建筑能源审计的数据统计与分析方法.docx

建筑能源审计的数据统计与分析方法的研究

武汉科技大学 张道军 李玉云 杨金凤 张春枝
中南建筑设计院 蒋修英

摘要 文章结合2007年武汉市国家机关办公建筑和大型公共建筑的能源审计，在计量仪表不全的条件下，讨论与分析了各用能系统的能耗统计与分析方法，得出了不同建筑功能能耗基准点的确定方法以及各用能系统的同时使用系数。
关键词 能源审计 基准能耗 误差
1 引言
对政府建筑和大型公共建筑推行建筑能源审计,有利于节能管理向经常化和科学化转变；有利于对既有建筑的能源使用情况进行有效的监督和合理的考核；有利于准确合理地分析建筑能源利用状况和水平，查找节能的薄弱环节，明确节能方向，挖掘节能潜力，降低能源消耗和能源成本，提高能源利用效率和经济效益；有利于推进既有建筑节能改造。但从建筑的计量水平，业主提供的能耗数据、设备资料来看，按照《国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计导则》的标准分类，绝大部分既有建筑难以满足能源审计的最低条件。因此，笔者在参与武汉市国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计中，为了能比较准确的统计各用能系统的能耗，对建筑能源审计的数据统计与分析方法进行了探讨。
2 建筑能源统计的方法
2.1 国家机关办公建筑
2.1.1 空调采暖能耗的统计
2.1.1.1 通过计量仪表计量采暖空调能耗
1.制冷空调能耗
在一些建筑，电制冷机、冷冻水泵、冷却水泵有专门的变压器，并配有电度表，但末端设备与照明、办公设备公用电度表。对于这一类建筑，制冷空调能耗由下式计算：
制冷空调能耗=冷源水系统能耗+末端设备能耗
其中，冷源水系统能耗=制冷机耗电量+冷冻水泵耗电量+冷却水泵耗电量+冷却塔耗电量 （2-1）
对于直燃式（溴化锂主机）制冷机：
冷源水系统能耗=燃气量（或燃油量）+冷冻水泵耗电量+冷却水泵耗电量+冷却塔耗电量 （2-2）
末端设备的能耗=末端设备功率×运行时间×同时使用系数 （2-3）
同时使用系数根据用户提供的办公室、会议室等确定，一般小于1。制冷机的耗电量由计量表累计，溴化锂主机的耗油量由业主提供；如A1政府办公楼的制冷机耗电量如图1所示。，2005年制冷机累计耗电量为61.86万度，2005年制冷机累计耗电量为61.66万度。2006年节约了0.32%。该大楼的节约是通过行为管理节约，即控制制冷机运行时间。从图中还可以看出，2005年与2006年的8月用电量相差很大，原因是读电表的时间不同引起，也就是说，2005年8月份用电量对应31天，2006年8月用电量对应可能是40天左右。
冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的耗电量=额定功率（实际投入的额定功率）×运行时间 （2-4）

张道军,男,1985年2月生,在读硕士研究生，地址：武汉科技大学洪山校区15＃，邮政编码：430065，电话：[phone]，E-mail:zhangdaojun1985@
其中，冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的运行时间从空调运行记录统计得出；如果是变频控制，则在5月、6月、9月、10月运行期间，根据设备运行情况，乘以系数0.5～0.7，一般取0.5。
如果水泵安装有电流表、电压表，水泵的耗电量可按下式计算。
冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的耗电量=1.73×运行电流×运行电压×功率因数×运行时间
图1 A大楼制冷机耗电量
2.采暖（空调方式）耗能量的统计
采暖（空调方式）耗能量等于采暖（空调方式）热水系统耗能量与末端设备耗能量之和。采暖（空调方式）热水系统耗能量由热源耗能和循环泵耗能组成。热水系统热源耗能由下式计算：
采暖（空调方式）热水系统耗能量=热源耗能+燃烧器耗电量+循环水泵耗电量 （2-5）
热源耗能由锅炉的用能确定，有天然气、柴油、电等。天然气一般都有计量表，柴油凭采购的凭证统计。若厨房和锅炉房的燃料耗量由一块计量表计量，则以非采暖季燃料耗量的平均值作为厨房的月燃料耗量，每月燃料耗量与平均值之差即为采暖燃料耗量（未考虑收费时差因素），见表1。循环水泵耗电量、燃烧器耗电量均为额定功率×运行时间，运行时间的亦由运行记录得出，方法与空调系统相同。如果循环泵是变频控制，则在11月和3月运行期间，根据设备运行情况，乘以系数0.5～0.7，一般取0.5。末端设备的耗电量计算与制冷空调季节相同。
表1 A1办公楼的采暖耗气量的统计
日期
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
天然气耗量/m3
18645
27635
34516
5724
1765
1378
2215
1294
1540
1284
1446
30550
4月～11月平均值

