公共建筑能耗监测系统计量数据常见问题分析

摘  要：对大型公共建筑能耗监测系统在日常的管理和应用中遇到的能耗计量数据问题进行了总结，并对形成原因进行了系统的分析，为以后能耗监测系统的推广提出了系统的建议。

    近年来，各级地区政府以及公共建筑业主和管理者，已充分认识到分项计量在公共建筑节能中的重要性，政府主导或业主自发地在各类公共建筑中安装了多块电表，并搭建起建筑能耗监测平台，为公共建筑节能管理打下基础。然而，在实际工作中却发现，由于公共建筑使用功能非常复杂，原有配电系统与实际的用电设备状况、用电责任人都有较大的出入，导致计量得到的能耗数据说不清意义，也就无法真正的“用能耗数据说话”来进行节能管理。这导致有相当多的能耗监测平台建成以后不久就处于停顿甚至“瘫痪”状态，未能充分发挥作用。因此总结和分析能耗计量数据在日常运行管理出现的问题，避免走“重建设、轻运营”的老路，对让真正能发挥作用的公共建筑能耗监测平台能运营下去，同时借鉴已有经验，重视计量数据对大型公共建筑节能管理的应用，使得对未来建设的平台能够有效、节俭地推进具有重要意义。

    建筑能耗监测系统是指通过对国家机关办公建筑和大型公共建筑安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现重点建筑能耗的在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。分项计量是指将建筑消耗的各类能源按其主要用途划分，并进行数据采集和分析整理的技术，如：某大型公建能耗可以划分为空调用电、动力用电、照明用电、特殊用电等。分项计量技术主要借助详细的现场调研、合理的方案设计，以及精准的计量分析工作，其常见计量装置包括电表、水表、燃气表、热(冷)量表等。

    以分项计量数据为基础指导大型公共建筑的运行管理和节能诊断，如何保证数据质量是整个过程中的关键问题，不然会产生错误的分析结果，导致错误的决策。从技术难度来看，建筑基础信息的收集和能耗数据分项计量是一项技术门槛相对较低的工作，然而在大量的实际工程应用中，分项计量数据质量的问题仍然普遍存在，有的甚至十分严重。另一方面，对能耗计量数据的应用，尚且缺乏全面的认识。概括起来，主要有以下四点问题：

2.1  建筑基本信息不完善

    公共建筑能耗监测系统中需要对每一栋建筑制定基本的属性标签，以方便建筑物的分类、能耗数据查询配置和各项性能指标的计算。建筑基本信息主要包括地理位置、建筑功能属性、面积、空调系统形式、建筑中常规人数等。建筑的功能属性是指办公、商场、酒店、医院等。大多数公共建筑属于单一功能建筑，例如政府办公楼。但这些建筑中通常会附带少量的其他功能区域，例如办公楼首两层的一部分出租给了一家饭店，或者在某层安置了一个规模较大的计算设备中心。这些附加功能区域通常所占面积较小，但能耗特征和能耗强度与主体功能区有较大差异，如果不加以区分，会使得后期能耗分析和比较偏离实际情况，影响诊断结果。所以在建筑能耗监测系统设计之初就应当将这些区域与主体功能区分离，明确记录特殊功能区域的属性和面积，并独立计量该区域的能耗。公共建筑通常采用中央空调系统，空调系统能耗一般占建筑全面总能耗的30%-50%，而空调系统形式的不同对空调能耗会造成较大的影响。空调系统形式是指建筑采用中央空调系统还是分散式多联机，对于中央空调，末端形式是分散式风机盘管系统还是集中送风，冷源形式是风冷还是水冷。现阶段，大多数能耗监测系统没有考虑此项因素，导致在多建筑能耗对比中，分析结果缺乏对实际节能改造工作的指导意义。因此，有必要将空调系统形式纳入建筑基本信息统一收集。

