建筑能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)校核與診斷案例分析

李俊 李輝 周慶華

深圳市紫衡技術(shù)有限公司

0 引言

“十二五”建筑節(jié)能專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃提出：建設(shè)省級(jí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)20個(gè)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)建筑能耗5000棟。建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為建筑節(jié)能工作的開(kāi)展提供基礎(chǔ)性平臺(tái)，對(duì)建筑節(jié)能改造工作順利推進(jìn)起決定性作用[1]。目前全國(guó)已經(jīng)完成上線(xiàn)至少1500棟以上。許多人把目光與重心放在平臺(tái)的構(gòu)建和上線(xiàn)樓宇的數(shù)量[2～5]，而忽略上線(xiàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。認(rèn)為：只要數(shù)據(jù)上線(xiàn)，只要在系統(tǒng)中看到數(shù)據(jù)，節(jié)能工作就完成一大步。殊不知“數(shù)據(jù)上線(xiàn)”只是節(jié)能工作萬(wàn)里長(zhǎng)征的一小步。上線(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或不可靠，系統(tǒng)回收的數(shù)據(jù)成為“垃圾數(shù)據(jù)”，不能轉(zhuǎn)為有用的信息，系統(tǒng)上線(xiàn)再多建筑數(shù)據(jù)也毫無(wú)意義。因此，數(shù)據(jù)可靠、準(zhǔn)確是能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但是，現(xiàn)有能耗數(shù)據(jù)可靠與否，無(wú)從可知。為探究現(xiàn)有上線(xiàn)建筑能耗數(shù)據(jù)質(zhì)量，本文針對(duì)12棟建筑能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的388條數(shù)據(jù)點(diǎn)在能耗數(shù)據(jù)可靠性方面進(jìn)行深入的調(diào)研，測(cè)試與分析，希望能對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)現(xiàn)狀有更深入的了解，以便能更好地指導(dǎo)建筑節(jié)能工作的開(kāi)展。

1 能耗數(shù)據(jù)調(diào)研與測(cè)試

能耗數(shù)據(jù)的校核方法主要采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與測(cè)試。共選取12棟建筑388條數(shù)據(jù)點(diǎn)。調(diào)研人員通過(guò)對(duì)建筑信息進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，包括建筑與設(shè)備基本信息，供電局費(fèi)用清單，重點(diǎn)支路測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)情況等。與系統(tǒng)采集回收能耗支路、分項(xiàng)與總數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找出發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的數(shù)據(jù)支路，并對(duì)其進(jìn)行原因分析。

數(shù)據(jù)校核公式：

式中：δ為規(guī)定時(shí)期內(nèi)能耗數(shù)據(jù)相對(duì)誤差值，%；E為規(guī)定時(shí)期內(nèi)實(shí)際采集能耗值，kWh；E標(biāo)為規(guī)定時(shí)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)能耗值，kWh，標(biāo)準(zhǔn)能耗值來(lái)源于更高精度的儀器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)、供電局獲取數(shù)據(jù)、穩(wěn)定設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)支路用電特點(diǎn)，適當(dāng)選擇。

按照數(shù)據(jù)誤差來(lái)源性質(zhì)，本文從全周期的角度進(jìn)行分析。按照公式對(duì)調(diào)研能耗數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行刪選與統(tǒng)計(jì)，δ值大于5%即可判定為異常能耗數(shù)據(jù)。對(duì)于異常能耗數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行深入分析，查找影響數(shù)據(jù)誤差的原因，并進(jìn)行歸納總結(jié)。其結(jié)果如表1。

表1 能耗數(shù)據(jù)點(diǎn)調(diào)研結(jié)果

從調(diào)研與測(cè)試得知，圖1，異常能耗數(shù)據(jù)平均值占比高達(dá)29%。異常能耗數(shù)據(jù)主要包括信息調(diào)研問(wèn)題，設(shè)計(jì)合理性問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)施工問(wèn)題與數(shù)據(jù)采集與處理。其中前期信息調(diào)研出現(xiàn)問(wèn)題最多，占比為53%，其次為設(shè)計(jì)問(wèn)題。對(duì)于數(shù)據(jù)掉線(xiàn)問(wèn)題因考慮標(biāo)準(zhǔn)不同，單獨(dú)分析。按照全年掉線(xiàn)百分比統(tǒng)計(jì)，2011年數(shù)據(jù)掉線(xiàn)平均百分比為20%?？傮w而言，現(xiàn)有能耗數(shù)據(jù)在可靠性方面有待提高。

圖1 能耗數(shù)據(jù)問(wèn)題分類(lèi)統(tǒng)計(jì)圖

2 能耗數(shù)據(jù)診斷分析

2.1 信息調(diào)研問(wèn)題分析

通過(guò)對(duì)388個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)研與測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)在前期調(diào)研階段系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要存在CT變比有誤（CT變比為電流互感器兩側(cè)轉(zhuǎn)化電流之間的比例，即一次側(cè)與二次側(cè)電流大小的比例），分項(xiàng)表達(dá)式錄入有誤以及支路名稱(chēng)調(diào)研有誤等主要問(wèn)題（圖2）。其中CT變比有誤問(wèn)題占比例達(dá)61%。CT變比問(wèn)題可能出現(xiàn)環(huán)節(jié)如下：

