减少商业建筑中的能源浪费

匿名用户 2020年3月6日 pm9:15 阅读 90

在寻找节能机会时,商业建筑是一个不错的选择。根据美国能源信息署的数据,商业建筑占美国能源消耗的近20%,占美国温室气体排放量的12%。然而,研究表明,持续监控和调整运营并实施少量能效战略可将能源消耗减少多达30%。

商业建筑中的一项挑战是提供“正确的”供暖和制冷量。随着人们的不断走来走去,对于在场人数而言,能源使用经常变得太高或太低。大学校园的演讲厅提供了一个引人注目的例子。学生们涌入教室上课,然后90分钟后教室就空了-但仍处于加热或冷却状态。麻省理工学院感城市实验室主任,麻省理工学院城市研究与规划系(DUSP)的实践副教授卡洛·拉蒂(Carlo Ratti)说:“加热那个房间需要很多能量,但是一天当中大部分时间没人在那儿。” 。“如果我们能理解能源使用和占用之间的这种不匹配,

过去的研究已经检查了能源使用与占用之间的关系,但它们只针对单个建筑物,并没有得出结论性的结果。执行所需的大规模现场实验可能需要安装一个无处不在的传感器系统,以收集有关建筑物运营和占用的数据,这既昂贵又麻烦。

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使用现有基础架构

三年前,拉蒂(Ratti)意识到,所需的技术已经在麻省理工学院的校园中到位了。该研究所拥有一个由100,000多个传感器组成的网络,用于监控整个校园内MIT楼宇自动化系统的运行情况,进而揭示每栋建筑的用电量,用于冷却的冷冻水以及用于加热的高温蒸汽。校园还可以跟踪占用情况:通过其无处不在的WiFi网络,其中包括5,000多个热点,每个房间和走廊几乎都有一个。2005年,当校园范围内的无线网络相对较新时,Ratti及其同事进行了iSPOTS,这是一个研究WiFi如何改变MIT社区工作习惯的项目。

将麻省理工学院建筑传感器和WiFi系统中的数据进行配对,可以深入了解能源/占用不匹配的性质和程度。麻省理工学院的校园将成为尝试这种方法的很好的“试验床”。它的许多建筑物的年龄,构造和用途都不尽相同。并且它们具有异常的“占用情况”。在大多数商业建筑中,一群工人在一天中相当可预测的时间进出。但是在学术建筑中,人们更有可能在不规则的时间进出,在短时间内占用率可能有很大差异,并且可能需要很长一段时间才能使建筑物几乎(但不是很)为空。这样的条件使能量的有效分配成为特别的挑战。

对于他们的初步研究,麻省理工学院的团队专注于斯隆大厦(E52)和罗纳德·麦克奈尔大厦(M37)。这两座建筑的功能截然不同。M37主要由实验室组成,而E52是更典型的工作空间,包括教室,办公室和开放的接待区。利用iSPOTS项目,研究人员在2006年收集了这些建筑物中WiFi使用的详细数据。在麻省理工学院设施部的帮助下,他们获得了所需的2006年能耗数据。

跟踪能源使用和占用

下面的曲线显示了2006年冬季八天两座建筑物的能源使用数据。曲线显示了每小时的用电量(绿色),冷冻水(蓝色)和蒸汽(红色)读数。所有数据都转换为标准化单位(千瓦),然后按面积(每平方米瓦数)进行归一化,因此可以比较两座建筑物的数据集。**终曲线(黑色)显示了在波士顿洛根国际机场测得的室外空气温度。

2006年1月21日至28日,两座MIT建筑物中的每小时能源消耗加上室外温度,2006年 冬季的八天中,冷水(用于空调),蒸汽(用于热)和电力的每小时能源消耗在两个MIT中显示出截然不同的曲线建筑物:E52的斯隆大厦(左)和M37的罗纳德·麦克奈尔大厦(右)。两座建筑物的用电量均显示稳定的基准消耗量,再加上工作日的白天高峰。但是,这两座建筑物的冷冻水和蒸汽消耗量显示出不同的趋势,有时但并非总是与室外温度的变化相关。值得注意的是,McNair的所有能源使用量均明显高于斯隆。点击放大

