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基于分项计量数据的大型公建能效诊断方式构建与在线诊断

宣布时光:2017-10-20 14:06起源:上海智能建造建立协会浏览数:0

基于分项计量数据的大型公建能效诊断方式构建

与在线诊断

The diagnostics methods and online diagnosis for energy efficiency of public buildings based on sub-metering data

上海腾天节能技巧无限公司  张皓 陈莹

 

【择要】上海市大少数大型大众建造装置了能耗分项计量体系,计量数据均传至地区性监测平台。在线能效诊断,是能耗数据利用的一个偏向。本文驻足分项计量数据基本上风和被评估者的需要,构建了一套大众建造的梯级能效评估方式。基于数据模子和基于规矩断定方式,是该评估方式的两个中心思绪。本文的示例展现了差别情景下的诊断流程,实现地区机能耗数据监测平台的在线能效诊断。

【要害词】分项计量数据;能效诊断;在线诊断;

Abstract: The majority of large public buildings in Shanghai has installed energy sub-metering system, which  data are transmitted to the regional monitoring platform.. Online energy efficiency diagnosis is a direction of energy consumption data application. In this paper, a set of energy efficiency evaluation method for public buildings is established based on the advantages of the sub-metering data and the demand of the public building evaluated, . The data model an the rules of judgment are the evaluation methods of the two core ideas. The example shows a list of diagnostic procedures in the typical scenarios to achieve the online energy efficiency diagnose  in regional energy  monitoring platform

Keywords: sub-metering data, energy efficiency diagnostics , online diagnosis

 

0 媒介

统一范例大众建造的能耗曲线在雷同用能周期内存在明显的类似特点,因此针对差别范例的大众建造,相干国度尺度和处所尺度均规定响应的能耗尺度(即单元面积能耗强度值)。而在调研中得悉,楼宇业主或物业治理者却对此尺度持有差别态度,以为即就是同范例建造,每幢建造的形体、耗能体系、运转战略、配电构造及末了使用装备和职员密度等等诸多影响要素招致建造与建造间的动力耗费量存在较大差别,单元面积能耗密度缺乏以评估其楼宇能耗程度的高下,对楼宇一样平常治理和建造节能任务的领导性不敷。课题组从既有建造的分项计量数据基本和被评估者的需要动身,以为构建一套对大众建造能效评估系统尤为须要。

1 构建梯级建造能效诊断指标

为了正确评估单体楼宇的能效程度,行业内学者采取了诸如白箱盘算模子、灰箱盘算模子和黑箱盘算模子等差别方式停止剖析盘算,以取得实用的单体建造能效诊断方式。根据被评价楼宇的现实情形选用模子,如图纸的完全度、汗青数据的存储量及颗粒度等等。取得差别模子、差别角度的剖析成果,对于动力治理任务都存在必定的领导意思。

(1)能效指标分类

驻足能效诊断指标的可行性和诊断成果的正确性,分层级停止能效诊断:即全楼宇能效诊断指标(基于总能耗)和建造系统/装备层级能效指标。

基于总能耗的全楼宇能效诊断,重要采取能效对标、能耗排名、辅以修改因子的能耗趋向猜测值比较来评估建造团体用能程度能否处于公道区间,经由过程横向比拟和纵向发掘来发明治理破绽并实时处理,晋升节能认识。

建造系统/装备层级的诊断根据建造设备范例建立具有系统/装备运转特点的能效测评指标,评估工具包含空调、照明、能源等建造重要耗能体系和冷热源机组、输配水泵等主要用电装备。

