档案馆能耗监测系统建设研究

　　作者：姜莉
　　推动节能减碳工作的全面落实，国家制定了一系列能耗监管的政策性文件和标准规范，而建筑能耗监测是实现能耗目标量化管理的基础手段，使得能耗监管变得有据可依。针对档案馆建筑能耗特点和运行管理要求，合理设计科学有效的能耗监测管理系统，可在档案馆能耗监管工作中发挥积极作用。
　　现状和发展趋势
　　我国的建筑能耗监测研究工作始于二十世纪八十年代，在原国家经委指导下，一些学者开展了对北方城市居住建筑能耗调查研究工作，为制定相关法规提供初步依据。2004年，清华大学江亿院士率先提出能耗分项计量技术的观点，建议在大型公共建筑节能工作中着力推进能耗分项计量。2006年，哈尔滨工业大学李运华等研究人员开发了大型公共建筑能耗数据库管理系统，通过该系统可实现建筑基本信息、耗能设备设计和运行参数的录入与查询，具有对建筑运行能耗进行统计、运行能效进行评价等功能，为国内建筑能耗监测系统的开发提供了技术参考。此后，国家相关部委陆续出台了一系列能耗监测管理的政策法规。2007年，建设部、财政部印发《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》，要求公共建筑应安装用电、用热的分项计量装置，同时逐步建立起全国联网的国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测平台。2021年12月28日，《国务院关于印发“十四五”节能减排综合工作方案的通知》要求健全节能减排政策机制、优化完善能耗双控制度、加强建筑能耗统计监测能力建设。2015年，住房和城乡建设部、国家质量监督检验检疫总局联合发布的《智能建筑设计标准》（GB50314—2015）规定，甲级、特级档案馆应配备建筑设备监控系统和建筑能效监管系统。2021年，住房和城乡建设部发布《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB55015—2021），规定建筑能源系统应按分类、分项计量数据进行管理，可再生能源系统应进行单独统计，监测内容主要包括建筑耗电量、耗煤耗气量或耗油量、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量、可再生能源利用量等内容。这些政策法规是档案馆开展能耗监测管理工作的重要依据。
　　能耗监测系统设计
　　监测系统应具备数据可视化、数据采集与监测、数据存储与备份、数据分析与报告、能源效率评估、预警与报警、能源成本控制及自动抄表等功能。能准确反映档案馆内用能种类与数量、能耗规律与特点，满足实时采集、准确传输、可靠存储、科学处理的要求，为绿色档案馆建筑高效低碳运行以及建筑节能管理工作提供有效可靠的数据支持。
　　能耗监测系统由软件系统和硬件系统两部分组成（如图1所示）。软件方面由信息展示模块、能耗数据处理模块、能耗数据输出模块、数据报警管理模块、报表管理模块以及系统设置模块等功能组成。硬件方面主要配置主机、数据采集器、终端计量设备（水表、电表、燃气表）、物联网传感设备等，保障能耗监测系统具有完整的数据采集、数据处理能力以及运行管理功能。

