PDF《硕士学位论文 基于分项计量的》

硕士学位论文 姓名:苑登阔 学号:1232863 所在院系:机械与能源工程学院 学科门类:工学 学科专业:供热、供燃气、通风及空调工程 指导教师:许鹏 教授 二一五年三月 基于分项计量的 大型公建能效诊断算法研究 A dissertation submitted to Tongji University in conformity with the requirements for the degree of Master of Engineering March,

2015 Candidate: Yuan Dengkuo Student Number:

1232863 School/Department: School of Mechanical Engineering Discipline: Engineering Major: Heating, Ventilating and Air Conditioning Supervisor: Prof, Xu Peng Energy Efficiency Diagnosis Algorithms of Large Public Buildings Based on Sub-metering 基于分项计量的大型公建能效诊断算法研究苑登阔同济大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定, 同意如下各项内容: 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;

学校有权保存学位论文的印刷本和电子版, 并采用影印、 缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文;

学校有权提供目录检索以及提供本学位 论文全文或者部分的阅览服务;

学校有权按有关规定向国家有关部门 或者机构送交论文的复印件和电子版;

在不以赢利为目的的前提下, 学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动.

学位论文作者签名: 年月日同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行 研究工作所取得的成果.除文中已经注明引用的内容外,本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容. 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体, 均已在文中以明确方式标明. 本学位论文原创性声明的法律责任由本 人承担. 学位论文作者签名: 年月日同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 建筑节能是应对能源危机的重要手段,而我国的大型公共建筑由于能耗高、 管理集中,是节能的重点.我国于

08 年开始推广大型公建的分项计量平台,实 时采集各用能系统的能耗数据,监控其能源使用情况. 本文以现有的分项计量平台为基础,分析其数据采集现状和存在的问题,并 通过调研国内外学者对分项计量和建筑能效诊断的研究,针对办公、商场和综合 三种建筑类型,建立基于模型和规则的能效诊断算法.该算法能够在逐周、逐天 和逐时三个层面诊断大型公建运行过程中的能源使用情况, 并用此三类建筑的实 际数据对该算法进行了验证. 本文在能效诊断算法的研究中,首先依据实测能耗数据,在分析归纳各项能 耗特点的基础上,按照气象参数和社会参数对数据进行分类,选用回归和特征平 均的方法建立相应类别下的能耗预测模型, 从而建立基于能耗预测模型的能效诊 断算法.该算法分为逐周、逐天和逐时三个层次,在其适用范围内,可以给出用 能正常、偏高或偏低的诊断结果. 然后,针对基于能耗预测模型的诊断算法中未包含的空调子系统,以能效指 标为基准,采用估算冷热量的简单方法弥补缺失的冷热量数据,建立基于规则判 断的能效诊断算法.该算法适用于空调系统中的冷热源、输配水泵和空调末端, 能够对其启停状态、运行效率和启停时间进行逐天和逐时的诊断,得到反映当时 系统状态的诊断结果.文章根据建筑类型和诊断对象分别给出诊断流程图. 最后,选取三栋建筑作为代表,用实测能耗数据验证本文提出的能效诊断算 法,并给出诊断结果.其结果显示,该算法能够对公共建筑的分项用能情况进行 诊断,并及时发现能源浪费点,有效的指导节能工作的开展. 关键词:建筑节能,大型公建,分项计量,能效诊断算法 Tongji University Master of Engineering Abstract II ABSTRACT Building energy efficiency is a crucial tool against energy crisis. In China, large public buildings are important part of energy saving, due to their high energy consumption and centralized control. In order to collect the real-time energy consumption data of different systems in these buildings and monitor their energy use, the sub-metering platform was generalized in our country since 2008. According to available sub-metering platform, this thesis analyzes the current status and existing problems of data collection. On the basis of the work about sub-metering and building energy efficiency diagnosis by scholars at home and abroad, the model-based and rule-based energy efficicency diagnosis algorithms for office, marketplace and multi-function building are established. The algorithms can diagnose the unusual energy use in building operation by week, day and hour. The measured data is used to verify these algorithms. Firstly, the characteristics of measured energy data are analyzed and on this basis the data is classified by meteorological and social parameters. The regression and specific average method are used to establish the energy prediction models. Then the model-based diagnosis algorithms are established, which consists of three levels in diagnosis, i.e., weekly diagnosis, daily diagnosis and hourly diagnosis. In their scopes of application, the algorithms can give results such as normal, unusually high or unusually low for diagnosed objects. Then, for subsystem of air conditioning, which has no prediction models under present condition, the rule-based algorithms for the cold and heat source, water pump and terminal units are established by use of a simple load calculation method and energy efficiency index. These algorithms can diagnose their abnormal states in operation and give results about their conditions by day and hour. The diagnostic flow charts are demonstrated in terms of building types and diagnosed objects. Finally, three buildings'

measured data is used to test the algorithms and the results show that these diagnosis algorithms can be used in large public buildings and discover energy waste in time, which provides guidance for energy conservation. Key Words: building energy efficiency, large public buildings, sub-metering, energy efficiency diagnosis algorithms 同济大学 硕士学位论文 目录 III 目录 第1章绪论