    除了属性信息的全面性问题以外，建筑面积、常规人数这些量化信息的准确性也是一项突出问题。单位面积（分项）能耗是建筑能耗分析中常用的能耗指标，相对应的建筑总面积、空调总面积成为关键参数。而工程实践中往往出现能耗数据与面积不对应的情况，使得计算得到的单位面积能耗指标失去指导意义。例如，某单位办公楼面积2万平方米，同时在该楼旁边还附带一个4000平方米的小型办公楼。这两栋建筑统一配电，建筑能耗监测系统采集到的是2.4万平方米办公建筑的能耗，而面积信息收集时只记录了主楼2万平方米，这就会导致单位面积能耗指标计算偏大20%。

2.2  长期数据质量需要提高

    公共建筑能耗监测系统强调对建筑用能数据的长期监测，特别在使用过程中，不仅仅观察近期的动态变化，同时需要综合分析历史以来的所有数据特征。因此，长期有效地保证数据的高质量，对能耗数据应用来说至关重要。然而在大量工程实践中，该问题并没有予以足够的重视，最终导致安装了能耗建筑能耗监测系统，但得到的数据却不能用。主要表现在以下三种数据质量问题：

    （1）数据丢数。现阶段普遍采用的数据采集系统应用的是总线模式，即数据从每个末端到中央主机，一般要经过物理测量、信号采集、信号变送、网络传输、读取和储存等多层过程。这种信号传输模式遵循串联结构，其中任何一个环节出现问题都会导致信号中断。临时性的问题导致的中断，通过重新传输可以弥补；但采集器或者网络物理上的问题导致长期数据中断，很难找回丢失的数据。由于运行人员缺乏建筑能耗监测系统的及时监管，常常导致数日，甚至一个多月数据丢失；

  （2）数据错数。电表计量的原始数据是累计电耗，而通常使用的是时间规范化以后的差分结果。有些电表设置的电量记录上限较小，超过上限就会清零重新开始记录。这就导致直接差分逐时电耗会得到极大的负电耗。另一种普遍的情况是某些支路或子分项的能耗由上级总电耗与其他支路电耗作差获得。当其中任何一路电表记录的数据出现问题时，都会影响到作差的支路的能耗数据，有时会出现负数，有时也会出现很大的电耗值；

    （3）数据乱数。建筑中许多大功率的设备，或重要的租户配备的双路供电。在计量配置过程中，一般只对主力供电支路安装计量电表，备用支路不装表。这就导致当投切到备用支路时，原支路对应的设备电耗突变为零，而在备用支路的上级电表处出现了能耗突增。更有甚者，末端系统在使用中调整或改造，原有的主备支路互换，或改作他用，使得计量数据与最初调研配置的关系不相符。以上问题都可以通过数据预处理来解决。在采集到原始数据之后，设计一些简单判断条件，对数据的连贯性、突变情况做出判断，并针对这些情况作出相应的自动修正或报警，就能够及时较好的保障数据质量。有效避免数据长期丢失和错误。

2.3  主路下属设备调研不足

    公共建筑能耗计量与监测在提出之初，就强调了依照用能类型，对能耗分类分项。从2006年绿色建筑标准中对能耗分项计量的规定，到2008年住房城乡建设部印发的技术导则附件中对分项计量设计和安装的规定，都明确指出对空调系统、照明插座、电梯、水泵等独立计量。由此形成一个树状的能耗监测框架，实现从建筑总能耗出发，分类逐级搜索各类设备能耗和运行状况的管理模式。在能耗分项实施的过程中，需要考察每一路被计量的用电支路下属设备，根据设备类型对该支路的能耗数据进行分析。正是在这个过程中，容易出现调研不充分、设计不完善，最终导致分项落实不足，能耗数据难以使用。主要表现为以下三种典型情况：

    （1）支路计量不完善，总数与分项总和相差较大。在一些工程项目中，只计量了部分配电柜的能耗，计量能耗都不足能耗的60%，使得计量结果中“其他”分项的能耗很大，没有充分起到能耗分项的作用。还有一些工程中由于不方便计量总能耗，直接用计量的部分能耗求和作为总能耗，导致能耗评估时能耗水平较低的假象；

    （2）不做详细调研，单纯依照支路名称分类。在配点设计时，通常会根据支路的主要功能予以命名。例如“三层A区照明”，而其下属设备除了照明灯具以外，还包括有少部分插座和一台新风机。在建筑能耗监测系统设计时，只调研了一级配电，而不深入调研二级配电情况，草率做分类，导致空调设备和照明混合计量的情况；

