楊峰峰 （上海紐約大學， 上海 200122）

城市現代化發(fā)展伴隨著大量的樓宇建設活動，而隨著存量建筑的增多，在其壽命周期占有可觀比重的運維能耗，無疑已成為社會能源消耗的重要場景。因此，加強各類樓宇在運維環(huán)節(jié)中的能源管理，勢必成為社會低碳化發(fā)展的重要切入點。

高等院校作為國家教育和科研機構的重要載體，其在能源等公用資源中可能享有一定的政策優(yōu)惠，與社會化的樓宇建筑相比，其在節(jié)能運維方面，存在一定的自我驅動力不足的問題[1]，包括能耗數據僅流于統(tǒng)計上報的層面、缺乏突破傳統(tǒng)管理的意識、不能正確認識節(jié)能潛力、缺少專業(yè)運維人員等情況。本文以上海某高校所轄的綜合樓為研究對象（標的物），對其運維狀況開展調查分析。借助能源審計的思路，對其歷年的能耗（電力）數據進行全面的縱橫向分析，并對其能耗強度進行評價。結合現場的一線運維狀況，著手發(fā)掘該標的物的節(jié)能潛力，為其制訂針對性的節(jié)能建議和措施。

1 建筑物概況

1.1 基本信息

標的物為上海某高校的綜合樓，竣工于 2014 年，總建筑面積為 6.5 萬 m2，集合了辦公、教學、試驗、科研、餐飲、車庫等多種功能；為鋼結構玻璃幕墻建筑，幕墻型材為斷熱鋁，玻璃規(guī)格為 6Low-E+12A+6，圍護結構熱工性能滿足 GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設計標準》。

標的物常駐人數為 1 000 人，各業(yè)態(tài)面積情況如表1所示。

表1 標的物各功能區(qū)面積一覽表單位：m2

1.2 設備及自控系統(tǒng)概況

大樓配置有基本的空調自控系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)以及高配站電力監(jiān)測系統(tǒng)，具有一定的自動化控制基礎。主要的用能設備如表2 所示。

表2 標的建筑物主要用能設備一覽表

1.3 分項能耗數據來源

本文所有分項原始數據取自于高配間低壓饋線柜以及樓層二級配電箱柜面的計量電能表。該類表具每月有定期抄表記錄。分項能耗劃分原則參考 DGJ 08-2068—2017《公共建筑用能監(jiān)測系統(tǒng)工程技術標準》對能耗子項的定義。

2 建筑能耗分析

2.1 歷年總電耗分析

對標的建筑物 2017—2020 年逐年的總電耗及其各分項用電的占比情況進行分析，所得如圖1 所示。由圖1 可知，空調用電歷年均占到大樓總用電的 40% 以上，為大樓的頭號用電類別；其次為特殊用電，占比約為 25%，隨后為照明用電和插座用電，占比分別達 15% 和 12%。從絕對消耗量上來看，大樓的總電耗每年呈上升趨勢，觀察各分項用電逐年的絕對消耗量（圖1 次坐標折線圖）可知，空調用電與特殊用電的歷年能耗呈現出較為明顯的上升趨勢，照明能耗除在 2020 年有所回落，此前各年也處于上升趨勢，分析知原因為 2020 年學校較長時間處于疫情防控期，在校師生人數減少所致。

圖1 歷年電耗結構及各分項用電變化趨勢圖

2.2 逐月電耗分析

歷年逐月總電耗變化趨勢如圖2 所示。由圖2 可知，每年的能耗峰值均集中在 7—9 月，主要是因為該段時間屬于大樓典型的制冷空調季，空調使用強度的提高使得該月份能耗顯著提高。另外，縱向觀察歷年峰值點位 8 月份的情況，可知，歷年的月度能耗峰值也呈現出明顯的上升趨勢。觀察能耗谷值出現的時間，可知多集中在每年的 3—4 月，次谷值時間為每年的 10—11 月。分析可知：原因為這兩個時間段恰為空調過渡季，空調使用強度低，對比兩個過渡季的絕對消耗量，可知春季過渡期的電耗歷年均要稍低于秋季過渡期的電耗（2017 年除外）。

