探讨大型商业建筑能耗数据分析及节能管理应用

发布时间：2024-11-22

摘要：在在国家构建低碳社会的战略背景下，建筑节能也越来越被重视。能耗数据是建筑能源管理的核心基础。通过对8个同类型商业项目的电耗实际数据进行数据分析研究，根据各项目的实际运营情况，提供节能降耗改进建议，优化运行提升能效。

关键词:能源管理；数据分析；节能降耗

0引言

随着我国经济的快速发展，城市化进程不断加快，能源的使用量也出现快速上涨的趋势。而建筑能耗、工业能耗和交通运输能耗是我国能源消耗的三大主力，其中建筑能耗大约占据了总能耗的30%。

党的十八大提出了建设资源节约型和环境友好型社会的目标，在这样的背景下，寻找新的建筑能源管理方法和技术，对建筑耗能设备进行整体管理优化是当前节能工作的趋势所在。当前，我国信息科技的快速发展，互联网技术成为国家各产业结构转型改革的切入点和带动者，基于互联技术发展的物联网研究逐渐成为各领域关注的焦点。物联网技术是信息科技技术非常重要的部分，利用物联网技术进行建筑能源管理平台的研究，结合物联网技术对建筑耗能设备的能源数据进行实时采集和管理，可以更加有效的实现建筑能源精细化管理，为大型公共建筑节能减排提供技术支撑。

1商业建筑的能耗现状与评价标准

1.1公共建筑节能降耗背景

目前，我国已成为世界大能源生产国和大能源消费国。在国民经济快速增长拉动下，我国的能源需求增长较快，能源紧张已成为制约经济持续、稳定发展的重要问题。

2021年10月26日，国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》，该方案提出，到2030年，非化石能源消费比重达到约25％，单位国内生产总值CO2排放比2005年下降65％以上，顺利实现2030年前碳达峰目标，重点提出了构建绿色低碳循环发展经济体系、提升能源利用效率、提高非化石能源消费比重、降低CO2排放水平、提升生态系统碳汇能力等方面主要目标。

首先要在经济增长和能源需求增加的同时，持续削减煤炭发电、大力发展和运用风电、太阳

能发电、水电、核电等非化石能源，实现清洁能源代替火力发电。

其次加快产业低碳转型、促进服务业发展、强化节能管理、加强重点领域节能减排、优化能

源消费结构、开展各领域低碳试点和行动。

1.2商业建筑能耗现状

建筑能耗因建筑所处的不同气候区而异，不同气候区建筑能源消耗差异大。GB／T51161—2016《民用建筑能耗标准》中制定了针对商业建筑的能耗指标。商业建筑非供暖能耗指标的约束值和引导值如表1所示，可以看到夏热冬冷地区的指标*高，其次为夏热冬暖地区，而温和地区及严寒和寒冷地区的指标*低。

在建筑能耗中能源的类别通常可分为电力、燃气、水、蒸汽、冷热量等。上海地区典型商业建筑能耗构成如图1所示，商业建筑能耗在实际应用中，电耗占主要部分。

电耗数据在结构上分为四大项，分别为照明和插座、空调、动力、其他。上海地区分项能耗强度指标如图2所示，根据数据分类汇总结果，可以看到：照明与插座分项占比*大，空调分项次之。空调与照明与插座之和在总建筑电耗中占比超70％。

