基于天房大厦的能耗智慧监测平台构建研究

王丹　孙园岚

摘要：以天房发展大厦作为研究对象，为天津地区办公类型公共建筑的能耗监测平台搭建提供参考依据。

关键词：能耗监测；能耗模拟；信息通讯

中图分类号：TU111.195文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）13-190-02

前言

自2007年天津市作为推行建筑能耗监测体系建设的试点城市以来，大型公共建筑能耗监测平台的建设方面有了巨大的发展。但是建筑能耗监测平台在“技术”和“管理”方面仍存在诸多的问题，不能真实反映建筑能耗的真实状态。

天房发展大厦总建筑面积5.19万m²，属于商业办公建筑。已获得绿色三星建筑设计标识认证。本文以天房发展大厦作为研究对象，提出符合天房大厦自身特点的能耗监测平台设计指导原则，并为天津地区办公类型建筑能耗监测平台设计提供参考依据。

1.主要目标及内容

采用BIM建模、能耗模拟分析技术等技术手段，对建筑围护结构热工性能、影响建筑能耗的主要系统范围和特性进行定性定量分析，从而确定可以采取的节能措施以及主要能耗监测内容。

1.1围护结构热工性能分析

通过BIM技术、模拟能耗分析软件对围护结构热工性能进行全面的分析，得到本建筑基准能耗及主要耗能系统的组成情况。分析结论如下：（1）经模拟计算天房大厦基础能耗为261.7万kWh/a。（2）通过优化运行策略可有效降低机电系统运行能耗10%以上。

1.2用能设备特性分析

对建筑主要能耗系统进行定性定量的能耗分析，寻找影响能耗的敏感性因素，分析对象包括暖通空调系统、照明及插座系统、电梯系统和生活热水系统。

1.2.1暖通空调系统

以市政热网作为热源，经换热后提供55/45℃空调热水，以螺杆机组作为冷源，其中2台水冷螺杆机为一至十五层提供6/13°C冷水，1台高温螺杆机为十六至十八层提供16/21°C冷水。空调末端形式：首层至二层为风机盘管+新风系统，；三至十一层、十三至十五层的外区采用风机盘管、内区采用变风量全空气系统：十六至十八层采用干式风机盘管+溶液新风机。模拟分析结果：空调系统全年总能耗约为124.6万kWh，占建筑总能耗的48%。监测内容：（1）制冷站、换热站：水温度、流量、压力、冷热量；（2）螺杆机用电量、运行时间、故障信息：（3）水泵用电量、运行频率、故障状态；（4）空调机组、新风机组用电量、运行频率、空气温度、湿度、压力：（5）变风量末端用电量、风量、运行状态：（6）风机盘管用电量、运行时间：（7）室内空气温湿度、CO₂、PM2.5。

1.2.2照明及插座系统

工程采用高效节能灯具（三基色T5/T8荧光灯、LED光源）。楼梯间采用节能自熄灯具，公共区域采用定时智能照明控制系统，办公区域设置红外感应控制设备自动开闭，兼顾照度及节能。建筑物内分别设置照明配电箱和插座配电箱用于分项计量。模拟分析结果：照明插座系统全年总能耗约为71.4万kWh，占建筑总能耗的27%。建议监测对象：（1）照明回路电量监测：（2）插座回路电量监测：（3）关键房间室内照度监测：（4）主要照明回路开关状态。

1.2.3电梯系统

本工程共设置8台客梯和2台消防&货梯，根据电梯性能参数及能耗公式可以得出本项目电梯全年能耗预测数值为：7.8万kWh，占建筑总能耗的3%。建议监测对象：（1）每部电梯配电箱内均设置带有远程功能的电能计量表：（2）通过总线通讯的方式，读取每部电梯的相关运行参数。

1.2.4生活热水系统

本项目包括出租区域和自用办公区域。对出租区域部分设置分散式热水系统形式。对自用办公部分，采用太阳能热水系统供应生活热水，辅助热源选用燃气热水机组。建议监测对象：括室外温度、与集热器安装倾角相同的采光面上的太阳辐照量、集热系统进出口温度、集热系统循环流量、燃气热水机组提供的热量、冷水温度、容积式换热器的供水温度、12层至18层的生活热水消耗量。

1.2.5用能设备特性小结

（1）暖通空调系统能耗占全建筑能耗的48%以上；照明系统占27%：插座用电占18%，电梯动力占3%以上，因此上述系统是能耗监测系统关注的重点对象；（2）生活热水系统能耗占全部能耗比例较小（<5%），但是直接影响用户的使用感受，因此也是能耗监测系统关注的重点对象。