圖2 歷年逐月總電耗變化趨勢圖

此外，選取典型年份 2019 年的分項電耗進行逐月分析，以便認識分項電耗與月份之間的變化關系，如圖3 所示。由圖3 可知，空調用電隨月份變化呈現出的最為明顯的相關性。8 月份峰值電量與過渡季的谷值電量可相差 2 倍多，特殊用電在 8 月份也呈現出小幅度的峰值，其他分項用電隨月份變化不大，基本呈平穩(wěn)態(tài)勢。這兩條曲線均與總量的變化曲線（圖2）做了呼應。每月各分項用電量的比重位次除 11 月份外，其他月份均與年度衡量角度的結果相同，依次為空調、特殊、照明、插座和動力。

圖3 典型年份（2019 年）各分項用電逐月變化情況

2.3 能耗強度分析

對歷年的單位建筑面積年耗電量和人均年耗電量分別計算分析，如圖4 所示。由圖4 可知，標的物的這兩項指標實際數據歷年均分別在 120 kWh/(m2·a)以上和8 000 kWh/(人·a)以上；與《高等學校建筑合理用能指南》所給出的指標限值進行對比，本標的物在這兩項指標上的表現極差，遠遠超出 DB31/T 783—2014 規(guī)定的 3 級限值水平［分別為 70 kWh/(m2·a)和 1 658 kWh /(人·a)］。推測原因，可能由于本建筑物雖為高校使用，但其內部功能業(yè)態(tài)較為多元，不屬于典型的高校建筑，將其與典型的高校建筑指標進行類比，一定程度上有失妥當。根據 2017年度上海市公共能耗監(jiān)測平臺的數據分析[2]，其為綜合建筑給出的能耗指導值為 124 kWh/(m2·a)，是當年入網所有建筑平均能耗—108 kWh/(m2·a)的 1.15 倍。由于后續(xù)年份僅可獲知聯(lián)網建筑平均能耗，未給出綜合建筑的指導值[3-4]，因此，本文擬采用 2017 年度兩者的比例（1.15倍）推定其他年份綜合建筑的能耗強度，所得數據如圖4中的參考線所示（圖4 為空調用電二級子項的情況）。由圖4 可知，基于該推斷，標的物的能耗強度在 2017 年尚在指導值以內，后續(xù)年份陸續(xù)突破指導值，能效表現逐年下降。截至目前，尚未查得 2020 年度的聯(lián)網建筑能耗分析數據，因此該年度的基準線暫時缺失。

圖4 單位建筑面積年電耗與人均年電耗分析

2.4 二級能耗拆分

由前述可知，大樓 65% 以上的能耗集中在空調用電和特殊用電，為進一步認識其所轄的二級能耗子項的情況，對這兩項能耗的二級子項進一步拆解分析，如圖5 所示。

圖5 歷年空調用電二級子項結構以及其各單項變化趨勢圖

由圖5 可知，空調末端（新風及水源熱泵主機）的能耗占到空調用電的 60% 左右，成為空調用電二級子項中的頭部類別，而循環(huán)水泵、冷卻塔和冷熱源主機的各自占比均在11% 左右，相差不大。觀察各單項的變化曲線（圖5 次坐標），可知，除空調末端設備能耗呈現上升趨勢以外，其他子項能耗基本與往年保持平穩(wěn)。從絕對消耗量上來說，冷卻塔、空調輸配系統(tǒng)以及冷熱源主機 3 個子項的能耗歷年也較為接近。