表1商业建筑非供暖能耗指标的约束值和引导值

表2商业建筑供暖供冷与照明能耗指标

图1上海地区典型商业建筑能耗构成

图2上海地区分项能耗强度指标

1.3电耗的分析方法评价标准

公共建筑能耗状态的查看以及能效管理分析都离不开运行数据的支撑，因此计量是能耗管理的核心前提条件。

项目实际的计量系统架构如图3所示，根据电耗的计量方式，为了便于运营管理，将电耗数

据在结构上分为四大项，分别为商铺用电、空调用电、公区照明用电、其他用电。

图3项目计量系统架构

同时，规定了以下名词及计算方法，用于项目能耗数据的具体评价：

（1）公区总用电量＝空调设备总用电量＋公区照明总用电量＋其他用电量，（单位：度）。

（2）空调设备用电总电量＝空调主机用电量＋空调水泵用电量＋空调末端用电量，（单位：度）。

（3）月度单位面积耗电量＝月度街区总用电量费用÷项目总面积，（单位：kWh·m－2）。

（4）月度单位面积耗电量（不含车库）＝（月度街区总用电量费用－月车库总用电量）÷项目总面积，（单位：kWh·m－2）。

（3）、（4）两项指标用于评价项目整体运营管理是否节能。

（5）年度单位面积耗电量＝年度街区总用电量÷项目总面积，（单位：kWh·m－2）。该指标用于评价项目运营管理整体是否节能、

达到国家标准。旧规约束值为200kWh·m－2，引导值为170kWh·m

－2，新规为106kWh·m－2。因此我们用该指标评价单个项目是否合格。该指标超过200kWh·m－2的项目，评价为不合格。200kWh·m－2以内为合格。

（6）月度公区单位面积耗电量＝月度公区总电量÷项目总面积，（单位：kWh·m－2）。该指标用于评价商管运营管理中能源管理是否到位有效。

（7）月度公区单位面积耗电量（不含车库）＝（月度公区单位面积耗电量－车库总用电量）÷（建筑总面积－车库面积），（单位：kWh·m－2）。对于设有车库的项目，因车库面积大，用电量小，容易稀释电耗指标，同时车库用电同照明用电规律相似，并且稳定，不随季节变化，仅同运营管理有关。因此采用这种排除车库用电的方式进行计算。该指标用于评价商管运营管理中能源管理是否到位有效（含车库的项目用该指标同其他项目的月度公区单位面积耗电量指标进行排名）。

（8）月度单位面积空调耗电量＝月度空调总用电量÷空调面积，（单位：kWh·m－2）。

该指标用于评价空调系统运营管理是否节能。

2地下商业项目能耗分析

2.1地下商业项目介绍

此次进行能耗统计的商业项目共计8个，主要分布在中国湖南省和湖北省，分别地处新邵、谷城、孝感、临澧、新化、张家界、隆回、凤凰等地。整体气候为夏热冬冷气候，气候温和、雨量充沛、

所有项目均为地下商业街项目。建筑面积在15000～50000m2不等。空调系统分为两种

形式，其中新邵、孝感、临澧、张家界、隆回为典型的中央空调系统，主机采用冷水机组＋冷却塔的制冷方式，冬季除新邵采用电锅炉制热外，其余项目采用风冷热泵制热。谷城、新化、凤凰因项目地上用地限制问题，采用风冷热泵制冷制热。各项目空调末端为空调柜结合新风的系统形式。空调箱设回风口和送风口。因项目业态分布不同，动力设备系统形式不同，电量指标有明显的差异。各项目变压指标在100～180VA·m－2。

2020年2～3月因疫情原因，街区停业，故而2021年空调用电量高于2020年。冬季1月制热季空调能耗处于较高位置，原因在于该项目制热方案采用的是电锅炉，COP值低，耗能大。

经查项目所在地区室外气象温度，1月1日～3月3日期间室外*低温度（约凌晨3点）高于5℃的天气共计47d，可以节能运行进行优化。同时，5月19日～10月8日期间室外*高温度（约午后2点）低于20℃的天气共计7d，可以节能运行进行优化。新邵项目空调主机运行天数统计图如图10所示。新邵项目月度单位面积耗电量如图11所示，

图10新邵项目空调主机运行天数统计图

图11新邵项目月度单位面积耗电量

2020年新邵项目年度单位面积耗电量为113．24kWh／m2（注：2020年2、3月份为疫情期停业状态），2021年项目1～10月年度单位面积耗电量为84．28kWh／m2。2021年能耗指标整体来看有所下降。

2020年及2021项目月度公区单位面积耗电量（不含车库）如图12所示。

图12新邵项目月度公区单位面积耗电量（不含车库）

新邵项目2021年在能耗指标上有所减低。项目物业管理降低了部分公区照明能耗，调整了照明灯具及回路，加强了空调设备的运行时间管控和设备运维，有效地降低了能耗。

结合实际运营过程，新邵项目仍有一定的节能降耗空间。如冬季期间室外*低气温高于5℃时，可关闭锅炉。结合街区内人员、灯光等散热，街区内温度基本可达到16～18℃的要求，故可以减少锅炉运行天数。夏季室外*高温度低于20℃时，此段日期气温较低，通过全新风模式，可减少空调主机开启时间以达到节能运行的目标。同时，街区关闭前1～2h可关闭锅炉和空调主机，依靠空调水系统内的冷水和热水来持续供暖、供冷。

