安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展，能源的節約與二次利用愈加凸顯，如何節能減排已經(jīng)成為相關(guān)學(xué)者和工程技術(shù)人員要解決的首要問(wèn)題。作為公共建筑能耗的主要組成部分—高校，在建設綠色與節約型校園的理念指導下，以降低能耗為目標，開(kāi)展科學(xué)研究與技術(shù)改進(jìn)，結合北方高校校園的建筑能耗特點(diǎn)開(kāi)展研究，通過(guò)對校園的建筑特點(diǎn)進(jìn)行分析，針對其存在的問(wèn)題提出相應的改進(jìn)措施，為建設綠色環(huán)保及節約型校園建設提供有效的可行性依據。

關(guān)鍵詞：電能消耗；現狀分析；綠色環(huán)保；節能對策

 

       通過(guò)對我國智能建筑市場(chǎng)的調研及前景分析，建筑能源消耗在我國能源總消費量中占有較大比例，伴隨著(zhù)不斷加快的城市化進(jìn)程和人們對生活質(zhì)量需求的不斷提升，其比重還會(huì )持續上升。高校是一個(gè)能源消耗比較大的區域，是集教學(xué)、科研、辦公及員工生活于一體的綜合場(chǎng)所，其能源消耗包含電能、熱能、水資源、燃氣等多種能源。在各項能源消耗中靠前的是電能消耗，且呈上升趨勢。

       高校作為產(chǎn)、學(xué)、研及師生活動(dòng)的綜合體，有其自身的特點(diǎn)，與其他類(lèi)型的建筑相比，校園能耗具有如下特點(diǎn)：

校園建筑功能多樣性。校園不僅有教學(xué)樓、實(shí)驗樓、行政辦公樓等公共建筑，也有宿舍樓等居住型的建筑。還存在食堂、浴室、醫療、商店等生活輔助建筑。校園設施的多樣性決定了高校用能種類(lèi)的多樣化，以及能耗的多樣化；

       校園能耗季節性強。由于北方高校的假期通常為1月中旬到3月初和7月中旬到8月下旬，在假期，高校能耗明顯下降；

       高校耗能設施單一，使用時(shí)間相對集中。主要是照明、校園網(wǎng)絡(luò )、實(shí)驗設施、科研儀器等。對于校園不同的功能區能耗具有不同的特點(diǎn)：教學(xué)樓是7：00—22：00，行政辦公樓是8：00—16：30，而學(xué)生公寓則是22:00—7:00。這就為高校的能源管理提供了決策依據；

       節能潛力大。由于高校的主題是具有較高素質(zhì)的教師和學(xué)生，相比其他人群，行為節能意識較強。

        高校有其共同的能耗特點(diǎn)，但不同類(lèi)型以及不同地區的校園能耗又存在差異。本文通過(guò)對北方某高校的能耗現狀進(jìn)行分析，找出影響校園能源消耗的主要因素，確定改進(jìn)對策。研究的對象是省屬本科重點(diǎn)建設院校，校園占地90萬(wàn)m2，建筑面積約45萬(wàn)m2，在校生16000余人。每年的能源消耗總量很大，尤其是電能。由于各個(gè)建筑結構不同，用途不同，所以?xún)炔坎贾玫碾娖黝?lèi)型也不盡相同，用電量存在著(zhù)一定程度上的差異。校園建筑包括：學(xué)生公寓、行政樓、教學(xué)館、景觀(guān)照明系統、實(shí)驗樓、體育場(chǎng)、圖書(shū)館等設施。各類(lèi)型建筑的用電情況分析如圖1所示。

 

1學(xué)生公寓

         學(xué)生公寓的主要耗電設備為照明、網(wǎng)絡(luò )通訊，相對比較單一和集中。只要學(xué)校管理部門(mén)明確規章制度，加強對學(xué)生公寓的日常用電管理，本文以北方某高校學(xué)生公寓2013年—2017年用電能耗為例，分析了學(xué)生公寓的用電情況，其結果表明學(xué)生公寓全年用電處于相對穩定狀態(tài)（如圖2所示）。

2圖書(shū)館

          大學(xué)的圖書(shū)館作為高校信息資源和專(zhuān)業(yè)技術(shù)集中的場(chǎng)所，是高校辦學(xué)的三大支柱之一，擔負著(zhù)為教學(xué)和科研服務(wù)的雙重任務(wù)，是培養人才和提升學(xué)生素質(zhì)的重要基地。具有規模較大，使用周期長(cháng)的特點(diǎn)。隨著(zhù)館藏數量和閱覽人數的增加，圖書(shū)館的電耗也呈上升趨勢。多數學(xué)生除上課外，大部分時(shí)間在圖書(shū)館進(jìn)行學(xué)習，致使學(xué)生在圖書(shū)館的時(shí)間要超過(guò)在寢室的時(shí)間；加之圖書(shū)館的空調系統、照明系統、網(wǎng)絡(luò )設施及相關(guān)的服務(wù)設施等對電能的消耗，使該校圖書(shū)館的耗電量?jì)H次于學(xué)生公寓，但各月的耗電情況相對穩定。

3教學(xué)樓

         教學(xué)樓是學(xué)生上課和自習的場(chǎng)所，耗電類(lèi)型以照明為主，多媒體教學(xué)系統為輔，冬季則加以集中供暖。教學(xué)樓的利用時(shí)間一般為7:00—22:00，寒暑假期間用電時(shí)間則縮短，利用率也會(huì )大幅降低,耗電具有明顯的周期性。

