建筑节能设备及系统设计的应用

建筑节能设备及系统设计的应用 徐 霜 上海安科瑞电气股份有限公司 嘉定 201801 1 概述 随着社会经济发展、人民生活水平不断提高，建筑能耗持续上升。其原因，一是建筑 面积增加，二是居民家用设备快速增长，建筑照明条件也愈益改善，三是人们对建筑热舒 适性要求越来越高，空调制冷面积不断扩大，时间也在延长，能源消耗随之增加。目前普 遍认为建筑节能是节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式，是缓解能源紧张、解决社 会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最有效措施之一。因此，采取建筑节能技术措施不 仅能改善室内热环境、减少空调耗能量，还能减少空调机排放的废热废气等改善大气环境， 且对削减用电高峰负荷意义重大。 为了贯彻国家有关能源规定和政策，提高设备和能源利用效率，提高建筑节能设计水 平，使建筑节能设计人员更好地掌握节能设计方法、熟悉节能设备选用。Acrel(安科瑞)公 司研发的 Acrel-5000 建筑能耗分析管理系统，可以通过 ACR 网络电力仪表、谐波表、导轨 式电能表，对商场、宾馆、学校、医院、银行、体育馆、政府机关等大型公建进行电能分 项计量和能耗分析管理。希望能对人们的建筑节能意识起到引导作用，为建筑设计人员提 供参考，使建筑与节能一体化设计，达到更好的节能效果。 在建筑节能设备设计应用中应大力利用可再生能源，如利用地下水作为空调系统的冷 却水和热源水，用制冷（热泵）从低品位热源中提取所需的冷（热）量为建筑供冷（热） ； 又如太阳能是清洁而且用之不尽的可再生能源，不仅可提供生活热水，还可进行光伏发电， 为建筑的照明系统提供光源。另外将太阳能应用于空调技术，可以有效降低由于使用常规 机械压缩制冷设备带来的大量电力消耗，从而减轻由于燃烧化石能源发电所带来的环境污 染。所以设计人员在建筑节能设计中，应该努力探索可再生能源与建筑的结合方式，构建 节约型社会。 2 基本知识 2.1 建筑能耗设备 建筑设备包括建筑电气、供暖、通风、空调、消防、给排水、楼宇自动化等。 建筑内的能耗设备主要包括空调、照明、热水供应设备等。南方地区空调系统和照明 系统的耗能在大多数的民用建筑能耗中占主要份额，空调系统的能耗更达到建筑能耗 40%60%，成为建筑节能的主要控制对象。 2.2 建筑设备节能设计应注意的问题 建筑的节能设计，必须依据当地具体的气候条件，首先保证室内热环境质量，同时， 还要提高采暖、通风、空调和照明系统的能源利用效率，以实现国家的节能目标、可持续 发展战略和能源发展战略。 1）合适、合理地降低设计参数 合适、合理的降低设计参数不是消极被动地以牺牲人类的舒适、健康为前提。空调的 设计参数，夏季空调温度可适当提高一点如 2526、冬季的供暖温度可适当低一点。 2）建筑设备规模要合理 建筑设备系统功率大小的选择应适当。如果功率选择过大，设备常部分负荷而非满负 荷运行，导致设备工作效率低下或闲置，造成不必要的浪费。如果功率选择过小，达 不到 满意的舒适度，势必要改造、改建，也是一种浪费。建筑物的供冷范围和外界热扰量基本 是固定的，出现变化的主要是人员热扰和设备热扰，因此选择空调系统时主要考虑这些因 素。同时，还应考虑随着社会经济的发展，新电气产品不断涌现，应注意在使用周期内所 留容量能够满足发展的需求。 3）建筑设备设计应综合考虑 建筑设备之间的热量有时起到节能作用，但是有时候则是冷热抵消。如夏季照明设备 所散发的能量将直接转化为房间热扰，消耗更多冷量。而冬天的照明设备所散发的热量将 增加室内温度，减少供热量。所以，在满足合理的照度下，宜采用光通量高的节能灯，并 能达到冬夏季节能要求的照明灯具。 