两座建筑的消费方式既有相似之处,也有差异。在E52中,用电量显示出明显的重复日常循环,在白天达到峰值,并在晚上和周末恢复到基线水平。M37数据中出现了类似的循环,但是恒定的背景水平大约是E52中的三倍,这可能是因为M37实验室包含必须连续运行的设备,因此需要恒定的电力供应。

同样,M37中的冷冻水和蒸汽消耗量远高于E52中。E52中的冷水使用量相对平稳,而M37中的冷水使用量却有相当大的变化,包括白天的高峰。M37中的蒸汽消耗随室外温度的变化而变化。在E52中,蒸汽使用量频繁上升和下降,有时与室外温度相关,但所涵盖的总值范围远小于M37数据中的值。

对来自春季,夏季和秋季的可比数据进行的分析显示,两座建筑的用电模式几乎没有季节性变化。冷却水和蒸汽消耗量的差异更大。在E52中,冷冻水和蒸汽有两种不同的使用方式,一种在冬季和春季,另一种在夏季和秋季。在M37中,蒸汽使用中出现了类似的模式,但是冷冻水的消费水平没有显示出这种季节性差异。

下一步是使用WiFi连接作为代理,检查这些能源使用模式与占用率变化之间的关系。如下图所示,两座建筑物的耗电量均与占用率呈显着正相关:WiFi连接可占E52建筑物和69建筑物M37的电力水平变化的69%。相反,冷冻水和蒸汽的使用与人类居住之间的相关性较弱,其中WiFi连接仅占观察到的变化的一小部分。

1月21日至2月的用电量与占用率。2006年3月3日 根据整整两周的数据提取了小时能耗曲线(上图),得出了用电量与占用率之间相关性的分析结果。在这两个麻省理工学院的建筑物中,用电量与占用率呈显着正相关(通过WiFi连接测量)。随着时间的流逝,大部分电力消耗保持恒定。即便如此,斯隆大楼(E52)和McNair大楼(M37)的变化的69%仍可通过占用率变化来解释。点击放大

SENSEable City Lab的DUSP研究员Prudence Robinson说:“看到这种分离并不奇怪,但是能够量化它是一件好事。” 拉蒂(Ratti)指出,麻省理工学院(MIT)建筑物的不同能源使用情况本身就是人们所关注的。他说:“这可能仅仅是对不同建筑结构和用途的反映。” “进一步的调查可能会显示出校园中的所有建筑物都有其特定的’签名’。了解整个校园和各个季节的签名可能会启发人们确定适当的运营策略。”

传播信息,鼓励变革

在继续收集和分析数据的同时,研究人员正在努力传播有关能量/占用不匹配以及解决该问题的重要节能机会的说法。例如,他们正在开发表达他们的发现的新方法,以便人们可以快速理解所涉及的内容。下图展示了其**新的数据表示方法。向下浏览单个垂直条可显示该因素在一年中的某一天的变化情况。在一个级别的条形上看,可以看到特定因素在一周中的变化情况;并在相同水平上比较四个条上的读数,可以快速查明占用和能源使用的匹配和不匹配的位置。

该团队还为建筑物的设计和使用提供了一些简单的节能规则。例如,将办公室分组在一起可以防止热量从占用的加热空间流失到未占用的未加热空间。有时,可以设计空间以利用通过内墙的“热渗漏”。例如,连续不断加热的演讲厅可以被使用频繁的办公室所包围,这样即使演讲厅是空的,也可以从温暖的空气中受益。

**后,小组强调了行为改变的重要性。DUSP实验室的科学家Rex Britter指出,鼓励人们改变习惯可能需要一些创造性思维。作为示例,他描述了一个概念,他称之为“加权恒温器”。想象一个大会议室。当有很多人在场时,他们可以在很宽的范围内调节恒温器,以使房间达到舒适的温度。但是,如果只有几个人在场,则他们调节温度的能力将受到更大的限制。随着时间的流逝,小团体将学会使用小房间。占用和能源使用将更好地匹配,更少的能源将被浪费。

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