基于PDCA循環(huán)的動態(tài)設(shè)備用能管理研究

孫麗平

中共青島市委黨校

0 引言

我國公共機(jī)構(gòu)節(jié)能已進(jìn)入法制化軌道，并逐漸形成了公共機(jī)構(gòu)保障與節(jié)約并重的工作格局。目前有些公共機(jī)構(gòu)雖有用能規(guī)劃設(shè)計，但由于設(shè)備管理相關(guān)人員專業(yè)化水平低，投入資金有限，執(zhí)行過程中介入程度不深，設(shè)備能源管理精細(xì)化程度不夠，能源數(shù)據(jù)缺乏深入分析，檢查和反饋、改進(jìn)相對不足等問題。分析用能數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有的能耗指標(biāo)連年攀升，而有的則由于有計劃采用了一系列的流量控制和管理措施，逐年下降。由此說明，節(jié)能管理關(guān)鍵在于“可控”[1]，而閉環(huán)是可控的重要條件。設(shè)定了年度目標(biāo)，做好規(guī)劃和實施、檢查、反饋、改進(jìn)，再檢查、再反饋、再改進(jìn)，往復(fù)循環(huán)、不斷完善，節(jié)能才能取得成效，由此引入了PDCA循環(huán)理論。

基于PDCA循環(huán)理論的動態(tài)設(shè)備用能管理研究的提出，正是基于這一工作要求，力爭在滿足室內(nèi)舒適度的前提下，使設(shè)備用能達(dá)到節(jié)能降耗要求。

1 公共機(jī)構(gòu)設(shè)備用能現(xiàn)狀

以某市委黨校為研究對象,校內(nèi)共有13 個建筑單元，占地面積7.1萬m2?？照{(diào)采暖面積6.45萬m2，設(shè)備用能見圖2。黨校是公共機(jī)構(gòu)的用能大戶，近三年水電暖總支出近1 000 萬元。近幾年培訓(xùn)量連創(chuàng)歷史新高，每年比上一年度增長約1 000 人，加大了用能量；另一方面，雖有用能規(guī)劃設(shè)計，但執(zhí)行過程中介入程度不深，檢查和反饋、改進(jìn)相對不足。分析用能數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，對于某類能耗采用了一系列的流量控制和管理措施，費用逐年下降。由此說明，節(jié)能管理關(guān)鍵在于“可控”，而閉環(huán)是可控的重要條件。設(shè)定了年度目標(biāo)，做好規(guī)劃和實施、檢查、反饋、改進(jìn)，再檢查、再反饋、再改進(jìn)，往復(fù)循環(huán)、不斷完善，節(jié)能才能取得成效。

基于PDCA 循環(huán)的動態(tài)設(shè)備用能管理與當(dāng)下用能現(xiàn)狀相結(jié)合[2], 運用科學(xué)的管理理論和方法對用能進(jìn)行全過程控制，從能源管理流程規(guī)劃、實施、檢查、處置入手，規(guī)范設(shè)備能源使用，旨在建立高效的能耗控制和管理體制，最終達(dá)到保證安全和舒適度前提下的延長設(shè)備使用壽命、減少維修成本、降低用能開支的目的。同時建立能耗預(yù)警機(jī)制，指導(dǎo)合理用能，將人均能耗控制在合理范圍內(nèi)，使設(shè)備用能管理逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、科學(xué)化。

2 PDCA循環(huán)理論

2.1 PDCA循環(huán)理論概述

PDCA循環(huán)理論是著名的全面質(zhì)量管理的理論模型，如圖 1 所示，由 P(Plan)計劃、D(Do)實施、C(Check)檢查及A(Action)處理組成，通過對這四個環(huán)節(jié)的精心運作以達(dá)到最初設(shè)定的目標(biāo)。PDCA循環(huán)的特點是動態(tài)的，呈螺旋狀的上升式循環(huán)，每滾動一個周期，管理質(zhì)量提高一步。其優(yōu)點在于持續(xù)改進(jìn)、不斷完善且永無止境。

圖1 PDCA循環(huán)理論模型

2.2 PDCA循環(huán)理論在動態(tài)設(shè)備能源管理方面的應(yīng)用

將PDCA 循環(huán)理論應(yīng)用于能源管理中[3]，從事前，事中，事后，將能源管理和設(shè)備運行管理集成，對用能實現(xiàn)全過程控制，并形成閉環(huán)，以實現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)的能耗預(yù)警和動態(tài)的能源使用優(yōu)化?；赑DCA的動態(tài)設(shè)備用能管理循環(huán)的四個階段見表1。