2081

采暖耗气量/m3
16564
25554
32435

28469
2.1.1.2 无计量仪表条件下的采暖空调能耗的统计[1]
若该建筑的制冷机耗电量没有用电度表计量或者其空调运行记录不可信或者不齐全，则要选择建筑用能基准点。建筑用能基准点是该建筑不含采暖空调的用能。基准点：上半年一般取4月份耗电量为基准，下半年一般取11月份耗电量为基准，各月耗电量与基准之差，即为各月采暖空调用电量，逐月累计即可得出全年空调采暖耗电量。空调耗电量为制冷月份的差值求和，采暖耗电量为采暖月份的差值求和。采暖燃料耗量的计算方法与第一种方法相同。
2.1.1.3 计算误差
工程实例1：A1政府办公楼，冷热源为电制冷+燃油锅炉，末端以新风机组+风机盘管为主，但该大楼的新风机组不运行。
2005年：方法一得出的空调采暖能耗为1.62×1010kJ，方法二得出的空调采暖能耗为1.55×1010kJ，二者的相对误差为4.11%；2006年：方法一得出的空调采暖能耗为1.68×1010kJ，方法二得出的空调采暖能耗为1.74×1010kJ，二者的相对误差为-3.46%。
工程实例2：A2法院综合楼（风冷热泵）：2006年：方法一得出的空调采暖能耗为1.80×1010kJ，方法二得出的空调采暖能耗为1.76×1010kJ，二者的相对误差为2.36%。
通过上面两个例子，可以看出这两种计算方法的误差不大。主要原因是办公楼的作息时间、空调运行时间比较有规律。如果在过渡季节，政府办公大楼不能充分利用自然通风改善室内舒适度，其能耗的统计方法参考写字楼。
表2 A1办公楼空调采暖能耗误差计算
日期
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
2005空调采暖总能耗（1）②/kJ
1.70E+09
1.30E+09
4.85E+08
0.00E+00
9.78E+08
2.35E+09
2.96E+09
2005空调采暖总能耗（2）③/kJ
1.36E+09
1.43E+09
3.41E+08
0.00E+00
4.22E+08
2.13E+09
3.22E+09
2006空调采暖总能耗（1）/kJ
2.18E+09
1.99E+09
5.71E+08
0.00E+00
4.57E+08
2.36E+09
3.01E+09
2006空调采暖总能耗（2）/kJ
2.09E+09
1.67E+09
7.93E+08
0.00E+00
0.00E+00
8.56E+08
3.20E+09
日期
8月
9月
10月
11月
12月
总计
误差
2005空调采暖总能耗（1）②/kJ
2.23E+09
1.51E+09
0.00E+00
3.41E+08
2.31E+09
1.62E+10
4.11%
2005空调采暖总能耗（2）③/kJ
3.03E+09
2.46E+08
8.27E+08
3.41E+08
2.17E+09
1.55E+10
2006空调采暖总能耗（1）/kJ
3.21E+09
9.58E+08
0.00E+00
5.40E+08
1.57E+09
1.68E+10
-3.46%
2006空调采暖总能耗（2）/kJ
4.11E+09
2.02E+09
4.40E+08
4.27E+08
1.84E+09
1.74E+10
①一次能源：1kWh电=11838KJ；1㎏柴油=42652KJ；②主要冷热源有计量仪表计量；③冷热源无计量仪表计量
2.1.2 其他用能系统耗能量的统计
1.电梯 电梯的年耗电量的计算方法是：
电梯的年耗电量=电梯功率×每天开放时间×年工作日天数×同时使用系数 （2-6）
式中，每天运行时间一般取9～11小时，年工作日一般取258天。；电梯的同时使用系数根据用户的使用情况确定，一般货梯取0.3，客梯取0.3～0.6，频繁使用的可取0.8，对办公楼内的扶梯取1，但开放时间根据实际情况取5～6小时。
2.照明 照明一般由三项组成，室内照明、室外照明和亮化工程。
（1）室内照明年耗电量的计算方法是：
室内照明年耗电量=总功率×每天运行时间×年工作日天数×同时使用系数 （2-7）
每天运行时间一般取8～9小时，年工作日一般取258天。如果给出的是竣工图照明功率，则同时使用系数取0.3～0.5；如果给出的是实际使用的照明功率，考虑会议室等照明区域，同时使用系数取0.5～1之间，一般小于1。
（2）室外照明年耗电量的计算方法是：总功率×每天开放时间×年开放天数。每天开放时间一般取10小时，年开放天数取365天。
（3）亮化工程的年耗电量的计算方法是：总功率×年开放时间。年开放时间由业主提供。
3.办公设备的年耗电量 办公设备的年耗电量计算方法是：
办公设备的年耗电量=总功率×每天运行时间×年工作日天数×同时使用系数 （2-8）
·每天运行时间一般取8～9小时；
表3 A1办公楼各用能系统耗电量/kWh
用途
功率/kW
天时间/h
年运行/d
系数
耗电量
份额/%
建筑总用电量