對特殊用電二級子項的情況進行逐年分析，如圖6 所示。由圖6 可知，數據中心的能耗每年均占該類別能耗的70% 以上，屬于特殊用電子項中的頭部用戶，隨后的占比位次（2017 年除外）依次為廚房用電（約 13%）、試驗室用電（約 6%）、地下車庫用電（4%）、安保中心用電（3%）和會議中心用電。觀察各單項曲線的變化情況（圖6 次坐標），可知其二級子項中，數據中心的用電呈現出顯著的逐年上升趨勢，是特殊用電總消耗量上升的主要原因。廚房設備由于 2020 年疫情控制的原因，開業(yè)時間受到影響，相應能耗有所回落，其他子項每年基本呈平穩(wěn)狀態(tài)。

圖6 2017－2020 年特殊用電二級子項結構及其各單項變化趨勢圖

3 節(jié)能潛力分析及建議

3.1 空調系統(tǒng)

空調系統(tǒng)用電占到大樓總能耗的 40% 以上，而其二級能耗子項中，空調末端系統(tǒng)（即新風機組和水源 VRV 主機）的能耗又占 60%。分析原因，大樓屋頂帶熱回收功能的新風機組和樓層組合式新風機組相接駁的方式，前者風機雖為變頻但并未與風管內的送風壓力進行聯(lián)動，未能根據實際用量及時對總風量進行調節(jié)，導致屋頂新風機不能及時捕捉樓層新風機啟停數量的變化，進而損失掉變頻可帶來的節(jié)能潛力。此外，大樓有相當部分的新風采用與 VRV 室內機合并出風管的方式送出，導致在 VRV 內機未啟動時，新風的出風效果大打折扣，過渡季節(jié)本可以利用新風冷卻的便利資源，因為新風送出效果受到影響而失去了應有價值，使得末端用戶不得不開啟室內機以加強送風效果，相應也加大了水源 VRV 主機的使用強度，使得其能耗長期高位運行。

另外，大樓空調采用水源 VRV 熱泵，室內控制面板有主/分面板之別，且分面板的模式伴著主面板模式的切換而隨之調整；此種特性對空調系統(tǒng)的分區(qū)提出了嚴苛的要求，否則會導致大量不必要的能源浪費。如大樓空調未按照內外區(qū)進行劃分，導致面對“西曬”（建筑物西向區(qū)域在夏季的下午會面臨大量的日照直射，對室內溫度的控制提出挑戰(zhàn)）問題時，原本可處于通風模式的內區(qū)空調，由于同處一個群組下，而不得不隨著主面板切換為制冷而隨之切換為制冷，內區(qū)用戶可以手動再恢復至通風模式，但往往在意識到問題之時已為時久矣，或索性置之不理，無意中增加了水源 VRV 主機的電耗。此外，會議室、辦公室等不同功能區(qū)的空調被劃在同一群組，如會議室由于瞬時人員密度的增加需要制冷，此時又會將與其同處一個群組之下的辦公區(qū)空調也切換至制冷模式，辦公人員在面對此類問題時不堪其擾，無暇他顧。

3.2 照明系統(tǒng)

大樓僅走道區(qū)域的照明納入照明控制系統(tǒng)中，其余各功能區(qū)域內的照明均由末端面板自行控制，如教室、會議室。該類區(qū)域仍具備一定的公共屬性，由用戶通過面板進行控制的方式在管理上有一定的粗放性，在可能的情況下應增配人體感應照明模塊，以保證房間空置時及時關閉照明。同時，多數教室都有大面積的臨窗區(qū)域，因此臨窗區(qū)域的照明采用光感控制也極為必要。照明系統(tǒng)優(yōu)化空間梳理如下。