图1 建筑能耗监测系统的组成

　　1.能耗监测系统设计应遵循的原则

　　能耗监测系统设计应遵循的原则包括：一是安全性。系统设计要遵循国家有关网络和信息安全的规定，建立完善的安全管理机制、安全防护和容灾备份体系，确保能耗数据的准确、全面，确保系统稳定、安全、可靠地运行。二是适用性。设计方案应进行技术、经济的分析比较，既能满足当前使用需求，又能适应未来技术和应用的发展，保证系统的经济性、合理性及适用性。三是统一性。能耗监测系统的建设需要统筹规划，制订总体技术方案，与建筑设计同步进行。四是规范性。要按照统一的国家规范进行规划和设计，遵循通信、采集等国家标准、规范，保证系统平台与能耗监管部门的监测平台的互联互通。五是可调控性。能耗监测系统平台能够自动诊断分析设备故障和能源浪费问题，并给出节能低碳或环境参数运行优化建议。六是可扩展性。由于计算机技术和网络技术在不断的发展，系统设计时要预留接口，具备扩展功能，以便在未来能够适应新的技术需求。
　　2.终端计量设备选型配置
　　根据国家标准对终端计量设备选型配置。《交流电测试设备特殊要求第11部分：机电式有功电能表（0.5、1和2级）》（GB/T17215.311—2008）把电表等级分为0.5、1.0、2.0（等级数值越小表示电表的计量精度越高），参考选取电能计量装置精度等级应不低于1.0级，且具有计量数据输出功能的电表。档案馆水表的配置参照《饮用冷水水表和热水水表第1部分：计量要求和技术要求》（GB/T778.1—2018），水表精度等级不应低于2.0级且具有数据输出功能。燃气表的选型符合现行标准《膜式燃气表》（GB/T6968—2019）、《户用计量仪表数据传输技术条件》（CJ/T188—2018）或《基于Modbus协议的工业自动化网络规范》（GB/T19582—2008）的规定，精度等级不低于1.5级。
　　能耗监测信息
　　档案馆建筑能耗监测信息应由建筑基本信息和能耗数据两部分组成。
　　1.建筑基本信息
　　建筑基本信息根据建设实际情况划分为基本项和附加项。基本项是表征建筑基本属性与基本情况的核心指标，为必填项，通常显示在绿色档案馆建筑能耗监测系统的一级主页面，主要包括建设年代、总建筑面积、空调系统形式与采暖系统形式、档案库房温湿度等基本情况；附加项为选填信息，可设置在建筑基本信息下的二级界面，主要包括建筑围护结构形式、经济性指标、设备类型与能效等级等情况的数据。
　　2.能耗数据
　　能耗数据的采集按分类、分项和分区计量管理。分类能耗计量是根据用能实际对档案馆建筑设施消耗的主要能源按种类划分进行采集和统计整理的能耗数据，主要分为用电能耗、集中供热/冷消耗、燃气/油消耗、水资源消耗、可再生能源应用（含太阳能、风能、生物能）进行实时数据采集和统计分析。
　　（1）分项能耗管理
　　按照建筑用途可分为照明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电4个分项（如图2所示），各分项可根据建筑用能系统的实际情况细分为一级子项和二级子项。照明插座用电是指档案馆主要功能区的照明、插座等室内设备用电的总称。照明插座用电包括照明和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电，共3个子项。空调用电是为档案馆建筑提供空气调节、制冷、采暖设备设施用电的统称。空调用电包括冷热站用电、空调末端、分散空调用电，共3个子项。动力用电是集中提供各种动力服务（包括电梯、非空调区域通风、生活热水、自来水加压、排污等）的设备（不包括空调采暖系统设备）用电的统称。动力用电包括电梯用电、水泵用电、通风机用电，共3个子项。特殊用电主要为占总电耗比重大的用电区域及设备，包括信息中心、盥洗间、中心控制室、蓄电池室、机动车和非机动车充电桩、食堂餐厅或其他特殊用电，其特点是能耗密度较高。

图2 档案馆建筑用电分项能耗的分类

　　（2）分区计量管理
　　根据档案馆主要功能分区进行能耗统计方式，主要分为档案库房用电、对外服务用房用电、业务与技术用房用电等（如图3所示）。档案库房用电根据存储介质的不同，采集对象主要包括纸质档案库房、音像档案库房、光盘库、缩微拷贝片库、母片库、特藏库等子项。其中，所有库房的用电能耗均为重点监测内容。对外服务用房用电采集对象主要包括服务大厅、阅览室、展览厅、报告厅等子项。其中，阅览室、展览厅的用电能耗为重点监测内容。业务与技术用房用电采集对象主要包括保护技术用房、整理编目用房、翻拍洗印用房、缩微技术用房、信息化用房等子项，其中，信息化用房的用电能耗为重点监测内容。