258

2577235

空调采暖

893308
34.66
室内照明
310
9
258
0.95
683829
33.68
室外照明
49.2
10
365
1
179580
亮化工程
21.85
10
21
1
4589
客梯
86
10
258
0.6
133128
7.30
观光梯
22
10
258
0.6
34056
货梯
9
10
258
0.3
6966
会议梯
18
10
258
0.3
13932
办公设备
30.8
9
258
0.8
57214
2.22
生活泵
30
9
258
0.5
34830
1.35
其他

535803
20.79
·年工作日一般取258天；
·同时使用系数一般取0.5～0.8。
4.生活水泵的年耗电量 生活水泵的年耗电量的计算方法是：
生活水泵的年耗电量=功率×每天运行时间×年工作日×同时使用系数 2-9）
·年工作日一般取258天；
·每天运行时间和系数的取值按业主描述的实际情况选取。如果是变频控制（无水箱），则再乘以0.5。
以上2～4类若业主没有提供功率，则不能计算各用能系统的能耗。
（5）厨房用能 厨房用能一般按以下两种方法计算：
·如果有单独计量，可以计算炊具的用能，但厨房、餐厅的用电量一般无法统计。
·如果没有有单独计量，尽量给出用餐人数。
A1办公楼的用电量见表3。该表的用能不包括采暖用油、厨房厨具用能。表中的其他用电包括地下室通风、厨房设备用电、餐厅用电、卫生间通风等，从这个数据可看出，这一类就占了20.79%。
2.2 写字楼
写字楼与办公楼比较，具有以下特点：计量水平略高，但各用能系统仍然没有独立的计量仪表，一般每层楼有一块计量仪表，包括空调末端设备、照明、办公设备、电开水器。能源收费方式是按面积分摊+按能量计费。各用能系统的统计原则上与办公楼相同，主要区别点是：
（1）由于写字楼的建筑特点，一般过渡季节不能充分利用自然通风，而且室内热源大。这两个因素决定了写字楼的过渡季节存在空调通风耗能。空调通风耗能（风机盘管+新风机组的系统）由下式计算：
空调通风耗能=新风机组耗能+风机盘管耗能 （2-10）
式中，新风机组耗能=新风机组功率×运行时间×同时使用系数；风机盘管耗能=风机盘管功率×运行时间×同时使用系数。详细的运行时间与投入的功率一般没有记录，只能通过与运行人员交谈获得有用的信息。
（2）照明有公共照明，各业主或者租赁户所使用的区域照明，而且还有不同的装饰风格以及用途，因此照明与办公设备一般不便于统计其总功率，仅能与动力设备等归为一类[2]。
（3）基准点的选择与办公楼不同。基准点=4月（或11月）的耗电量-空调通风耗电量。
根据该写字楼在过渡季节空调机组的实际开启情况，得出其过渡季节中空调通风的月耗电量（功率×每天运行时间×该月天数×同时使用系数），再用上半年的较小值和下半年的较小值减去空调通风的月耗电量，即可分别得出上半年和下半年的月耗电量基准。
各月的通风空调的耗电量=各月耗电量与基准值之差，通风空调与采暖的总能耗为各月的通风空调与采暖的能耗之和。
2.3 商场
各用能系统能耗的计算方法基本可以参考办公楼与写字楼的计算方法，只是在同时使用系数和基准点的确定上略有不同。
2.3.1 空调与采暖耗能量统计
武汉的商场一般全年需要制冷，但在气温低和客流密度比较小的情况下也采暖。空调与采暖耗能量的统计类同于写字楼。一般有两种方法。
（1）冷热源有单独计量 根据计量表统计出冷热源的能耗，冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔和末端能耗均为额定功率乘以运行时间。
（2）冷热源无单独计量 冷热源无单独计量时，则要确定基准值。空调与采暖耗电量的基准值的选取方法类同写字楼，但上半年的基准点= 3月份耗电量-空调通风耗能，下半年仍然取11月份。
（3）因为商场一般不采暖，所以大多数商场无采暖能耗；有少数商场采暖，其采暖能耗的计算也可参考办公楼的计算方法。
2.3.2 电梯系统能耗
电梯一般有自动扶梯、客梯、货梯。自动扶梯，每天时间取12小时，工作日天数取365天，系数取0.8～1；客梯的系数取0.6；货梯的系数取0.3～0.4。
　表4　 C商场各系统耗能
项目
建筑
空调
通风
公共区域
照明
电梯
其他
耗电量
/kWh
9266593
3243105
290583
832842
490122
4409941
份额/%