1）前期調(diào)研人員調(diào)研信息有誤，這最容易發(fā)生在利用原有互感器項(xiàng)目中；

2）在新增互感器項(xiàng)目中，施工人員施工時(shí)未按設(shè)計(jì)圖紙型號(hào)安裝互感器；

3）系統(tǒng)上線(xiàn)調(diào)試過(guò)程中，CT變比錄入錯(cuò)誤。

圖2 信息調(diào)研問(wèn)題分類(lèi)統(tǒng)計(jì)圖

總之，無(wú)論存在何種信息調(diào)研錯(cuò)誤，發(fā)生此類(lèi)問(wèn)題的根本原因在于調(diào)研設(shè)計(jì)方與施工方分離，雙方責(zé)權(quán)不明晰導(dǎo)致，無(wú)法形成相互制衡。調(diào)研設(shè)計(jì)方的方案沒(méi)有經(jīng)過(guò)施工方校對(duì)，施工方的結(jié)果無(wú)調(diào)研設(shè)計(jì)方的審核。雙方按照各自方式實(shí)施，最終導(dǎo)致問(wèn)題。

2.2 設(shè)計(jì)合理性分析

方案設(shè)計(jì)中主要包括位置的確定、儀表選擇與方案合理性等。從調(diào)研與測(cè)試結(jié)果看互感器選型過(guò)大與儀表性能較差占主要。儀表性能較差，加上支路負(fù)載高低的影響，使得數(shù)據(jù)計(jì)量有偏差，需更換性能更穩(wěn)定的儀表以及根據(jù)現(xiàn)狀設(shè)計(jì)更合理。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在原有互感器下三相電能表的誤差率為2.7%，而經(jīng)更換互感器后，誤差率為-4.3%。這說(shuō)明互感器未按照標(biāo)準(zhǔn)選型。當(dāng)互感器選型大而負(fù)載較小時(shí)，電能表計(jì)量精度下降。如圖3所示，紅色線(xiàn)為支路電表用電之和，當(dāng)正常負(fù)載時(shí)支路電表用電與總表用電接近；當(dāng)負(fù)載較低時(shí)，差別較大。這說(shuō)明用電負(fù)載率也對(duì)計(jì)量精度有較大影響。

圖3 總表與支路電表數(shù)之和數(shù)據(jù)校核

2.3 施工合理性分析

施工過(guò)程中主要問(wèn)題有實(shí)際接線(xiàn)支路與設(shè)計(jì)支路不符、互感器匝數(shù)穿錯(cuò)與二次側(cè)線(xiàn)路相序接反等。實(shí)際接線(xiàn)支路與設(shè)計(jì)支路不符主要是因施工人員失誤，把本不屬于該支路的線(xiàn)路接入，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)不屬于實(shí)際支路數(shù)據(jù)?；ジ衅髟褦?shù)穿錯(cuò)問(wèn)題為互感器選型太小，只穿過(guò)部分電纜線(xiàn)，計(jì)量部分能耗。例如，冷凍機(jī)組用能配電，因冷凍機(jī)組電流負(fù)載大，設(shè)計(jì)時(shí)選擇為雙電纜供電，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)只在單條電纜線(xiàn)上安裝互感器，導(dǎo)致只計(jì)量部分電量；還有一種情況是互感器為雙繞組，而安裝時(shí)卻只單相穿過(guò)。以上施工問(wèn)題都導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確。

2.4 數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)采集與處理過(guò)程是指系統(tǒng)物理線(xiàn)路連通以后，通過(guò)采集器實(shí)時(shí)采集智能電表數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)刪選，處理到展示全過(guò)程。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間以15min為周期，電表表頭數(shù)據(jù)與系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的時(shí)間性是一致的（一般在毫秒級(jí)別），因此，不存在采集時(shí)間差的問(wèn)題。在數(shù)據(jù)處理與展示方面，常出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)“冒高”現(xiàn)象。主要原因?yàn)槟芎臄?shù)據(jù)算法是后時(shí)間點(diǎn)減去前時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)。某種原因數(shù)據(jù)掉線(xiàn)后，該段時(shí)間“缺數(shù)”，而數(shù)據(jù)重新上線(xiàn)后的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算是以掉線(xiàn)數(shù)據(jù)“零”為基數(shù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。目前對(duì)于掉線(xiàn)數(shù)據(jù)已按平均值分?jǐn)偟絺€(gè)時(shí)間點(diǎn)，因此可消除此現(xiàn)象，但不能從根本上解決數(shù)據(jù)掉線(xiàn)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真問(wèn)題。