在P 階段，制訂計劃。首先是找出問題，分析原因，確定主要因素，針對主要因素，制訂措施。具體到用能上，制訂節(jié)能方針，設(shè)定設(shè)備用能定額指標(biāo)，設(shè)定用戶舒適目標(biāo)，進(jìn)行優(yōu)化和排序。

在D 階段，實施用能管理方案。選取節(jié)能措施，跟蹤設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，督導(dǎo)設(shè)備用能，進(jìn)行節(jié)能潛力分析，按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)健全技術(shù)資料。

在C 階段，檢查糾正實施的結(jié)果。對比歷史數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析關(guān)鍵績效指標(biāo)，判斷是否達(dá)到預(yù)期效果。對能源計劃和執(zhí)行情況進(jìn)行考核糾正，進(jìn)行再檢測。

在A階段，優(yōu)化措施，準(zhǔn)備進(jìn)入下一循環(huán)。根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，把成功的經(jīng)驗和失敗的教訓(xùn)都納入標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、制度之中，鞏固已經(jīng)取得的成績。

某市委黨校采用PDCA 循環(huán)理論進(jìn)行設(shè)備用能管理取得了明顯成效,本文以其為例進(jìn)行闡述分析。

3 研究過程

3.1 用能分析

青島市委黨校占地面積7.1 萬m2，現(xiàn)有18 個部門，編制人數(shù)260 人，編外職工260 人，全年培訓(xùn)達(dá)5 萬多人次，高峰期培訓(xùn)學(xué)員400 余人。校內(nèi)建筑分為綜合樓、教學(xué)樓、多功能樓以及10座學(xué)員樓，總面積為7.1 萬m2?？照{(diào)采暖面積64 517m2，特殊區(qū)域包括信息網(wǎng)絡(luò)中心及計算機(jī)房、廚房以及消防監(jiān)控室，面積共3 700 m2。設(shè)備用能包括常規(guī)用能，特殊區(qū)域用能和水耗,如圖2。黨校培訓(xùn)人數(shù)不固定，根據(jù)全年培訓(xùn)總數(shù)平均到每個月的用能人數(shù)約870 人。

表1 基于PDCA的動態(tài)設(shè)備用能管理循環(huán)的4個階段

圖2 青島市委黨校設(shè)備用能圖

3.2 借鑒PDCA循環(huán)理論

3.2.1 P（plan）計劃階段

分析原因，設(shè)定目標(biāo)。根據(jù)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案，2020年公共機(jī)構(gòu)單位建筑面積能耗和人均能耗分別比2015 年降低10%和11%。針對這一目標(biāo)，對近五年設(shè)備用能情況進(jìn)行盤點，深入分析各項數(shù)據(jù)，查找用能漏洞，分析節(jié)能潛力。

以2019 年的電耗為例進(jìn)行分析，如表2 和圖3所示，總耗電量為2 615 516 kWh，分項電耗總計為2 510 895 kWh，差值為104 620 kWh。

表2 用電設(shè)備分項計量

圖3 用電設(shè)備能耗占比

從耗電量分項比例分布圖可見，特殊區(qū)域設(shè)備多且集中，部分設(shè)備24 小時運行，因此為主要耗電系統(tǒng)，其耗電量占總用電能耗的56%，其次為綜合服務(wù)系統(tǒng)，占總電耗的23%。由于黨校能源系統(tǒng)復(fù)雜，未對分系統(tǒng)分能源種類進(jìn)行分項計量，正陸續(xù)對計量儀器的安裝工作進(jìn)行完善，目前僅針對模塊的總量計算。圍繞電耗，查找總耗電量和分項耗電量存在較大誤差的原因如下：

1)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能差

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失是建筑物能耗的主要部分，占建筑物能耗的50%以上，因此需要發(fā)現(xiàn)外墻和外窗的節(jié)能潛力。綜合樓、多功能樓、1～3 號學(xué)員樓外墻實貼瓷磚，且有剝落現(xiàn)象，教學(xué)樓，8～12號樓為外墻涂料，熱工性能較差，增加了空調(diào)負(fù)荷，使能耗加大。需要對外墻進(jìn)行保溫處理，提高保溫性能。

2)鋁合金外窗保溫效果差

綜合樓和教學(xué)樓為單層玻璃，保溫性能一般，使空調(diào)負(fù)荷加大。雙層窗的傳熱系數(shù)比單層窗降低一半，窗上加貼透明聚酯膜，使用低輻射玻璃，改善隔熱效果和透光性。在室內(nèi)側(cè)的玻璃窗的傳熱系數(shù)比普通玻璃窗低40%左右，可大幅降低因輻射而造成的室內(nèi)熱能向室外傳遞，改善保溫性能。

