建筑能效管理系统在综合性园区节能领域的应用

俞 杰

(上海慧腾信息科技有限公司, 上海 200331)



建筑能效管理系统在综合性园区节能领域的应用

俞 杰

(上海慧腾信息科技有限公司, 上海 200331)

结合上海某金融单位综合性办公园区,介绍了建筑能效管理系统在综合性办公园区的应用,分析了建筑能效管理系统投入使用后对园区整体电能消耗的数据采集,并提出了针对性的节能建议及措施。能效管理系统可实现综合性办公园区的建筑电能能耗信息的集中管理,向用户提供建筑电能利用状况报告,并辅助能源管理人员制定适合的能源运行、管理策略,从而实现管理节能和绿色用能。

综合性园区; 建筑能效管理系统; 数据采集; 节能措施

俞 杰(1981—),男,工程师,从事数据中心方面的工作。

0 引 言

为应对公共建筑日益加剧的能源损耗与经济发展之间的矛盾,我国出台GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》[1]。公共建筑采取的新技术、新方法、新材料是建筑节能的一系列方式方法,而建筑能耗总结、分析及节能措施也是节能手段。

本文介绍了上海某金融单位综合性办公园区的建筑能效管理系统的设计,分析了系统投入使用后园区整体电能消耗的数据采集、分析状况,并提出了针对性的节能措施。

1 项目概况

某金融单位新建综合性办公园区总建筑面积约为13.5万m2,其中地下2层,建筑面积约为6万m2,地上10个建筑单体,建筑面积约为7.5万m2。地上建筑功能主要为5 000 m2数据机房、客服中心楼、办公楼、会议楼、食堂等,地下室主要为变配电所、不间断电源(Uninterrupted Power Supply,UPS)机房、冷冻机房、锅炉房及车库等,其中数据机房服务器满载用电量为3 600 kVA,冷冻机房满载用电量为5 000 kW,冷冻机为3 500 kW。

2 能效管理系统

能效管理系统应用智能化集成系统技术,对园区内建筑电能消耗信息进行采集、显示、分析、处理、维护及优化管理,实现建筑电能能耗信息的集中管理,形成具有实时性、全局性、综合性的电能利用状况及设备效率信息,向用户提供建筑电能利用状况报告,并辅助能源管理人员制定适合的能源运行、管理策略,从而实现管理节能和绿色用能。

建筑电能管理系统包括采集设备层、通信网络层和应用管理层。采集设备层由冷冻机房配电柜仪表、楼层配电箱仪表、变电所电力监控系统仪表组成。

建筑电能管理系统结构如图1所示。

图1 建筑电能管理系统结构

(1) 采集设备层的设备包括多功能电力监控仪表、三相智能数显仪表,以RS-485总线方式接入通信网络层,实现对采集设备层设备的数据采集。前端设备采集点主要包括照明与插座、动力、空调、特殊用电四个分项。

(2) 通信网络层用于采集设备层的数据,并上传至应用管理层,设备主要包括通信管理机、工业网络交换机。

(3) 应用管理层是电能管理系统的核心部分,对所有电能数据、设备运行状态信息、环境条件信息等进行集中处理、分析、评估,向用户显示当前电能使用状况,提供友好的人机界面及工作窗口,主要设备包括服务器、工作站、打印机、UPS等。

3 能效管理系统数据的采集及分析

采集2015年度园区各建筑功能区及设备的用电数据,形成数据图表。相关图表及分析如下。

3.1 园区各月用电量

2015年园区各月用电趋势如图2所示。

图2 2015年园区各月总用电趋势

由图2可见,园区的用电量没有明显用电低峰阶段,根据上海的季节气候变化,3～4月及9～10月为春夏、秋冬过渡季,此时空调使用负荷减少,所以4月、9月的用电量有所减少,但3月、10月的用电量仍然较高。

3.2 各建筑功能区电能消耗

从建筑区域划分来看,数据中心的用电量占46.9%,冷冻机房作为园区的空调冷热供应源,也是能源消耗的大户(占28.8%),这两部分的能源消耗应可作为后期能源行为节能管理和节能控制的重点区域。

3.3 数据中心用电量

2015年数据中心用电量如图3所示。

图3 2015年数据中心用电量

数据中心每月用电量趋势与园区总用电量趋势类似,4月、9月相对为用电低峰,夏季和冬季用电量较大,数据中心的设备主要是通信、服务器设备及机房空调等。机房用电可以从调整机房的空调运行机制出发,从而达到改善数据中心的电能消耗量。

3.4 办公A楼用电量

办公A楼日用电量如图4所示。

图4 A楼日用电趋势

由图4可知,A楼主要用电量为照明及插座类,日用电量的高峰为6:00～18:00,下班时间用电量减少,但夜间仍有部分负荷在运行,可以推测工作人员离开时仍有部分用电设备未关闭。

办公A楼周用电量如图5所示。由图5可知,仍有部分用电负荷,说明有些设备长期处于开机状态,或者存在加班的情况。

图5 办公A楼周用电量

3.5 电分项电能占比

空调用电消耗占建筑电能消耗的50%以上,在数据中心中此项甚至达到了68%,照明插座用电量为总用电量的27%左右。

(1) 空调年用电量如图6所示。

图6 空调年用电量

空调用电在一年中的趋势根据季节的变化而变化,3～4月及9～10月为冷热过渡季,空调冷热站用电量减少。由图6可知,秋季的过渡季并没有明显的用电量减少,所以空调、冷冻机、水泵等设备运行机制是有待优化的节能措施点。