1 1.1 课题背景.1 1.1.1 大型公建能耗现状.1 1.1.2 分项计量的推广.2 1.1.3 大型公建能效诊断的意义.3 1.2 国内外关于分项计量和建筑能效诊断的研究现状.3 1.2.1 国内外关于分项计量的研究现状.3 1.2.2 国内外关于建筑能效诊断的研究现状.5 1.2.3 基于分项计量的建筑能效诊断发展趋势.9 1.3 本论文的主要研究内容.10 第2章实际公建分项计量系统的现状分析

13 2.1 实际公建分项计量系统的能耗数据.13 2.1.1 能耗数据的分类模型.13 2.1.2 能耗数据的采集深度.15 2.2 实际公建分项计量系统的建筑基本信息.15 2.3 当前公建分项计量系统存在的问题.17 2.3.1 能耗数据的问题.17 2.3.2 建筑基本信息的问题.19 2.4 本章小结.20 第3章数据驱动的建筑能耗预测模型

21 3.1 回归模型.21 3.1.1 回归模型的特点与适用性.21 3.1.2 回归预测模型的建立.24 3.2 特征平均模型.33 3.2.1 特征平均模型的特点与适用性.33 3.2.2 特征平均预测模型的建立.33 3.3 本章小结.36 第4章基于能耗预测模型的能效诊断算法

37 4.1 逐周诊断.37 4.1.1 诊断层次.37 4.1.2 能耗预测模型的自动选择.38 4.1.3 诊断流程及结果输出.40 4.2 逐天诊断.43 4.2.1 诊断层次.43 4.2.2 能耗预测模型的自动选择.43 同济大学 硕士学位论文 基于分项计量的大型公建能效诊断算法研究 IV 4.2.3 诊断流程及结果输出.45 4.3 逐时诊断.48 4.4 本章小结.49 第5章基于规则判断的空调能效诊断算法

51 5.1 诊断层次.51 5.2 冷热量的估算.51 5.3 诊断流程及结果.53 5.3.1 诊断的基准能效值.53 5.3.2 诊断及结果输出的流程图.54 5.4 本章小结.79 第6章实际楼宇的能效诊断验证

81 6.1 办公建筑的能效诊断验证.81 6.2 商场建筑的能效诊断验证.88 6.3 综合建筑的能效诊断验证.97 6.4 本章小结.104 第7章总结与展望

105 7.1 总结.105 7.2 展望.106 致谢

108 参考文献

109 个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果

114 第1章绪论

1 第1章绪论 1.1 课题背景 1.1.1 大型公建能耗现状 世界性能源危机以来,如何节约能源、提高能源利用效率已成为各国关注的 焦点.根据调查统计,欧美的建筑用能在一次能源使用中所占比重已达 40%,占 二氧化碳排放量的比重也达 30%,这使建筑用能超越了工业用能和交通用能[1-2] . 而我国属于发展中国家,建筑用能在总用能的占比相对较低,但随着城市化的不 断推进,我国的建筑用能会有很大上升空间.统计显示,2012 年我国建筑总能 耗 (不含生物质能) 为6.90 亿吨标准煤 (tce) , 约占全国能源消费总量的 19.1%, 且在

2001 年至

2012 年间,建筑商品能耗总量及其中电力消耗量均大幅增长[3] . 可见, 在我国建筑用能日益增加的背景下, 建筑节能是应对能源危机的重要手段. 而在建筑的全生命周期中, 生产建筑材料和建造过程中所消耗的能源一般只占其 总能源消耗的 20%,大部分能源消耗来自建筑的运行过程,即建筑物内照明、采暖、空调和其他各类设备的运行能耗,因此,减少建筑运行能耗又是建筑节能中 最重要的着力点. 公共建筑是指非住宅类民用建筑, 包括办公楼、 商店、 旅馆、 文化体育设施、 交通枢纽、学校、医院等.2001~2012 年间,我国公共建筑面积增加了近

1 倍, 平均单位面积能耗从 16.5kgce/m

2 增长到 21.9 kgce/m

2 ,能耗强度增长 33%,能 耗总量增长近 1.6 倍.2012 年,我国公共建筑面积约为 83.3 亿m2,占建筑总面 积的 16.3%,能耗(不含北方采暖)为1.82 亿tce,占建筑总能耗的 26.4%,其中 电力消耗为

4900 亿kWh[3] . 可见,近年来我国公共建筑的面积和能耗强度都有显 著增加,且该类建筑能耗在建筑总能耗中占比较大. 公共建筑按其能耗特点可大致分为两类: 单体规模大于

2 万m2且采用集中式 空调的建筑, 称大型公共建筑;

单体规模小于

2 万m2并且没有采用集中式空调的 建筑,称为普通公共建筑.据估算,2011 年我国大型公共建筑总面积约为 5.7 亿m2,除采暖外能耗折合为电力 120~180kWh/m

2 ・年,普通公共建筑总面积约

74 亿m2,除采暖外能耗折合为电力 50~70kWh/m

2 ・年[4] .对比发现,大型公共建筑 的能耗强度是普通公共建筑的 2~4 倍,其面积只占公共建筑的 7%,电耗比重却 达到了近 20%,加之其管理集中,可能的节能潜力大,应作为建筑节能的重点. 同济大学 硕士学位论文 基于分项计量的大型公建能效诊断算法研究

2 1.1.2 分项计量的推广 为了达到大型公共建筑节能的目的,减少运行过程中的能源消耗,最直接、 最基础的工作便是了解实际的运行能耗是多少,能源消耗在了哪些用途上,每个........