3)特殊區(qū)域線路老化

檢查發(fā)現(xiàn)，消防監(jiān)控系統(tǒng)由于線路布置長以及線路老化等原因，其線路損失占用電量較大比例，需要檢修各線路，更換老化線路，以免造成電浪費和安全隱患。廚房設(shè)備多而雜，在非使用階段沒有及時切斷電源、開關(guān)等造成不必要的電能浪費。

4)綜合服務(wù)系統(tǒng)有節(jié)電潛力

對電梯系統(tǒng)的運行，除高峰時間，電梯在平時空載率較高，有不必要的能源消耗。需要對電梯進(jìn)行技術(shù)改造和加強(qiáng)運行管理。

5)制度不夠健全

在制訂節(jié)能管理制度中，應(yīng)著重特殊用能區(qū)域的節(jié)能管理，如廚房，能源種類多樣，設(shè)備多，能耗集中，極易忽視。要做到制度制訂的全面性，并做好落實，定期檢查，并公示檢查結(jié)果，納入部門考核。

6)目標(biāo)不清晰

制訂了節(jié)電率、節(jié)水率等節(jié)能目標(biāo)，但尚未制訂單位建筑面積能耗下降率、人均能耗下降率等節(jié)能目標(biāo)。應(yīng)建立健全節(jié)能目標(biāo)責(zé)任制，根據(jù)國家要求，細(xì)化各項能耗指標(biāo)，制訂單位建筑面積能耗下降率、人均能耗下降率等年度和長期節(jié)能目標(biāo)，采取有力措施，加強(qiáng)過程控制，確保完成節(jié)能目標(biāo)。

7)缺少獎懲激勵制度

目前節(jié)能工作的開展主要是建筑管理人員根據(jù)建筑的實際用能落實上級下發(fā)的節(jié)能目標(biāo)。各部門沒有對超額完成指標(biāo)的實行獎勵制度。行為節(jié)能作用不可估量，提高員工節(jié)能意識，激勵落實節(jié)能減排工作的積極性，減少不合理用能，對節(jié)能工作的開展具有重要意義。

8)能耗分項計量不精細(xì)

建筑年代較久，能源系統(tǒng)復(fù)雜，也未對采暖通風(fēng)空調(diào)、照明系統(tǒng)、室內(nèi)設(shè)備、綜合服務(wù)系統(tǒng)和特殊區(qū)域等分系統(tǒng)分能源種類進(jìn)行分項計量。雖然相關(guān)負(fù)責(zé)人員對計量儀器的安裝工作進(jìn)行完善，但是目前還只是針對模塊的總量，仍然無法區(qū)分每項系統(tǒng)的用能情況。

9)節(jié)能知識培訓(xùn)欠缺

進(jìn)一步加大宣傳力度，提高員工節(jié)能意識，有利于節(jié)能工作的順利開展。

3.2.2 D 實施階段：實施計劃，技術(shù)改造，嵌套PDCA循環(huán)

全校用電占水、電、油、燃?xì)獾饶茉纯傁牡囊话?，空調(diào)電耗占總能耗的比例約為13%，是電能消耗的首要來源之一。以空調(diào)電耗為例進(jìn)行嵌套PDCA 循環(huán)，此分支循環(huán)用P"D"C"A"表示，從運行管理和技術(shù)改造兩個方面進(jìn)行空調(diào)的節(jié)能研究。

P’計劃：分析空調(diào)設(shè)備能夠節(jié)能的主要部分和實際空間

節(jié)能目標(biāo)是為了降耗、減排，保證正常能源使用不受影響，房間溫度舒適度正常，而不是能源使用的控制。分析能夠節(jié)約的主要部分和實際空間,實現(xiàn)空調(diào)使用過程中的各環(huán)節(jié)的控制、報警及故障定位、安全監(jiān)測, 使能源管理發(fā)揮最大的作用, 保證廣大學(xué)員和教職工的合理用能。分析原因，發(fā)現(xiàn)問題如下：

(1)綜合樓和教學(xué)樓部分空調(diào)室外主機(jī)的連接管保溫層的外保護(hù)層老化脫落，造成冷熱損失，且空調(diào)外機(jī)換熱器較臟，影響外機(jī)的傳熱效果。

(2)三號樓和多功能樓的變壓器負(fù)荷分配不均，三號樓變壓器在空調(diào)不運行期間處于低負(fù)荷運行，造成能源浪費。

(3)制冷系統(tǒng)冷卻水泵和冷凍泵使用時間較長，能耗、噪音大且漏水。

(4)綜合樓的鋁制窗跑氣漏風(fēng)嚴(yán)重，冬天不保暖，夏天不隔熱，造成能源浪費。

D’實施:進(jìn)行技術(shù)改造，抓好流量管控

(1)對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行全面維護(hù)保養(yǎng)，定期對空調(diào)系統(tǒng)的室外和室內(nèi)機(jī)進(jìn)行清洗，提高空調(diào)的換熱效率。

