公共建筑用电能耗分项计量方法研究
2021-07-08杨建华董慧芳杨胜安
杨建华，董慧芳，杨胜安
（山东省建筑设计研究院有限公司）
1 引言
随着公共建筑节能工程的不断建设，建筑节能中的能耗数据分类计量显得尤为重要[1]。在实践中发现，各地的分类计量工作存在分类定义不统一、直接计量难度高等一些问题。基于此，针对公共建筑用电能耗分项计量问题进行研究，可利用优化能耗拆分算法对能耗进行拆分，间接计量能耗。
2 用电能耗分项模型
统一性是公共建筑用电能耗分项模型建立的最重要原则，即所有建筑均采用相同的标准。除统一性外，功能性、通用性、适用性也是公共建筑用电能耗分项模型的建立原则[2]，功能性是指模型中每个分项的划分是以终端用途为原则的；通用性是指建筑能耗分项模型中包含的各种设备种类，即不同的设备种类都能找到对应的模型；适用性是指模型中按照功能尽可能细分各类设备，但要确保与通用性之间不能互相矛盾。
分项能耗是对同类能耗按照不同用途进行采集和统计的分析。依据相关技术规范规定，建筑能源中，电量的计量分为四个分项。
2.1 照明插座用电
可根据实际情况选子项，如：
①照明和插座用电；
②走廊和应急照明用电；
③室外景观照明用电。
2.2 空调用电
空调用电是为建筑物提供空调、采暖服务的设备用电的统称。分为冷热源用电和空调末端用电[5]。
2.3 动力用电
动力用电是除空调、采暖设备外，提供各种动力设备用电的总称。分为电梯用电、水泵用电、通风用电及电热水器用电。
2.4 特殊用电
特殊用电指除了照明插座、空调等建筑物常规功能之外的耗电量，如餐厅厨房、健身房或者其他特殊用电。公共建筑能耗分类、分项计量模型如图1所示。
图1 公共建筑能耗分类、分项计量模型
3 用电分项计量设计原则
3.1 计量回路选择原则
①总用电直接计量，且根据变压器数量决定三相表和多功能表的安装数量，假如变压器数量为n,多功能表数量为m，三相表数量为g，则有：若n=2，则m=2，g=2；若n＞2，则m=2，g=n-2。
②对于2.1中提到的4大分项用电，可采用直接计量加间接计量的方式，直接计量的分项有空调、动力和特殊用电，即此三项均安装电表，照明插座用电无需加表，间接计量即可。
③在多个分项中，若其中某一个分项的回路很多，可将该分项作为间接计量，其余直接计量。
3.2 混合回路归属原则
当出现包含两项或两项以上用电设备的回路，其归属性质应根据运行时间和设备额定功率确定，主归属性质应为全年运行的设备。假如设备运行时间一样，按照额定功率的大小区分设备性质，若设备间歇运行，则比较计算功率。
4 用电分项计量方法
4.1 计量装置
公共建筑用电计量装置应满足以下几点要求[3]：首先，电能表的精确度等级应不低于1.0级，并支持数据远传；其次，采用标准串行电气接口；再次，可以监测有功功率或电流；最后，配用电流互感器的精度等级应不低于0.5级。
4.2 数据采集器
数据采集器是能够对各类用能计量表具进行实时数据采集，并能与本地系统主机（或远程数据中心）自动交换数据的自动化设备[4]。其功率应不小于10W，平均无故障时间应不小于3×104h，应使用低功耗嵌入式系统，并符合相关电磁兼容性能指标，具有数据采集、数据处理、数据存储及数据远传功能。
4.3 最优化能耗拆分算法
选择合理的计量装置和数据采集器是公共建筑用电能耗分项计量应用中的基础。建筑能耗监测的重点和难点是拆分混合支路中的不同类型用电设备。一般有直接计量和间接计量两种方法。直接计量方法就是多装计量表，但实际工程中不可能将所有类型的用电设备都装上电表，这样做不仅浪费资源，也会大大提高施工难度[5]。间接计量方法是利用能耗拆分技术将能耗拆分计算，节省电表资源的同时，分项能耗数据值也能较准确。
论文主要研究最优化能耗拆分算法以及对应的误差分析。
4.4 基于最优化能耗拆分算法的能耗拆分
最优化拆分算法的求解思路如下：
转化为数学用语：
已知，Y为支路末端电能耗为第i个末端电耗预估计值，si为预估计不确定度，根据Y、si值复估计每个末端电能耗，得到的复估计不确定度值为ui。
最终能耗拆分结果由以下2部分构成：
不确定度
最优化拆分算法与其他算法相比，优点在于：
①物理意义强，各末端能耗的预测值通过现有知识和数据库就能得到；
②保证支路能耗等于各末端能耗之和；
③由公式2、3可知，能耗拆分结果公式简单，便于快速大量计算。
5 结语
本文研究了公共建筑用电的能耗分项计量方法，首先对公共建筑能耗分类、分项计量模型进行了分析；其次，分析了用电分项计量设计原则，提出因地制宜地采用直接计量和间接计量、间接计量优先的观点；最后，分析了用电分项计量方法，利用最优化能耗拆分算法进行能耗拆分，得到最优化拆分算法下的能耗拆分数学模型，该模型不仅能实现快速大量计算，且物理意义强，为公共建筑能耗的间接计量提供了方法。