(2) 照明、插座用电主要消耗在办公类建筑中,因此与上班的时间有密切的关系。照明、插座日用电量、周用电量如图7、图8所示。

由图7可知,每天上班时间为7:00～21:00,正常下班时间为17:30左右,而17:30以后的用电量没有明显降低,说明有加班的现象;夜间21:00至次日6:00期间的用电仍有大量的用电负荷,说明下班之后有部分用电负荷并未关闭。

图7 照明、插座日用电量

图8 照明、插座周用电量

由图8可以看出,周末的用电量有所减少,但仍有较高的电能消耗,说明办公室人员下班后不关闭设备电源,造成了能源的浪费。

(3) 动力用电包括电梯和水泵用电,其中水泵主要用于生活水泵及部分空调二次补水泵,这部分负荷很难通过管理来实现节能降耗,对于部分大功率水泵可以通过节能技术进行改造。

电梯日用电量如图9所示。8:00～17:00为上班时间,电梯能耗一直处于较高的能耗水平,没有出现早上班高峰和晚下班高峰的趋势,在上班期间用电梯较少的时间段没有使电梯处于待机状态,可以通过调整电梯运行机制节约能耗。

图9 电梯日用电能耗分析

(4) 关联性分析。照明插座与空调能耗的关联性分析如图10所示。

图10 照明插座与空调能耗的关联分析

在整个建筑的电能消耗中,照明插座和空调用电是两大源头,经分析,两者的用电规律呈同样变化趋势,因此判断上班及下班时间的空调负荷与照明负荷是否同步。当下班时间照明负荷减少时,若空调负荷仍较高,则可判断可能下班忘记关空调。

空调的使用具有季节性,主要来自于外界温度的变化,因此分析空调能耗与温度的相关性非常必要。空调用电与温度的相关性分析如图11所示。

图11 空调用电与温度的相关性分析

从图11可以看出,随着温度的升高,空调用电量增加,这种关联性适用于空调系统的控制策略。由于使用人员的空调使用习惯等原因,也会出现整个夏季空调都处于同样等级的能耗。2日、3日与15日～17日的温度相同,能耗却一直在增长,造成能耗浪费的原因分为冷热机组和空调末端两部分,一般末端由于开窗时开空调或者温度过低造成,冷热源部分主要由于机组的运行策略不完全合理。

4 节能建议及措施

(1) 办公楼节能措施。办公楼照明、插座在下班及节假日仍有较大的电能消耗,建议加强办公人员随手关闭电源的节电习惯,最后离开办公楼室的工作人员检查空调、灯、打印机、饮水机等设备是否关闭。园区配备有楼宇自控系统,可实现对空调变风量末端的开/关控制,充分利用该系统可大大减少下班、双休日期间空调末端在无人情况下的能耗。

(2) 电梯节能措施。在上班时间8:00～17:00时间段电梯能耗一直处于较高的水平,没有出现早上班高峰和晚下班高峰的趋势,这说明电梯一直处于工作状态。建议调整电梯使用制度,上下班高峰期间及午饭期间所有电梯均开启,正常工作时间段可适当关闭部分电梯,同时在节假日等人员较少时段使用部分电梯。

(3) 冷冻机房节能措施。冷冻机房采用冷冻机组、冰蓄冷、冷却塔为园区办公区及数据机房供冷,冰蓄冷供冷可大大减少用户的电费支出,对于节能并无实际性效用。在冬季办公空调无需开启的情况下,利用开启全部冷却塔和少部分冷冻机的方式对机房精密空调进行制冷。

(4) 数据机房节能措施。园区数据机房为A类机房标准,图表分析结果表明整年空调用电容量始终没有较大的起伏。通过对机房实地考察,建议采取如下措施:

① 在冬季气温下降至10 ℃以下时,建议开启机房新风系统,因室外温度已低于室内机房温度,利用新风可减少精密空调、冷冻机、水泵等设备工作数量及时间,减少能耗。

② 精密空调出风温度均为19 ℃,机房温度为20 ℃,根据A类机房标准,建议将机房环境温度调整至(23±1)℃,以降低精密空调制冷量,同时可减少冷冻机组、水泵等设备的功耗。

5 结 语

建筑电能管理系统将用电能耗数据以图表的形式表示,直观地展现综合性园区各功能区域、设备电能的消耗,并结合园区作息时间、设备运行状态等针对性地提出节能措施,降低了园区电能的消耗。

[1] 公共建筑节能设计标准:GB 50189—2015[S].

[2] 刘岩.SmartPM2000建筑能效管理系统应用实例[J].现代建筑电气,2013(S1):299-302.

[3] 刘岩,刘斌,谭海呈.江西建筑设计总院办公大楼建筑能效管理系统[J].智能建筑电气技术,2011,5(3):65-67.

Application of Building Energy and Efficiency Management System in Energy-saving Field of Comprehensive Park

YU Jie

(Shanghai Huiteng Information Technology Co., Ltd., Shanghai 200331, China)

Combined by a comprehensive park of some financial unit in Shanghai,this paper introduced the application of building energy efficiency management system in the comprehensive park.The data collections of overall power consumption were analyzed after the use of building energy efficiency management system.The corresponding energy-saving suggestions and measures were put forward.It is pointed out that the building energy efficiency management system achieves the centralized management of building energy consumption information in the comprehensive park,which provides the utilization reports of building energy for user and assists energy management personnels to formulate the appropriate energy management strategy,so as to realize management energy-saving and green energy-using.

comprehensive park; building energy efficiency management system; data collection; energy-saving measures

TU 201.5

B

1674-8417(2016)09-0028-05

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.09.007

2016-03-29