4）建筑能源管理系统自动化 建筑能源管理系统（EMS，Building Automation System）是建立在建筑自动化系统 （BAS，Building Automatic System）的平台之上，是以节能和能源的有效利用为目标来 控制建筑设备的运行。它针对现代楼宇能源管理的需要，通过现场总线把大楼中的功率因 数、温度、流量等能耗数据采集到上位管理系统，将全楼的水、电力、燃料等的用量由计 算机集中处理，实现动态显示、报表生成。并根据这些数据实现系统的优化管理，最大限 度地提高能源的利用效率。BAS 系统造价相当于建筑物总投资的 0.51，年运行费用 节约率约为 10，一般 45 年可回收全部费用。 5）建筑物空调方式及设备的选择，应根据当地资源情况，充分考虑节能、环保、合理 等因素，通过经济技术性分析后确定。 3 Acrel-5000 建筑能耗分析管理系统 3.1 系统构成 能耗分析管理系统是指通过对国家机关办公建筑和大型公共建筑安装分类和分项能耗 计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现重点建筑能耗的在线监测和动态 分析功能的硬件系统和软件系统的统称。其中，分类能耗是指根据国家机关办公建筑和大 型公共建筑消耗的主要能源种类划分进行采集和整理的能耗数据，如：电、燃气、水等。 分项能耗是指根据各类能源的主要用途划分进行采集和整理的能耗数据，例如，电量分项 能耗应当包括：照明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电。 3.2 数据传输技术 建筑物能耗监测系统的自动计量装置所采集的能耗数据，通过 RS485 接口，并采用 TCPIP 通信协议自动并实时上传给数据中心，以保证数据得到有效的管理和支持高效率 的查询服务，同时数据传输采取一定的编码规则，实现数据组织、存储及交换的一致性。 3.3 数据中心 数据中心也就是数据库，接收并存储其管理区域内监测建筑的能耗数据，并对其进行 处理、分析、展示和发布。数据中心具备设置数据更新的时间间隔，访问历史数据，报警， 打印报表，实时与历史曲线，图表的绘制，并预留相应扩展功能。 3.4 系统结构 Acrel-5000 建筑能耗分析管理系统以计算机、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最优化的组网方 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了基础平台，它可以和检测设 备构成任意复杂的监控系统。开放性、网络化、单元化、组态化的采用面向对象的分层、 分级、分布式智能一体化结构。建立如下层次结构： 3.5 系统功能 Acrel-5000 建筑能耗分析管理系统的能耗数据采集方式包括人工采集方式和自动采集 方式。通过人工采集方式采集的数据包括建筑基本情况数据采集指标和其它不能通过自动 方式采集的能耗数据，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤气等能耗量。通过自动采集方 式采集的数据包括建筑分项能耗数据和分类能耗数据，由自动计量装置实时采集，通过自 动传输方式实时传输至数据中心。 3.6 大型公建或楼宇建筑的信息管理 系统提供标准的手工信息录入界面，可对各栋监控建筑的基本信息进行整理和录入， 并支持手工录入历史能耗数据的功能。 Acrel-5000 建筑能耗分析管理系统的数据库建立也完全依据 114 号文，根据建筑的使 用功能和用能特点，将国家机关办公建筑和大型公共建筑分为如下 8 类： 1、办公建筑 2、商场建筑 3、宾馆饭店建筑 4、文化教育建筑 5、医疗卫生建筑 6、体育建筑 7、综合建筑 8、其它建筑 3.6.1 能耗数据的实时监测 系统采集站定时采集各监控点的仪表参数并上传至本地建筑能耗分析管理系统数据库， 用户可于当地实时查询能耗监测情况。 