2.5 運(yùn)維過(guò)程數(shù)據(jù)分析

運(yùn)維過(guò)程可用數(shù)據(jù)掉線(xiàn)率指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)運(yùn)維穩(wěn)定性，即全年實(shí)際掉線(xiàn)小時(shí)數(shù)/全年運(yùn)行小時(shí)數(shù)（365×24）。數(shù)據(jù)掉線(xiàn)率指標(biāo)越低（高）說(shuō)明系統(tǒng)穩(wěn)定性越好（差），運(yùn)營(yíng)維護(hù)好（差）。如圖4。調(diào)研分析12棟建筑結(jié)果，整體平均掉線(xiàn)率為20%，最大值為65%，最小值為7%。深入分析發(fā)現(xiàn)建筑中網(wǎng)絡(luò)環(huán)境改變?yōu)橹饕?，即建筑業(yè)主對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更改或端口關(guān)閉。還存在其他原因，如采集器設(shè)備電源斷電，人為誤操作等因素。

圖4 數(shù)據(jù)掉線(xiàn)統(tǒng)計(jì)

3 能耗數(shù)據(jù)解決方案

整體上異常能耗數(shù)據(jù)平均值占比高達(dá)29%。數(shù)據(jù)掉線(xiàn)率達(dá)20%，會(huì)對(duì)后期數(shù)據(jù)利用造成很大影響，不利于建筑能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的利用與推廣。為保證建筑節(jié)能工作今后順利開(kāi)展，在對(duì)主要問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析基礎(chǔ)上，提出以下措施，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。

1）調(diào)研設(shè)計(jì)方與施工方責(zé)權(quán)明細(xì)，制定相互監(jiān)督的機(jī)制。信息調(diào)研主要問(wèn)題在于調(diào)研設(shè)計(jì)方與施工方責(zé)權(quán)不明晰。建立相互監(jiān)督的保障機(jī)制。調(diào)研設(shè)計(jì)方負(fù)責(zé)信息的準(zhǔn)確性，施工方在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)負(fù)責(zé)核查與監(jiān)督。一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)方。施工完成后，設(shè)計(jì)方負(fù)責(zé)審核項(xiàng)目質(zhì)量。在保證數(shù)據(jù)上線(xiàn)并準(zhǔn)確的前提下完成驗(yàn)收。

2）特殊支路選用精度較高的計(jì)量?jī)x表?！秶?guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑與大型公共建筑樓宇分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)安裝技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定：計(jì)量?jī)x表的精確度等級(jí)不低于1.0級(jí)。但是在有些設(shè)計(jì)選型偏大，負(fù)載電流較小時(shí)，計(jì)量?jī)x表誤差較大。因此，建議對(duì)這種類(lèi)型支路選取計(jì)量?jī)x表精度不低于0.5級(jí)。

3）盡量避免用“減法原則”得到分項(xiàng)能耗。在有條件投入的情況下，盡量采用直接安裝表計(jì)量的方式，盡量避免按“減法原則“裝表。這樣可提高系統(tǒng)分項(xiàng)數(shù)據(jù)的可靠性。

4）規(guī)范施工流程，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。選取經(jīng)驗(yàn)豐富，人員配備完善的施工方，保證施工工藝安裝規(guī)范操作。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)欠缺的施工人員，施工方在施工前一定要進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)，達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)后方可到現(xiàn)場(chǎng)施工。

5）定期系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。安排系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員，定期對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，應(yīng)用軟件與數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行維護(hù)。發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)解決，必要時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)與相關(guān)人員核對(duì)，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

4 小結(jié)

本文基于建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)能耗數(shù)據(jù)的可靠性進(jìn)行了調(diào)研、測(cè)試與分析，總結(jié)分析出了目前建筑能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中能耗數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀。從方案設(shè)計(jì)過(guò)程、施工過(guò)程、數(shù)據(jù)采集與處理過(guò)程和運(yùn)行維護(hù)過(guò)程這四個(gè)環(huán)節(jié)逐步分析在各個(gè)環(huán)節(jié)中導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常的原因，針對(duì)這些原因提出了有效的解決方案。

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑節(jié)能與科技司.“十二五”建筑節(jié)能專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃[Z].2012

[2]劉俊躍.運(yùn)用創(chuàng)新方法監(jiān)管公建節(jié)能—深圳市國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑與大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)初步成果分析[J].建設(shè)科技,2009,(8):32-35

[3]唐桂忠,張廣明.公共建筑能耗監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].建筑科學(xué),2009,(10):27-30

[4]儲(chǔ)雪松.城市建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)構(gòu)建及管理需求的實(shí)現(xiàn)[J].建筑節(jié)能,2010,(6):74-76

[5]那威,劉俊躍,武涌,等.國(guó)家大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)城市級(jí)平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)識(shí)別與框架研究[J].暖通空調(diào),2009,(10):4-8