    （3）忽视后期改造的调研。典型现象是建筑使用过程中安置计算设备中心，往往在初期配电设计时是无法考虑和体现的，所以从配电图纸上通常找不到这类高能耗设备的配置信息。这就需要在建筑能耗监测系统设计或改造的过程中，重点考虑，并调研清楚。支路信息调研不充分，甚至不调研，直接导致计量得到的数据没有明确的分项属性，无法按照标准的能耗分项模型归类和应用，失去了分项计量工程的基本意义。非但起不到辅助节能管理、发掘节能潜力的作用，反而总价运行投入、误导能源管理工作。因此在建筑能耗监测系统设计、安装阶段，详细调研末端设备和配置信号端口名称的工作对能耗建筑能耗监测系统的有效性显得尤为重要。

2.4  能耗数据应用不充分

     能耗数据是建筑中各类系统和设备运行状况的终端表现，通过分析分项能耗的数值及其变化特征，在一定程度上可以了解相应的系统和设备的运行管理状况。这使得公共建筑能耗管理变得更加细致和精确。能耗建筑能耗监测系统可以帮助管理者跟踪买一台主要设备的运行情况，在提高管理水平的同时，减少人力成本。但在许多建筑中，建筑能耗监测系统并没有得到管理者的足够重视，往往只是作为逐月抄表的工具，或是直接交给节能诊断团队来分析处理。而实际上，以计量数据库为基础，实现一些基本功能是很容易的。例如，自动生成关键设备运行状况日报表和月报表，主要包括冷机、大型水泵、大型风机、主要功能区照明、电梯等，基本参数可以包括最大电流值、最大功率值、总运行时间、机械正常与否、日累计电耗、同期对比情况等。这些简单的参数报表不需要专业化的计算分析技巧，对已有的计量数据直接读取并辅助简单的四则运算即可完成。

     针对上述能耗计量数据在日常管理和应用出现的问题，结合笔者的实际项目经验，认为应该从如下几个方面着手：

    （1）不将“不清不楚”的能耗计量数据放进能耗数据库。要计量的这一条配点支路，究竟带了什么用电设备、正常的使用功能是什么、正常的开启时间规律是什么都要弄清楚，计量得到的电耗数据对节能管理才有意义。

    （2）能耗计量既要“抓准重点”、又要“全面覆盖”。这二者看似是矛盾的，“鱼与熊掌不可兼得”，实则不然。有些公共建筑装上百块电表，但进行能耗分拆时仍有50%是“其他”，显然能耗计量没有抓准重点，也没有实现全面覆盖。实际公共建筑中能耗也在一定程度上符合“二八原则”：整个建筑物80%的电耗可能是数量上仅占20%的用电设备消耗的。对公共建筑的实际用电支路状况进行分析，选取能耗高且变化复杂的支路或用电设备进行装表计量，往往起到事半功倍的效果。

    （3）能耗计量数据的储存“一步到位”。这里所讲的“一步到位”是指计量下来的能耗数据，应当被清晰、整齐地储存为电子表格形式，不能是潦草的手抄计量数据，也不是错误百出、单位不清、时间混乱不统一的原始数据表格。这样就能使得下一步节能管理着不必花费时间精力去“重新梳理”能耗计量数据，确保了节能管理的有效性。

     为了使大型公共建筑能耗监测系统发挥更好的作用，需要建筑管理者转变原有的粗放型管理思路，从单纯监管逐月建筑总能耗的模式转变为逐时分项管理，从只看自己转变为互相对比，找差异找问题。随着数据开放化的程度不断提高，大型公共建筑能耗监测平台不仅仅是一个“显微镜”，形成的数据网络平台也是一个“望远镜”。确保能耗计量数据的真实、有效，提高数据质量，加强数据的实际应用如对同类建筑的分项能耗进行排序、比较，对能耗曲线特征做对比等，可以帮助建筑管理者找到运行管理中的那些习惯性的错误，可以更好地形成一套完善的能耗、能效体系，帮助节能诊断。