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大型公建分项计量系统在长房国际广场节能中的应用郏京武张皓赵建勋摘要：随着国家节能减排工作的推进，大型公建的分项计量系统日益为国人关注。本文在此背景下，介绍了长房国际广场分项计量系统的架构，及其在投入使用以后对商场在寻找能耗缺陷、提高运营管理水平方面的一些体会，供物业管理公司和相关技术人员参考。通过分项计量系统可反映商场冬季电锅炉和循环水泵运行与实际需求不匹配，空调机组送风量与实际需求不匹配等现象。同时，在观察设备夜间运行和待机能耗上它也发挥了巨大的作用。分项计量是发掘节能潜力的有效手段，具有推广意义。关键词：分项计量大型公共建筑节能改造能耗分析1.概述1.1分项计量的意义及其发展现状大型公共建筑由于面积大且使用了中央空调等大能耗机电设备，一直是我国建筑节能的重中之重，以北京市为例，大型公共建筑总面积不到北京市建筑总面积的10%，但其能耗（采暖除外）已超过总电耗的30%【1】。这类建筑普遍缺乏细致的用电计量，已有的数据无法满足能耗分析需求、无法及时准确的发现用能问题，当务之急便是对这类建筑建立用能分项计量和实时分析系统。而所谓分项计量系统是对大型公建中的各种类型和不同功能用途的用电项目，如：照明、空调、办公插座、餐饮、电梯、电开水器等分别安装计量装置。分项计量作为大型公共建筑实现节能的咽喉，国内一些重点院校已经在几十栋大型公共建筑实施取得了显著节能效果，并被大力推广。在2007年7月发布的民用建筑节能条例（草案）第三章第二十九条中，明确规定了在公共建筑的节能改造中要安装用电分项计量装置【2】。根据建筑物的实际情况，每座建筑划分出2050个不同性质的用电回路，即可较清楚的了解各个用电分系统的耗电状况。同时利用大型公建内现有的网络体系，通过专用设备实时采集各个电表的用能数据，并通过Internet传输到数据中心。远端客户可随时通过Internet访问数据中心，了解、分析相关参数，包括不同建筑之间相似系统和设备耗电情况的横向比对。通过对实时数据的分析不仅可以随时发现建筑中突然出现的用能问题，而且可以捕捉到人工难以察觉的能耗问题，从而提醒运营管理人员及时处理，改善用能效率。典型的能耗分项计量系统框架图如图1所示：图1 分项能耗获取与传输系统1.2长房国际广场分项计量情况和背景介绍长房国际广场（旧称天山商厦）座落于上海市地铁二号线娄山关路站出口处，96年建成并正式投入使用，地上6层，地下1层。总建筑面积2.5万m2，营业面积1.6万m2。2007年7月进行整体节能改造（包括增设能耗分项计量系统），08年1月竣工并重新开业。根据长房国际广场主要机电设备的配置、服务区域和供配电回路的情况，将耗能对象进行归类。其中，冷冻机、电锅炉、冷冻/冷却水泵和货梯为每台设备对应安装一块电表，整体机电设备分项计量如表1。表1：长房国际广场设备分项计量明细表监控对象电表数量监控对象电表数量冷冻机3商场照明10冷却、冷冻水泵8泛光照明2电锅炉3自动扶梯1变压器2排风机4空调箱10冷却塔风机1货梯1餐饮2合计47另外，在冷冻水供回水干管上还安装了1台冷量计。48块分项计量表具采用星型结构与6块数据转换网关相连，并将采集数据实时传输到数据采集中心。为了解室内环境参数，在每层营业区域安装了温湿度、二氧化碳传感器，并通过BA系统保存数据。2分项计量系统在长房国际广场中的具体应用通过08年初采暖季的实时数据和商厦以往空调系统的运行记录，发现如下问题：2.1分项计量系统在优化设备运行中的应用2.1.1电锅炉和循环水泵匹配情况从冷热源和空调水系统上考虑，商厦采用3台300KW的电锅炉作为冬季运行时的热源，配套4台冬夏季共用的循环水泵，单台功率均为45KW、扬程40m，流量320m3/h。