2.3综合对比分析

根据查询2021年8个项目的所在地的气温数据得知，8个项目整体温度曲线走势一致，属同一气候区域。孝感、谷城地处湖北省，纬度更高，夏季平均高温温度低于其他项目。

8个项目的月度单位面积耗电量情况如图13所示。从单个月份来看，凤凰项目每月用电量指标*高，谷城次之。隆回、孝感、新化三个项目位列第二档。新邵、张家界、临澧三个项目月度单位面积能耗较少。

8个项目2021年平均月度单位面积耗电量见图14，可以量化的看到凤凰、谷城、新化、孝感、隆回的平均单位指标较高。*高的凤凰平均月度单位面积耗电量为21．42kWh·m－2，是*低的新邵8．43kWh·m－2近3倍。

图138个项目月度单位面积耗电量情况

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图148个项目2021年平均月度单位面积

耗电量柱状图（1～10月）

图158个项目2021年年度单位面积耗电量（1～10月）

8个项目2021年在年度单位面积耗电量方面如图15所示，仅1～10月凤凰项目能耗指标已经超过200kWh·m－2能耗*高，项目运营管理方面需提高。谷城项目能耗指标非常接近200kWh·m－2，需加强节能管理。隆回、孝感、新化三个项目能耗指标均超出170kWh·m－2，属第二梯队，需进一步提高节能管理。新邵、张家界、临澧项目的数据优于106kWh·m－2的标准，项目能耗处于较低水平。为了更客观地评价各项目能耗水平，有效地评价项目运营管理水平，减掉商铺业主自己控制管理承担的电量———商铺用电。同时将耗电量低，占地面积大，用电稳定的车库用电过滤掉。具体计算方式如下。公区总用电量＝街区总用电量费用－商户总用电量费用，（单位：kWh）。月度公区单位面积耗电量（不含车库）＝（月度公区单位面积耗电量－车库总用电量）÷（建筑总面积－车库面积），（单位：kWh·m－2）。再计算8个项目2021年平均月度单位面积耗电量，结果如图16所示，其中张家界、隆回、新邵项目不包含车库用电。可以看到凤凰依然是*高的，其次为谷城、隆回。新化和孝感在过滤了车库用电和商铺用电后，展现了真实的公区能耗水平。临澧成为耗电量*低的项目。

图168个项目2021年单位面积耗电量

空调耗电量方面，张家界项目因空调计量问题不纳入统计。7个项目2021年夏季和冬季的

单位面积空调耗电量分别如图17、图18所示。从月度单位面积空调系统用电量指标可以看出，

夏季以冷水机组为主制冷的项目（新邵、临澧、孝感等），其指标均小于以风冷热泵为主制冷的项

目（新化、谷城）。风冷热泵与冷水机组相比，COP值普遍低30～50％，故而设备运行能耗节省约40％。

图177个项目2021年夏季单位面积空调耗电量

图187个项目2021年冬季单位面积空调耗电量

因此空调系统冷源方式选择方面，冷水机组与冷却塔结合的方式，节能效果优于风冷热泵，后续项目中应优先选用冷水机组；如当地项目有地上用地紧张的问题，也可选用地源热泵或水源热泵的方式。

空调系统相近的情况下，指标仍有很大的不同，这取决于机电基础建设情况，以及实际运维和运行策略。

如临澧项目，其冬季几乎不使用空调系统，仅开启新风系统即可满足日常需求。而凤凰项目因包含了酒吧业态，营业时间较长，空调冬季使用的时间要多于同系统的谷城和新化项目。因此控制好空调系统每天的运行时间可以有效地较低能耗。

良好的机电基础建设以及后期运维，也影响这机电系统使用效率。如隆回项目，其空调回风口过滤网经检查已被空气中的污垢堵塞，物业未

能及时清洗，使得空调出风量减小，空调系统无法满足正常需求。而营业时，仍通过不断调低空调主机出水温度以达到降低室温的目的，导致能耗增加。

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