相较全楼宇能效诊断,建造系统/装备层级用能效力的评估与诊断须要愈加细化的能效指标,因而,诊断模子的树立须要平台挪用更多参数,以确保诊断成果的正确性。

(2)剖析方式与实用性

罕见的大型大众建造能效数据特征的剖析方式有统计剖析方式和模仿剖析方式。统计剖析方式建立在汗青能耗统计数据的基本上,应用统计学方式剖析建造能效,简略易行,消耗少,易与国度实行的“能耗统计、动力审计”轨制联合,因为研究的基本是建造现实能耗,更易于被民众接收和承认。模仿剖析法存在较强的技巧公道性,它能够摒弃建造计划和运转中诸多分歧理的要素,经由过程建立能耗模子来剖析建造能效。模仿剖析法建模任务量大,对研讨职员的实际教训和专业常识请求较高,建造模仿条件与事实情形每每存在较大的差别,使其应用遭到制约。

对于详细建造,在没有业态调剂或许节能改革等大变故的前提下,定量猜测是对汗青数据停止处置的方式,其基本是以为未来是从前和当初的天然连续,完整能够采取数学和数理统计的方式停止点或面的猜测。定量猜测有两种常用的方式,一类是回归剖析,其所树立的因果模子不只可能用于猜测,并且还可能用来说明系统外部运转的起因和各个要素之间的关联,包含简单回归模子和多变量回归模子等;另一类是时光序列剖析,它不关怀影响这个体系运转的要素是什么,只依附于汗青观察数据和它的数据形式,包含指数腻滑、自回归-挪动均匀等模子。

经重复比拟剖析后,咱们选用特点均匀值,采取向量回归,高斯进程回归等算法构建响应的猜测模子。

对于建造级能效剖析,缭绕全楼宇层面的能耗数据,采取能效对标、能耗剖析、用能排名等方式对建造停止能效评价和诊断。受限于指标定位较为微观,指标数据所含信息量较少,现在仅能在团体视角中对建造停止能效评估。对于体系/设备层级能效剖析方式,对末了能耗机能指标分级,逐级评估建造用能。梯级能效诊断指标与剖析方式汇总如表1所示。

表1  梯级能效诊断指标与剖析方式汇总

能效诊断指标

剖析与诊断方式

数据基本

全楼宇

能效诊断指标

能耗强度指标

回归模子

特点均匀模子

高低限模子

阈值判断

对标

无效汗青能耗数据

景象参数

出租率

体系

层级能效指标

照明体系

阈值判断

高低限值判断

无效汗青电耗数据

景象参数

装备台账

运转参数

能源系统

空调体系

装备

层级能效指标

空调机组COP

冷热量预算法

规矩判别

无效汗青能耗数据

景象参数

装备台账

运转参数

冷热量负荷

水泵运送系数WTFchw/WTFcw

规矩判别

末了能效比EER

规矩判别

 

2 基于数据模子的建造能效诊断方式

(1)诊断思绪

斟酌到分项计量数据特征,实现平台级的能效在线诊断从牢靠性和可行性动身,经由过程数据拟合技巧而非物理规矩来树立能耗的猜测模子,使用数据驱动法停止能效诊断,是优先思绪之一。基于汗青数据练习出的猜测模子,应用隐含信息猜测将来能耗值,综合专家(工程)教训和客观用能特征制订响应诊断规矩,对建造以后能效状态作出公道、无效评估。

(2)猜测模子的构建

大型大众建造的用能稳定与节令变更非亲非故;

差别范例建造冷热负荷需要差别;

差别范例建造、差别建造单体间的运转时光均有差别;

综上,依节令分别,建立响应的回归猜测模子和特点均匀模子;依诊断建造范例的差别和时光周期的差别,猜测模子引入差别变量。

周猜测、日猜测和小时猜测等三种猜测成果在既有平台前提下均能够疾速实现。三种猜测合计11个模子情势。日猜测模子在现实利用中较为常用见,如表2所示,在此胪陈。

2 日能耗猜测模子分类汇总表

范例

日能耗猜测模子

参数阐明

 

A.景象参数回归模子

 

Y=C0+C1×T+C2×T2+C3×T3

Y是该项能耗量;

T是景象参数,分辨表现当天的均匀温度;

C0、C1、C2、C3是常数,由练习数据回归得出

B. 将空挪用电作为自变量的回归模子(任务日与非任务日一同)

 