(2)通過改變接線方式和運行方式，提高變壓器運行負(fù)荷率，以提高變壓器運行經(jīng)濟(jì)性。

(3)對辦公樓、1～3 號學(xué)員樓進(jìn)行維修改造，對外立墻面、屋面防水節(jié)能保溫處理及門窗進(jìn)行改造更換。

(4)對上述區(qū)域水泵系統(tǒng)進(jìn)行更新。

(5)根據(jù)天氣變化，隨時修正空調(diào)和采暖機(jī)組的工作參數(shù)，夏季控制辦公室溫度不低于26 ℃，冬季不超過20℃，改變了過去設(shè)置參數(shù)保持不變的操作方法，從而達(dá)到節(jié)電的目的。

(6)縮短空調(diào)的開機(jī)時間，將開機(jī)時間推遲1 小時，關(guān)機(jī)時間提前1小時，并且要求在空調(diào)運行期間關(guān)閉門窗，以減少能量損失。

C’檢查：檢查實施，進(jìn)行評估

嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備管理規(guī)定，加強(qiáng)設(shè)備檢修，全過程做好節(jié)能評估工作，及時維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備，確保其安全高效運行。經(jīng)統(tǒng)計，2019-2020 年度整個供暖季共用熱量14 409 GJ，較上一年度17 931 GJ，熱量消耗下降了19.6%，采暖費較上一年節(jié)約28.9 萬元。

A’處置：總結(jié)經(jīng)驗，轉(zhuǎn)入下一循環(huán)

下一步研究的方向轉(zhuǎn)入下一個PDCA 循環(huán)。下面是節(jié)能潛力再分析，規(guī)劃技術(shù)改造新目標(biāo)：

(1)根據(jù)制冷需求，升級控制系統(tǒng)。使空調(diào)系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程控制機(jī)組開啟次數(shù)和參數(shù)。

(2)引入余熱回收技術(shù)，進(jìn)行節(jié)能降耗。集中式空調(diào)設(shè)備可以使用熱回收技術(shù)，用于加熱生活熱水，以減少空氣源熱泵的消耗，可以大幅提高能源利用效率。

(3)對空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備安裝遠(yuǎn)紅外空調(diào)電源控制器，在使用率低的區(qū)域，安裝在場傳感器，自動控制空調(diào)的開關(guān)。

(4)安裝室內(nèi)溫濕度感應(yīng)器，以調(diào)節(jié)供能端的能源供給。

D階段采取其他措施全面實現(xiàn)能量管控：

（1）電梯：對1～3 樓層設(shè)置為高區(qū)運行，低區(qū)走樓梯，電梯節(jié)電率達(dá)30%，節(jié)能又健身。在寒暑假關(guān)停部分電梯，每棟建筑只保留一部電梯運行，減少空載率和待機(jī)耗電。

（2）暖氣：在做好日常設(shè)備管理的同時，注重優(yōu)化機(jī)組運行管控，在整個供暖季，根據(jù)人員在校情況和天氣情況及時變換機(jī)組運行方式，靈活調(diào)整暖氣閥門大小，將出水溫度控制在50～60 ℃之間（天氣寒冷時溫度在80～90 ℃），放假期間使部分樓宇低溫運行，有效降低熱流量；控制生活熱水的使用，減少管網(wǎng)損耗；加大跑冒滴漏的檢查與處理工作。

（3）空氣源泵：對余熱機(jī)組進(jìn)行升級改造，使機(jī)組的氣密性更加可靠，機(jī)組真空始終保持在要求值以下，減少開機(jī)頻次，從而達(dá)到降耗目的。

（4）辦公樓水電設(shè)備：按時檢查辦公樓內(nèi)的水電設(shè)備的運行狀況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，避免設(shè)備帶病工作。

（5）照明：堅決杜絕長明燈、長流水，要求各部門工作結(jié)束離開要及時關(guān)閉相應(yīng)電器電源，減少待機(jī)損耗，大部分區(qū)域都安裝了感應(yīng)燈。