35.00
3.14
8.99
5.29
47.59
2.3.3 照明系统能耗
由于照明系统复杂，照明功率难以统计，较好的情况是能给出公共区域的照明能耗。照明系统的工作日天数取365天，视围护结构、用户的能源管理状况，同时使用系数取0.8～1。表4为C商场各用能系统能耗。
2.4 酒店
酒店的能耗计量与统计比办公楼、商场规范。计算方法可综合参考办公楼和商场的计算方法。但酒店有它的特殊性，应根据实际情况酌情处理。例如，空调采暖能耗，热水系统的能耗。
2.4.1 空调采暖能耗的计算
表5 中央空调系统各用能系统耗电量/kWh
空调
系统
新风
机组
风机
盘管
空调
机组
水系统
2269295
25696
56064
277035
1910500
图2 D酒店空调系统份额
（1）D酒店1＃、2＃变压器的电度表计量了冷水机组、循环水泵、冷却水泵、冷却塔的耗电量，通过电度表可以统计中央空调水系统的耗电量。末端装置的耗电量计算采用式（2-3）。其中风机盘管的总功率为其单台额定功率×台数×客户率（床位数），新风机组和空调机组不需要考虑客户率（床位数）。空调采暖系统的耗电量即为电度表的计量值与新风机组、风机盘管、空调机组的耗电量之和。中央空调系统统计结果见表5。中央空调系统各用能系统的份额见图2。
表6 建筑物中各用能系统的能耗
项目
建筑
采暖
空调
电
天然气
电
天然气
电
/kWh
/m3
/kWh
/m3
kWh
实物能耗
6866635
676319
442633
236312
1826662
能耗/ kJ
1.04E+11
1.31E+10
2.16E+10
份额/%
－
12.65%
20.81%
项目
电梯
厨房
蒸汽锅炉
其他
电
天然气
天然气
电
天然气
/kWh
/m3
/m3
/kWh
/m3
实物能耗
681966
97543
255068
3915374
87396
能耗/ kJ
8.07E+09
3.26E+09
8.54E+09
4.93E+10
份额/%
7.77%
3.14%
8.22%
47.41%
蒸汽锅炉用途：一楼半厨房热水，洗衣房，七楼游泳池，员工澡堂，员工餐厅
（2）锅炉房的热水锅炉
1）热水锅炉的用途为：采暖和给客房提供生活热水；
2）能耗：天然气耗量有计量表计量，但采暖锅炉一般与生活锅炉公用，因为冬季的生活热水需求量比夏季大，故在采暖季中，提供生活热水的天然气的耗量逐月增加1000m3,计量值与生活热水天然气耗量值之差，即为采暖的天然气耗量；
2.4.2 其他系统的能耗计算 其他系统的能耗计算方法可以参考写字楼与办公楼的计算方法。

参考文献
[1] 李玉云,张春枝,曾省稚. 武汉市公共建筑集中空调系统能耗分析[J].暖通空调,2002,32(4):85-87
[2] 娄承芝,杨洪兴,李雨桐,张艺豪.建筑物能源审计研究[J].暖通空调,2006,36(5):44-50