Y=C0+C1×WW+C2×EAC

Y是该项能耗量;

WW是任务性子参数,任务日取1,非任务日取0;

EAC是当天的空挪用电分项能耗;

C0、C1、C2是常数,由练习数据回归得出

C. 将空挪用电作为自变量的回归模子(任务日与非任务日离开)

Y=C0+C1×EAC

Y是该项能耗量;

EAC是当天的空挪用电分项能耗;

C0、C1是常数,由练习数据回归得出

D. 针对任务日与非任务日未离开的数据模子

d.jpg

x和y表现任务日与非任务日的电耗;

l表现月份,取1-12;

w表现任务日,uw表现非任务日;

n表现当月的任务日天数,m表现当月的非任务日天数

E. 针对任务日与非任务日离开的数据模子

e.jpg

F. 针对按温度区间离开的数据模子

f.jpg

x表现该温度段内的电耗;

    l表现温度段;

    n表现在该温度段内的数据个数

 

(3)模子的精度把持

此中,多元线性回归模子的精度请求重要经由过程回归系数和残差均方根变更系数两个指标来束缚。在对平台在线的50幢建造能耗数据的猜测模子算法测试后,本课题组断定日能耗猜测模子的精度把持参数,如表3所示。

回归模子准确度指标把持表

精度指标

公式

精度请求

回归系数   R2

r2.jpg

R2>0.7

残差均方根变更系数

CVRMSE

cv.jpg

CVRMSE<22%

注:n表现练习数据的个数,m表现回归方程中自变量的个数

当模子初次回归纳果达不到上述精度请求时,则剔除本次回归中的残差别常数据(包含自变量和因变量,且该数据残差的相信区间不包括0),再次练习模子。同时,为确保模子能够表现建造体的用能特点,数据是经批量楼宇样本测算后失掉:剔除的数据量不得超越原始练习数据量的20%。

3 基于规矩断定的空调能效诊断方式

空调体系因为设备多样,构成庞杂,其能耗特色较难掌握,对其停止猜测须要的参数信息也较多,在现有的数据信息前提下,构建其能耗猜测模子较为艰苦。同时,空调的用能效力重要用其电耗与其供给的冷热量比拟较失掉,而现有的数据信息中却缺乏冷热量数据。以是,为了在现阶段实现对空挪用电的能效诊断,构建了针对差别建造范例的冷热量预算方式,大抵得出建造在特定前提下的冷热需要,再联合实测空调的电耗数据,用规矩断定的方式停止诊断。

(1)诊断思绪

以室外均匀干球温度为基准,给定该温度下各种型大众建造的冷热量负荷强度(尺度值与工程教训值相联合),联合时光跨度和建造面积,即可取得该室外温度下若保持建造物内舒服的室内温度所需的冷热量。由平台读取响应时光跨度内各装备的耗电量,代入装备能效指标盘算公式,便可失掉设备运转能效比值。根据《GB/T 17981-2007氛围调理系统经济运转》中的相干划定,拔取典范工况的能效比限值作为断定尺度,对装备运转效力作出评估。

此方式理据充足,对平台在线的各种建造停止测试后,办公建造和市场建造的实用性尤为凸起,故本文侧重缭绕这两类建造做具体论述。

(2)诊断流程

查问建造冷热负荷指标,如表4所示:

建造冷热负荷指标

室外均匀温度

冷/热负荷指标(W/m2

室外均匀温度

冷/热负荷指标(W/m2

办公建造

市场建造

办公建造

市场建造

-2

60

-

24

40

50

0

55

-

26

50

70

2

50

-

28

60

90

4

40

-

30

70

110

6

35

-

32

80

130

8

30

-

34

90

160

10

25

-

35

95

-

12

20

-

36

100

200

15

-

5

37

105

-

20

20

10

38

110

240

22

30

30

40

140

280

注:在调研与平台监测的进程中发明,大少数市场建造在夏季无采暖需要。

② 预算冷热量,公式如表5:

冷热量预算方式

冷热量预算公式

参数阐明

逐天冷热负荷=冷热负荷指标×建造面积×空调面积系数×经营小时数×经营小时系数

 

逐时冷热负荷=冷热负荷指标×建造面积×空调面积系数×1

 

 

注:若已知空调面积,则用空调面积取代“建造面积 空调面积系数”。

办公建造:

建造面积:取建造总面积(不包含地下车库)。

空调面积系数:取0.7

经营小时数:按照当天任务性子,算出经营小时数

经营小时系数:取1.1

市场建造:

建造面积:取建造总面积(不包含地下车库)。

空调面积系数:取0.7

经营小时数:任务日与非任务日雷同,经营小时都为12小时

任务小时系数:取1.1

 

         盘算设备运转效力:

0.jpg

判断尺度:

A.各装备运转效力限值以《GB/T 17981-2007 氛围调理系统经济运转》请求为准;

B.现实诊断时,可视建造客观情形放脱期值请求。

(3)诊断深度

基于规矩断定的空调能效诊断,诊断范畴为空调体系的重要子体系的用能效力,包含冷热源、输配水泵和空调末了。在对冷热源的诊断中,对于电制冷冷水机组微风冷热泵,针对其开关机时光能否畸形和运转效力;对于电汽锅,其畸形效力就很低且简直能干效毛病,个别在制作年月较早的建造中才应用,以是只诊断其开关机时光能否畸形;对于燃气(燃油)汽锅,由于没有其能耗数据,无奈对其停止诊断。在对输配水泵的诊断中,对冷水泵、冷却水泵和冷热水共用泵停止了开关机时光和运转效力情形的诊断。在空调末了的诊断中,对全氛围系统、风机盘管体系微风机盘管+新风体系分辨停止了开关机时光和运转效力情形的诊断。

4 单体建造在线能效诊断方法与流程

平台级在线诊断默许抉择自上而下、层层递进的诊断形式。随时光推动,对新收罗入库的电耗数据主动停止诊断并实时输出成果。因为猜测模子、判别方法不是逐一对应,各自以模块情势存在,本文仅抉择罕见模块示比方下:

(1)基于阈值/限值断定的诊断项流程如图1所示。

1.jpg

诊断工具的在线诊断流程图

此中绝对阈值的拔取:

                   取全楼宇整年逐天电耗中值(中位数)的1%,作为低限相对阈值;

                   取全楼宇整年逐天电耗中值(中位数)的10%,作为高限相对阈值。

(2)基于规矩断定的诊断项流程如图2所示。

 

2.jpg

2 基于规矩断定的诊断流程示例图(逐天电耗诊断)

5 小结

课题组将上述方式开辟为盘算东西,经大量量楼宇汗青数据测试后,诊断成果误诊率较低,可能辅助楼宇治理者在第一时光发明低能效运转工况和非畸形设备开启等情形。现在,已在小范畴推广利用。回归变量的抉择、诊断阈值的规定、流程相干参数的设定,均为本方式的不断定要素项,它们能够在现实利用中由应用者调剂,以到达诊断目的。

以汗青的能耗数据为基本停止能耗猜测的方式有良多种,但每一种方式都有各自的特色和实用情形,只有针对详细的数据深度和研讨目标,抉择适当的诊断方式,才干失掉幻想的诊断成果。本文构建了基于分项计量数据构建梯级建造能效诊断指标系统,基于地区性建造能耗监测平台落实数据利用,在细分行业内为相干用户供给了能效治理的新思绪和详细手腕。

 

6 参考文献

[1] 苑登阔,许鹏 大众建造能效指标及评估近况剖析[J].建造节能.2014.4:76-80

[2] 薛志峰.既有建造节能诊断与改革[M].北京:中国建造产业出书社,2007.

[3] 中华国民共和国建立部.国度构造办公建造和大型大众建造动力审计导则[L].建科[2007]249 号.2007-10-31.

[4] GB/T 17981—2007,氛围调理系统经济运转[S]

 

 


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