图3 档案馆建筑分区能耗的分类

　　能耗数据的采集与传输
　　1.能耗数据采集
　　能耗数据采集是档案馆能耗监测管理的一项基础性工作，其准确完整性直接决定了节能效果。数据采集器应具有数据采集、数据处理、数据存储、数据传输和故障诊断等功能。在选型时数据采集周期应在1分钟至24小时范围可调。另外，数据采集器应对数据包进行加密处理，且支持向监测系统主机或多个服务器发送数据。
　　数据采集方式包括人工采集和自动采集。自动采集由自动计量装置采集，通过自动传输方式实时传输至能耗监测系统，采集的数据是档案馆建筑用电能耗数据。通过自动采集方式采集的数据包括建筑分类能耗数据和分项能耗数据。能耗监测自动采集频率为15分钟1次至1小时1次之间，采集中的用电消耗量也可根据具体需要灵活设置。人工采集方式采集的信息包括档案馆建筑基本情况数据和其他不能通过自动方式采集的能耗数据，如建筑消耗的燃煤、液化石油气、汽油、煤油、柴油等能耗数据。
　　2.能耗数据传输
　　数据传输系统应包括能耗计量装置至能耗中控室服务器之间的信息传输通道，并能将采集的能耗数据定时传送至能耗监测系统。数据传输线缆的选型应符合以下要求：一是使用的线缆与其他信息系统线缆合用线管、线槽敷设时，应采用屏蔽型线缆；二是线缆敷设采用金属管或金属密封线槽时，可选用普通型线缆；三是室外敷设的线缆应采用防水型。采用无线传输网络天线在安装时应满足设计要求，并根据现场场强测试数据确定安装部位。干路放大器、功分器、耦合器等中间设备宜采用保护箱安装。此外，同类型能耗计量装置在同一单体建筑或建筑群内宜采用相同通信接口的计量表具，户外计量装置与接线要做防水设计。
　　施工验收与运行维护
　　能耗监测系统的工程实施按审查通过的设计文件进行。当需要修改设计时，应通过设计变更手续后方可进行。施工前应组织相关人员进行技术交底，勘察施工现场，了解系统施工范围和特点，落实系统的计量装置及其他设备的安装、调试过程中所需的专用工具和检测仪器。施工前应对系统中使用的计量装置应进行如下检查：一是除检查产品外观和装箱清单、合格证书、技术说明书外，还应查看相关技术检测报告和证书，与系统设计要求核对无误；二是计量装置应由法定检测机构做计量准确度、通信功能的抽样测试和校准，结果应符合设计要求。
　　能耗监测系统施工质量验收应符合《建筑节能工程施工质量验收标准》《智能建筑工程质量验收规范》等现行有关标准的规定。验收工作应根据其工程特点进行系统分项验收和竣工验收，工程移交用户前，应完成验收工作包括所有验收材料立卷归档。
　　施工单位应按合同规定及售后技术服务承诺履行保质期内的系统维护保养，并提供维护保养所需要的备品备件。系统故障时应能及时修复，因故障而造成系统停止或非正常运行的时间应不超过24小时。
　　建议与展望
　　建筑能效数据的收集、积累和分析是建筑业可持续发展的挑战之一。推动建筑能耗监测工作也为检验建筑的节能效果提供了技术上的监管手段，避免了只进行节能建设而不考量节能效果的做法。国家陆续出台一系列法规政策，对建筑能耗监测系统的建设工作提出了明确的要求。建议加快制定行业能耗监测建设指导标准，加强运行数据的节能核算和能耗数据管理，加强能耗限额和碳排放限额管理，提升系统智能化水平，充分挖掘数据价值开展节能核定，发挥能源管理系统的作用，推动单位部门甚至是每位工作人员重视能源管理系统的建设和运行，养成良好的低碳生活习惯。随着档案馆建筑能耗数据样本值不断累积，在大数据信息处理高速发展的时代，有效地应用能耗运行数据为政府和行业监管部门制定适合的用能管理制度和节能减碳政策决策服务。
　　作者单位：国家档案局科研所
　　责任编辑：王辉