（6）獎懲：加強(qiáng)節(jié)能管理，將節(jié)能降耗工作納入部門年終考核，實行節(jié)獎超罰的管理制度。

3.2.3 C 檢查階段：定量分析，診斷評價目標(biāo)完成情況

對能源利用效率、消耗水平，能源經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效果進(jìn)行監(jiān)測，評價目標(biāo)完成情況[4]。通過現(xiàn)場測試，選取典型功能房間，對建筑室內(nèi)的溫度，濕度，CO2濃度和光照度進(jìn)行抽檢，分析室內(nèi)環(huán)境狀況。檢查總能耗，分析照明、空調(diào)、電梯、辦公設(shè)備和特殊區(qū)域等主要用能子系統(tǒng)的能耗，計算各系統(tǒng)的能耗指標(biāo)。

通過分析總能耗得出，2019年水電熱力消耗較前兩年有明顯下降的趨勢，人均一次能源消耗下降12.21%，單位建筑面積一次能源消耗下降12.21%。2016年水耗有所上升，原因是冬季利用換熱板塊加熱生活熱水，導(dǎo)致市政用水增加，在采取積極的節(jié)能措施后，下降4.6%。2019 年培訓(xùn)人次增加，在基礎(chǔ)設(shè)施不變的情況下，能耗量下降，體現(xiàn)用PDCA 循環(huán)理論進(jìn)行設(shè)備用能管理的優(yōu)良成果。

單獨分析用能大戶——電耗，以2017 年和2018 全年電耗數(shù)據(jù)為例，如圖5 所示，全年逐月用電除1、8、9 月份外較平均。由于1 月份處于冬季采暖季，以集中供熱為主，也輔以部分的分體式空調(diào)。8月份電量偏高與天氣炎熱開啟空調(diào)有關(guān)，9月偏高與秋季開學(xué)學(xué)員人數(shù)增多有關(guān)。2 月份處于假期，用電量最小。圖4 為2017 年和2018 年電耗比較縱向曲線。

根據(jù)表3近五年電能消耗數(shù)據(jù)，將電耗、水耗和熱力消耗進(jìn)行標(biāo)煤系數(shù)折算：

熱力(1 000 MJ)折標(biāo)煤系數(shù) 34.12，水(萬 t) 折標(biāo)煤系數(shù)0.857，電力(萬 kWh) 折標(biāo)煤系數(shù)(當(dāng)量值)1.229。

建筑面積按照7.1 萬m2計算，每日用能人數(shù)按870 人計算。由于天然氣并非每月繳費，而是采用充值消費或季節(jié)繳費的方式，此處不作討論。

圖4 2017 年和2018 年電耗比較縱向曲線

表3 2015-2019五年能耗折標(biāo)煤數(shù)據(jù)

根據(jù)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案，2020年公共機(jī)構(gòu)單位建筑面積能耗和人均能耗分別比2015 年降低10%和11%。由表3 計算得出，2019年人均能耗比2015 年人均能耗下降了27.18%。單位建筑面積能耗下降了27.22%。

3.2.4 A 處理階段：總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，修正管理標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)入下一個PDCA管理循環(huán)

基于PDCA 循環(huán)的設(shè)備用能管理結(jié)果驗證：2019 年實際總電耗為2 615 516 kWh，分項電耗總計為2 510 895.36 kWh。

電耗平衡驗證系數(shù)為：分項電耗之和/總電耗=2 510 895.36 kWh/2 615 516 kWh=0.96,

滿足《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能源審計導(dǎo)則》誤差小于0.15 的要求。分項電耗之所以低于實際值，是因為某些設(shè)備統(tǒng)計困難以及使用率預(yù)估與實際有偏差造成。將其作為來年能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計和節(jié)能指標(biāo)[5]的參考。圖5 為2020 年7月建筑總用電月耗比較縱向曲線圖。

圖5 2020年7月建筑總用電月能耗比較縱向曲線圖

將近五年能耗逐月數(shù)據(jù)納入對比圖，如圖6 所示，可以看出，2015-2019 年，電耗呈現(xiàn)平穩(wěn)下降趨勢，這和黨校一系列節(jié)電措施的實施有著不可分割的關(guān)系。新的節(jié)能思路的計劃和落實待轉(zhuǎn)入下一個PDCA循環(huán)的P 環(huán)節(jié)[6]，不斷循環(huán)下去。

圖6 2015-2019 電耗和熱力消耗比較圖

4 結(jié)論

在設(shè)備用能管理過程中，要不斷推進(jìn)技術(shù)改造研究和實施, 通過實現(xiàn)科學(xué)管理,發(fā)現(xiàn)消耗漏洞、管理漏洞，加快節(jié)能減排新技術(shù)的應(yīng)用，并持續(xù)探索節(jié)能工作的新模式和新途徑,把能源管控工作做好做細(xì),將有限的資源用于保障教學(xué)科研工作。