通过分项计量系统发现，冬季典型日一般使用一台电锅炉和一台水泵，运行时间为早9点晚21点，对应的功率分别为280KW和44KW，典型日功耗数据如图2所示。图2：冬季典型日商厦电锅炉和循环水泵功耗数据图同时，根据对应日冷量计数据（如下表2所示），可以发现该天空调水流量平均值为313 m3/h和水泵额定流量基本一致。而对应电锅炉开机时间段内平均的进、出水温差仅为0.7度，远低于节能规范中推荐的不低于5度供回水温差的要求【3】。且回水水温多在4546度左右，整体的采暖需求水温都被抬高，供热量大于需求，若电锅炉可卸载节能效果会相当显著。追踪该信息查看现场，还发现3台电锅炉供回水阀门均为常开状态，当只有1台运行时其余2台有旁通损耗。表2：冬季典型日商厦冷（热）量计BA数据采集表9点10点11点12点13点14点15点水流量318.45313.48325.08326.02302.71300.09296.5送水温度39.4648.1446.2445.8145.9145.8745.96回水温度38.9346.8745.4945.0445.1545.1045.18温差0.531.270.750.770.760.770.7816点17点18点19点20点21点平均水流量308.12312.57316.57305.93321.7317.02312.63送水温度46.2445.9145.1846.0647.0345.2145.62回水温度45.5145.1344.9145.2846.2844.9944.91温差0.730.780.270.780.750.220.70分析，可以得到电锅炉冬季典型日的平均电热转换效率为：该电锅炉的平均铭牌产热效率为：其中，C水的比热；Q热水的体积流量；P电锅炉的功率；可见，电锅炉的效率本身正常，但整体效果差，关键在于水泵和电锅炉不匹配，且都选型偏大，而且还存在电锅炉的旁通。若以当日同样的热量，在5度的温差下进行换热，那么所需循环水流量Q(3200.7)/5=44.8m3/h即可满足。故除考虑电锅炉需卸载运行外，同时还可考虑把冬、夏季空调循环泵分开配置。选择流量合理，扬程又能够满足要求的热水泵或采用水泵变频等措施。同样的方法还可以应用到分析夏季：“冷水机组冷冻水泵冷却塔冷却水泵”相互之间的匹配运行上。2.1.2室内环境参数和空调机组匹配情况从空调风系统和用户侧上分析，长房国际广场14层采用全空气空调系统，所有8台空调机组均可变频，其空调机组配置按照下表3所示：表3：商厦现场及空调机组配置表机组位置风量(m3/h)机外静压（pa)额定功率（kW)制冷量（kW)服务面积（m2）层高（m）额定循环次数1层空调东4200050022366.712803.2510.10 1层空调西3200050018.5275.58403.2511.72 2层空调东5000055030399.117202.910.02 2层空调西3900050022355.510002.913.45 34层空调5000055030399.117112.910.08 商厦冬季典型日下午2点的实测数据，如下表4所示。1、2层的4台空调机组水阀开启，其余楼层水阀关闭即可满足舒适度要求。结合下图3能看出，4层东、西区室内温度相近，但东侧空调机组耗功率在24kW，西侧仅为8kW左右。而且，西侧空调机组送风量已经满足人体舒适要求的6次循环风量。故东侧空调机组耗能过大可进行效仿，变频到30Hz，使耗功率降为8kW。通过这点东侧空调机组可实现风机能耗降低67，这种现象在13层中也非常的普遍，节能潜力巨大。