2.构建智慧能耗监测平台

依据用能设备特性分析的结论，结合当前主流能耗监测平台的发展状况，提出适应天房大厦的能耗监测平台设计思路。

2.1建立能耗检测平台的必要性

根据《公共建筑节能设计标准》GB50189、《天津市公共建筑节能设计标准》DB29-216、《天津市民用建筑能耗监测平台设计标准》DB29-216的要求，本项目作为建筑面积大于20000m²的公共建筑，应设置能耗监测系统。

2.2能耗监测平台发展状况

国内能耗监测平台的发展经历了三个主要阶段。从90年代开始建立能耗监测的相关法规标准，主要通过人工抄表的方式对关键能耗数据进行记录。2000年开始初步实现了对关键能耗数据的自动采集、存储和分析。2015年国家和地方对能耗监测平台制定了新的标准和规范。通过物联网、大数据等信息技术实现了能耗监测平台与公共建筑管理系统真正的融合。

2.3天房大厦能耗监测平台基本要求

2.3.1关于能耗监测点的基本要求。

（1）遵循国家及地方相关法规的要求：满足检测精度、响应速度、信号稳定性等方面的要求：

（2）监测数据应通过专用信号线缆传送给能耗监测平台：采用屏蔽线缆、光纤等传输介质；按照不同系统分别设置：给排水、暖通空调、电气、围护结构；

（3）与能耗有密切关系的环境参数应纳入监测范围：温度、湿度、压力、流量、CO₂、CO等等；

（4）主要机电设备除能耗之外的其它关键运行数据应纳入监测范围。

2.3.2关于数据传输系统的要求为防治电磁干扰产生的数据偏差，能耗计量装置与系统主机设备采用屏蔽通讯线缆或光纤通讯方式，对于局部布线困难的区域可以考虑采用无线通讯方式。

监测平台应支持多种主流通讯协议。监测平台与计量装置之间的通讯协议应符合《多功能电能表通信规约》DL/T645和《用户计量仪表数据传输技术条件》cJ/Tl88的有关规定。

2.3.3关于系统主机设备（硬件）的要求：

能耗监测主机应设置在BAS监控机房内，机房应符合《智能建筑设计标准》GB/T50314的相关规定。能耗监测平台主机设备应配置专用的服务器：UPS电源和系统管理软件。为保障监测数据的安全，应采用冗余和备份措施，数据保存时间不应少于3年。能耗监测平台主机应预留与上一数据中心的网络通讯接口，当采用公共通讯网络时还应设置防火墙，杀毒软件等网络安全措施。

2.3.4关于管理软件基本功能的要求：

（1）自动监测系统通讯状态；（2）静态手工录入、数据采集时间可调整：（3）数据自动记录、存储、备份：（4）自动生成可视化图表和报告；（5）用户权限、系统日志、报警信息；（6）数据分析、趋势预测、策略制定；（7）具备服务器操作系统开发商的软件适用认证报告

3.基于能耗监测平台的运营管理：

依据用能设备特定分析的结论，结合能耗监测平台的主要功能，运营管理的内容如下：

（1）机电系统优化运行策略制定。基于分建筑各主要耗能系统的运行特性和能耗趋势，制定有针对性的优化运行策略。在保障人员、机电设备安全和内部环境舒适性的前提下，提高机电系统运行效率，并降低运行运费：

（2）设置能源账单。将建筑能耗细分为各种能源账单，为用户的能源管理提供直观有效的依据；

（3）建立专家委员会。由用户方、物业管理单位、设计院、主要机电设备供货商、承建商等组成专家委员会，定期对能耗运行数据进行评估，提出能源优化管理建议：

（4）交流展示平台。以各种可视化图表对外展示建筑各项能耗数据，体现本建筑在节能环保和绿色发展方面为社会做出的突出贡献

4.结语

能耗监测平台的设置要求对建筑能耗特性做全面的分析。通过BIM和能耗模拟技术获得建筑能耗的基准数值和个主要耗能系统的范围和特性。针对每个耗能系统的特性进行逐项分析，从而确定可以采取的节能措施以及主要能耗监测内容。能耗监测平台应支持多种主流通讯协议；并应着重在能耗数据的分析、趋势预测和运行策略制定方面的功能。能耗监测平台宜纳入BAS系统中，成为管理系统的重要组成部分。在遵循国家、地方及行业相关标准的前提下，基于能耗分析结论搭建有针对性的能耗监测平台框架，并确定能耗监测系统的主要功能和系统组成形式。为用户提供最佳的系统配置方案。