（1）大樓公共區(qū)域的照明已采用 LED 燈具，但大量的功能區(qū)內的光源仍為熒光燈，此類光源的改造會有可觀的節(jié)能效益。

（2）樓梯間轉角處照明和踏步上方（應急）照明，均為 24 h 常亮，可將轉角處的普通照明設為聲控感應功能的照明，減少長明燈的存在。

（3）公共區(qū)域靠近外窗處的照明，未借助自然光線資源進行室內照明。應配置照度感應功能的照明，應控制系統(tǒng)以減少人工照明。

（4）核心筒內衛(wèi)生間照明未納入照明控制系統(tǒng)，由后勤人員手動定時管理的方式亦出現疏漏。宜為此區(qū)域的照明增配時鐘控制功能。

3.3 插座用電

插座用電主要取決于用戶末端的用電行為。除常規(guī)的辦公用電取自插座以外，部分科研設備儀器也取自插座。這部分的節(jié)電空間完全取決于末端用戶的行為意識?；诓遄秒姷奶攸c，建議大樓可定期開展節(jié)能巡檢，對公共區(qū)以及用戶區(qū)的用電行為進行抽檢，尤其是針對用戶自行配置的小電器（如空氣凈化器、取暖油汀等），及時督導其在使用過程中落實行為節(jié)能。

3.4 動力系統(tǒng)

大樓動力分項用電主要在于電梯能耗。目前大樓所有電梯均為全天候 24 h 待機，即使在夜間時段，大樓進出人員較少，所有電梯及其轎廂照明仍處于全負荷待機狀態(tài)，存在較大的節(jié)能優(yōu)化空間。查其原因，大樓電梯系統(tǒng)缺少休眠模塊，無法在低使用頻次時進入自我休眠以節(jié)約待機能耗，從長期使用的角度建議電梯增配該功能。

3.5 特殊用電

由于數據中心的特殊性，內部設備的使用和管理相對獨立，其內部的基礎環(huán)境控制亦由用戶自行調節(jié)，設施運維團隊僅可監(jiān)測其總能耗，未能對其內部的空調運行施行精細化管理，對實施統(tǒng)一的用能管理帶來不便。建議設施團隊每月對數據中心的總能耗進行同比和環(huán)比分析，通過月報的形式告知責任用戶，以便激勵其自主進行能耗管控。關于廚房設備的能耗，其與供餐量也有密切關系，但對廚房人員的行為節(jié)能意識加強培訓和督導，仍應是長期不懈的工作著力點。

試驗室區(qū)域的用電子項除涵蓋其專有設備的負載，還包括試驗室配置的自有空調，因此其能耗具有一定的季節(jié)性特征。由于試驗室對其內部環(huán)境的溫濕度有相對較高的要求，且其自有送排風機均設置了變頻機組并與風管靜壓聯(lián)動，因此本次評估認為該區(qū)域在設備運維上的節(jié)能空間相對有限。地下車庫分項雖在特殊用電類別中占比很小，但據現場勘察，車庫區(qū)域的照明存在較大的節(jié)能空間，部分未開放的車庫區(qū)域仍如開放區(qū)域一樣，照明全負荷 24 h 供應。照明回路雖有區(qū)分車位照明和車道照明，但實際運營并未進行利用，需加強對工程運行方案的精細化管理。

4 結 語

節(jié)能運維是樓宇在運維階段的重要任務。本文通過標的建筑物的分項計量大數據進行細致分析，對標的建筑物后續(xù)的節(jié)能運行給出了針對性的方向和切入點。大樓用電分項中，空調用電與特殊用電合計占據了總用電量的 60% 以上，而空調末端用電和數據中心用電又分別作為兩者的二級能耗子項的主體，在其用電分項中占據著重要位置?？照{系統(tǒng)的原始設計為空調末端的節(jié)能運行設置了諸多挑戰(zhàn)，需要后期運維人員以及終端用戶的通力協(xié)作，方可實現節(jié)能運維的應有之義。數據中心的精細化管理需突破用戶主體之間的壁壘，引入激勵機制，以貫徹全面的節(jié)能運維。

與公共能耗監(jiān)測平臺的大數據相比，標的物近年的用電能耗強度一直處于高位水平，存在極大的節(jié)能必要性。自動化控制手段的不完善和用戶行為節(jié)能意識的淡薄，均是大樓實施節(jié)能運維的突破點。