表4：商厦冬季典型日4层空调机组实际运行数据表设备所处位置电机运行频率(Hz)送风量(m3/h)运行功率（KW)空气循环次数实测室外温度(度)实测营业区温度(度)四层西303000086.13.223.3四层东46.446400249.423.2图3：冬季典型日商厦4层空调机组电耗数据图2.2分项计量系统在发掘设备夜间和待机能耗中的应用2.2.1夜间运行能耗由于没有实时记录手段，过去商厦的物业管理人员只能在现场获取变压器瞬时电度数。数据获取过程繁复，且得到的数据单一；特别到了夜晚，只有一两个人值守，各种能耗问题就更容易被忽略。采用了分项计量系统后，这种问题得到了很大程度的改善，物业管理人员在监控室就能直接查询各用电设备的耗电情况，就算当时错过也能通过历史数据查询，及早的分析并消除电耗隐患。比如：截取并分析商厦2月28日凌晨0点8点的耗电数据（长房国际广场的营业时间为上午10点晚22点），将有明显耗能问题的数据列于表5。表5：商厦2月28日凌晨0点8点耗电数据表3层西侧照明4层西侧空调1号冷机2号冷机3号冷机8小时耗电度数（KWH）5895.7886.4平均耗功率（KW）7.2511.9625110.8其中，3层西侧照明和4层西侧空调都是由于管理人员离场前未关所造成，两处晚间电耗超过160度。13号冷机虽然该晚耗电功率相对不是特别大，但持续时间长下节会详细分析。另外，其余有记录的零散电耗也有120余度。2.2.2待机能耗正如上节内容所述，冷水机组等大型设备在待机时依然会耗能，这在没有分项计量系统的情况下也很容易被物业人员所忽略。长房国际广场使用3台离心式冷水机组制冷，下图4为商场1冷水机组待机能耗截图。可以发现随着油温加热器等装置的不断起停，待机时一直都有能耗产生【4】。进行20余天连续观察后发现，3台冷水机组耗电量基本一致，平均待机功率都在0.94KW左右。结合商场以往10年的运行记录，冷机每年411月份开机，而且其中只有3个月是2台冷机同时开的，其余时间只开1台。如果，考虑冷机运行期间夜晚的待机是必要的，理想情况下，3台冷冻机每年不必要的待机能耗有：待机能耗0.943024（342513）16920（度）2.3分项计量系统的其它应用借助分项计量系统，细分各个时段的设备耗电、耗功率情况，还可以：1）、判断和发现冷热源是否存在旁通；2）、有助于整理得到各耗能设备分项用电定额；3）、观察和预测各部分的用能趋势，指导契约用电量的调整； 另外，分项计量系统中对部分机电设备进行功率因数的记录，还有助于发现这些设备和相关系统是否需要特别安装电容补偿、进行节能改造等提供依据。3小结长房国际广场通过安装和使用分项计量系统发现了不少能耗问题，涉及到一些设计和运营管理方面的不足，就冬季运行观察到的问题总结如下：1）、电锅炉功率不可调，很多时候产热过多，且循环水泵选型过大；2）、空调机组均采用变频风机，但变频方式还停留在人工调节，不能够和商厦内实际舒适情况相匹配；3）、商厦内空调机组和照明的启、停完全由人工控制，反应滞后且常会由于管理人员的原因而造成不必要的运行，特别是夜间；4）、冷水机组待机能耗日积月累，数量可观；5）、可以指导运营管理，降低物业人员的工作强度，提高技术人员的分析效率，并且有助于整理得到各能耗设备分项用电定额；6）、电锅炉有水流旁通的现象，降低了换热效果、浪费了水泵流量；分项计量的落实可以明确能耗在用能终端的分配情况，从而有利于加强管理，发现节能潜力所在，检验各项节能措施的效果等【5】。本文主要论述长房国际广场冬季使用分项计量系统的情况，实际上夏季和过渡季节都有巨大的节能潜力，需要管理人员运用科学的手段，进行长期而深入的分析。分项计量系统对于节能策略的制定、实施和检验，都具有重要的意义。它从一个方面体现了建筑节能管理水平的高低，是发掘节能潜力的有效手段，具有推广意义。参考文献【1】清华大学建筑节能研究中心,大型公建用电