)統(tǒng)計圖

圖１１新邵項目月度單位面積耗電量

２０２０年新邵項目年度單位面積耗電量為１１３．２４ｋＷｈ／ｍ２（注：２０２０年２、３月份為疫情期停業(yè)狀態(tài)），２０２１年項目１～１０月年度單位面積耗電量為８４．２８ｋＷｈ／ｍ２。２０２１年能耗指標整體來看有所下降。

２０２０年及２０２１項目月度公區(qū)單位面積耗電量（不含車庫）如圖１２所示。

圖１２新邵項目月度公區(qū)單位面積耗電量（不含車庫）

新邵項目２０２１年在能耗指標上有所減低。項目物業(yè)管理降低了部分公區(qū)照明能耗，調(diào)整了照明燈具及回路，加強了空調(diào)設備的運行時間管控和設備運維，有效地降低了能耗。

結合實際運營過程，新邵項目仍有一定的節(jié)能降耗空間。如冬季期間室外*低氣溫高于５℃時，可關閉鍋爐。結合街區(qū)內(nèi)人員、燈光等散熱，街區(qū)內(nèi)溫度基本可達到１６～１８℃的要求，故可以減少鍋爐運行天數(shù)。夏季室外*高溫度低于２０℃時，此段日期氣溫較低，通過全新風模式，可減少空調(diào)主機開啟時間以達到節(jié)能運行的目標。同時，街區(qū)關閉前１～２ｈ可關閉鍋爐和空調(diào)主機，依靠空調(diào)水系統(tǒng)內(nèi)的冷水和熱水來持續(xù)供暖、供冷。

2.3綜合對比分析

根據(jù)查詢２０２１年８個項目的所在地的氣溫數(shù)據(jù)得知，８個項目整體溫度曲線走勢一致，屬同一氣候區(qū)域。孝感、谷城地處湖北省，緯度更高，夏季平均高溫溫度低于其他項目。

８個項目的月度單位面積耗電量情況如圖１３所示。從單個月份來看，鳳凰項目每月用電量指標*高，谷城次之。隆回、孝感、新化三個項目位列第二檔。新邵、張家界、臨澧三個項目月度單位面積能耗較少。

８個項目２０２１年平均月度單位面積耗電量見圖１４，可以量化的看到鳳凰、谷城、新化、孝感、隆回的平均單位指標較高。*高的鳳凰平均月度單位面積耗電量為２１．４２ｋＷｈ·ｍ－２，是*低的新邵８．４３ｋＷｈ·ｍ－２近３倍。

圖１３８個項目月度單位面積耗電量情況

圖１４８個項目２０２１年平均月度單位面積

耗電量柱狀圖（１～１０月）

圖１５８個項目２０２１年年度單位面積耗電量（１～１０月）

８個項目２０２１年在年度單位面積耗電量方面如圖１５所示，僅１～１０月鳳凰項目能耗指標已經(jīng)超過２００ｋＷｈ·ｍ－２能耗*高，項目運營管理方面需提高。谷城項目能耗指標非常接近２００ｋＷｈ·ｍ－２，需加強節(jié)能管理。隆回、孝感、新化三個項目能耗指標均超出１７０ｋＷｈ·ｍ－２，屬第二梯隊，需進一步提高節(jié)能管理。新邵、張家界、臨澧項目的數(shù)據(jù)優(yōu)于１０６ｋＷｈ·ｍ－２的標準，項目能耗處于較低水平。為了更客觀地評價各項目能耗水平，有效地評價項目運營管理水平，減掉商鋪業(yè)主自己控制管理承擔的電量———商鋪用電。同時將耗電量低，占地面積大，用電穩(wěn)定的車庫用電過濾掉。具體計算方式如下。公區(qū)總用電量＝街區(qū)總用電量費用－商戶總用電量費用，（單位：ｋＷｈ）。月度公區(qū)單位面積耗電量（不含車庫）＝（月度公區(qū)單位面積耗電量－車庫總用電量）÷（建筑總面積－車庫面積），（單位：ｋＷｈ·ｍ－２）。再計算８個項目２０２１年平均月度單位面積耗電量，結果如圖１６所示，其中張家界、隆回、新邵項目不包含車庫用電?？梢钥吹进P凰依然是*高的，其次為谷城、隆回。新化和孝感在過濾了車庫用電和商鋪用電后，展現(xiàn)了真實的公區(qū)能耗水平。臨澧成為耗電量*低的項目。

圖１６８個項目２０２１年單位面積耗電量

空調(diào)耗電量方面，張家界項目因空調(diào)計量問題不納入統(tǒng)計。７個項目２０２１年夏季和冬季的

單位面積空調(diào)耗電量分別如圖１７、圖１８所示。從月度單位面積空調(diào)系統(tǒng)用電量指標可以看出，

夏季以冷水機組為主制冷的項目（新邵、臨澧、孝感等），其指標均小于以風冷熱泵為主制冷的項

目（新化、谷城）。風冷熱泵與冷水機組相比，ＣＯＰ值普遍低３０～５０％，故而設備運行能耗節(jié)省約４０％。

圖１７７個項目２０２１年夏季單位面積空調(diào)耗電量

圖１８７個項目２０２１年冬季單位面積空調(diào)耗電量

因此空調(diào)系統(tǒng)冷源方式選擇方面，冷水機組與冷卻塔結合的方式，節(jié)能效果優(yōu)于風冷熱泵，后續(xù)項目中應優(yōu)先選用冷水機組；如當?shù)仨椖坑械厣嫌玫鼐o張的問題，也可選用地源熱泵或水源熱泵的方式。

空調(diào)系統(tǒng)相近的情況下，指標仍有很大的不同，這取決于機電基礎建設情況，以及實際運維和運行策略。

如臨澧項目，其冬季幾乎不使用空調(diào)系統(tǒng)，僅開啟新風系統(tǒng)即可滿足日常需求。而鳳凰項目因包含了酒吧業(yè)態(tài)，營業(yè)時間較長，空調(diào)冬季使用的時間要多于同系統(tǒng)的谷城和新化項目。因此控制好空調(diào)系統(tǒng)每天的運行時間可以有效地較低能耗。

良好的機電基礎建設以及后期運維，也影響這機電系統(tǒng)使用效率。如隆回項目，其空調(diào)回風口過濾網(wǎng)經(jīng)檢查已被空氣中的污垢堵塞，物業(yè)未

能及時清洗，使得空調(diào)出風量減小，空調(diào)系統(tǒng)無法滿足正常需求。而營業(yè)時，仍通過不斷調(diào)低空調(diào)主機出水溫度以達到降低室溫的目的，導致能耗增加。

審核編輯 黃宇