3.6.2 建筑分类能耗分析 系统在完成数据处理与上传的同时，将建筑能耗进行分类分析，该部分功能符合 114 号文的定义，即将建筑能耗分类为如下六类： 1、耗电量 2、耗水量 3、耗气量（天然气量或者煤气量） 4、集中供热耗热量 5、集中供冷耗冷量 6、其他能源应用量（如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等） 3.6.3 电量分项能耗分析 照明插座用电：为建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电。主要包括照明 和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电。 空调用电：主要包括冷热站用电、空调末端用电。 动力用电：主要包括电梯用电、水泵用电、通风机用电。 特殊用电：主要包括信息中心、洗衣房、厨房餐厅、游泳池、健身房或者其他特殊用 电。 建筑总能耗为建筑各分类能耗（除水耗量外）所折算的标准煤量之和。 总用电量各变压器总表直接计量值 分类能耗量各分类能耗计量表的直接计量值 分项用电量各分项用电计量表的直接计量值 单位建筑面积用电量总用电量/总建筑面积 单位空调面积用电量总用电量/总空调面积 3.6.4 用能情况的同、环比分析 统计建筑或片区能耗的时用量、日用量和年用量，以曲线图、柱状图等不同方式显示， 支持报表输出。 3.6.5 建筑节能辅助诊断 系统可提取各能耗数据进行同、环对比分析，确立标杆值并对各监控点的能耗情况进 行能耗水平判定，对能耗改善提出一套完整的诊断流程，并给出能耗分析报告。 4 系统报价 建筑能耗分析软件(Acrel-5000) 单位：元(RMB) 大类 子项 解释 价格 服务器配置 登陆 注销登录与注销 退出 标配 日志管理 添加用户 用户权限控制日志与用户管理 用户密码更改 标配 建筑基本信息 建筑群基本信息 建筑建筑群关系建筑信息 数据中心基本信息 标配 监测仪表参数 监测仪表产品信息 电表基本信息支路及电表信息 支路设备 标配 BA 参数配置 BA 点配置 标配 信息配置向导 信息配置向导 标配 设备监控 设备实时能耗 标配 40000 BA 参数分析 建档设备运行记录 设备开关机时间统计 环境监控 建筑环境温度 标配 分项能耗统计 分项能耗比较分项能耗 环比同比分析 标配 原始数据查询数据处理 异常数据分析 标配 报表制作 简易报表 标配 用户手册 帮助 在线帮助 标配 支路能耗统计 支路能耗分时统计支路能耗 环比同比分析 选配 7000 报表制作 报表定制 选配 5000 气象数据 气象数据 度日数分析 选配 5000 契约限额申请 MD 值分析 月账单核对查询 支路电费查询 供电局 电价查询 选配 11000 最大累计产冷(热)量 平均制冷(热)量 选配 1000 冷水机组运行效率 COP 选配 2000 冷站能效比 空调系统能效比 选配 4000 冷冻站房制冷机组运行负荷率 冷冻站房冷却水泵运行负荷率 冷冻站房冷冻水泵运行负荷率 冷冻站房冷却塔运行负荷率 空调机组运行负荷率 选配 7500 冷冻站房制冷机组有效利用率 冷冻站房冷却水泵有效利用率 能耗指标 冷冻站房冷冻水泵有效利用率 选配 7500 冷冻站房冷却塔有效利用率 空调机组有效利用率 冷却水泵能量传输力 选配 2000 设备负载率 选配 3000 冷水机组能效比 选配 2000 冷冻水系统输送系数 冷却水系统输送系数 选配 2000 单位建筑面积能耗 单位空调面积能耗 选配 1000 注：1.本报价单监控软件价格为只针对本公司产品，涉及第三方产品的价格另议； 2.本报价为含税价，不含通讯电缆架设费用。 5 结束语 随着能源的日益紧张，节能降耗成为大型公共建筑智能化建设的必然选择，本文介绍 Acrel-5000能耗监测系统，不仅能监控供配电系统的运行状况，还能监测用水量、燃气等 其它能源的使用状况，并能根据采集到的能耗数据绘制出各种报表、分析曲线、图形等， 便于分析研