4行政辦公樓

         行政辦公樓是高校維持學(xué)校事務(wù)的常運行場(chǎng)所，除寒暑假期部分人員辦公外，其他時(shí)間用電特點(diǎn)與普通辦公建筑相似。辦公樓的上班時(shí)間通常為8:00—16:30，寒暑假期間僅有部分工作人員在內辦公，冬季集中采暖。辦公樓內的用電設施有照明系統、電腦系統及網(wǎng)絡(luò )設施，全年用電趨于平穩。

5實(shí)驗樓

         由于該校是一所工科為主的大學(xué)，實(shí)驗課程相對較多，培養方案中專(zhuān)業(yè)課程有近1/3的內容需要在實(shí)驗室進(jìn)行，用電量較大。實(shí)驗室的耗電設備有照明系統、實(shí)驗設備、電腦系統等，耗電比較穩定。

1耗電設備的節能改造

        經(jīng)過(guò)對該校園耗電設備的調查統計，在所有用電設備中，照明耗電量占全?？偤碾娏考s40%以上。該校照明設備為耗電較高的白熾燈，且照明時(shí)間長(cháng)，照明燈具使用數量多，故其耗電總量大。通過(guò)對照明燈具的市場(chǎng)調研得出結論：照明系統的節能改造采取更換綠色環(huán)保和省電照明光源的方法，即更換使用壽命長(cháng)、啟動(dòng)快和功率小等特點(diǎn)的照明光源，通過(guò)對比，LED燈則是較好選擇。與傳統40W燈相比，相同照明度的LED燈只需15W，若將學(xué)校傳統的燈管全部換成LED燈，每年可節約電量3.93×105kW·h，節電率達到53%，每節約1kW·h，相當于節約0.4kg標準煤，減少碳粉塵排放0.272kg，CO20.997kg，SO20.03kg，氮氧化物0.15kg，對降低污染物排放、保護環(huán)境非常有效。因此，僅就更換LED燈管一項所節約的費用遠超越改造投入的費用。

        對于室外照明系統的改造。該校園的路燈采用太陽(yáng)能路燈，由于太陽(yáng)能路燈利用晶體硅太陽(yáng)能電池供電，免維護閥控式密封蓄電池儲存電能，具有智能化電源控制，節省了電纜鋪設，沒(méi)有交流供電，不發(fā)生用電費用；并且該路燈照明系統具有穩定性好、壽命長(cháng)、發(fā)光效率高，安裝維護簡(jiǎn)便、安全性能高、節能環(huán)保等特點(diǎn)，實(shí)現了太陽(yáng)能路燈一次投資、

長(cháng)期受益的目標。同時(shí)，太陽(yáng)能路燈也特別適合人員密集的場(chǎng)所。

2構建智慧校園照明系統

        智慧校園照明系統是采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將學(xué)校照明、電氣、校園安保等設備進(jìn)行統一智能的控制管理，通過(guò)智能照明系統管理平臺，將原有的人工管理、電控管理方式提升到智能管理模式，可大幅提高管理效率。

        智慧校園照明系統智能控制模式包括：一鍵上課模式、一鍵投影模式、一鍵自習模式、一鍵活動(dòng)模式、陰天補光模式，可在移動(dòng)端或電腦遠程查看教室設備情況，根據實(shí)際情況進(jìn)行燈光亮度調節以適用于特殊課程需求的教室。一鍵上課模式時(shí)，通過(guò)傳感器自主調光，實(shí)現教室桌面照明恒定，充分利用自然光，實(shí)現能耗節省。一鍵投影模式下，一鍵觸發(fā)照明、投影儀、電動(dòng)窗簾聯(lián)動(dòng)，提高教學(xué)效率。

        智慧校園照明系統輕松實(shí)現二次節能：校園照明燈在現實(shí)節能基礎上，通過(guò)智能管理模式，自主檢測教室人員活動(dòng)情況，無(wú)人時(shí)自動(dòng)關(guān)閉設備，防止電源浪費，再次降低能耗，有效節能；智慧校園照明系統還可以保障校園環(huán)境安全，通過(guò)平臺實(shí)時(shí)監測電氣、安保等設備運行狀態(tài)，快速進(jìn)行反應。

 

3培養節能意識

        針對大學(xué)生群體，學(xué)校通過(guò)大學(xué)生主題會(huì )、社團的專(zhuān)題活動(dòng)，結合大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)活動(dòng)，開(kāi)展關(guān)于建設綠色校園、節約型校園的專(zhuān)題活動(dòng)；學(xué)校要求教師在授課過(guò)程中，將節能減排教育、建設綠色校園等內容融入教學(xué)環(huán)節中，開(kāi)展節能減排教育；還可以充分發(fā)揮校園網(wǎng)、群、微信群、板報等多種傳播方式，開(kāi)展節能、環(huán)保宣傳活動(dòng)，向全校師生發(fā)起“節能減排"倡議，建議師生選擇科學(xué)合理、節約能源的綠色生活方式。

 

4完善相關(guān)制度

        學(xué)校雖有節能中心，但該中心主題是進(jìn)行節能技術(shù)研究，而不是管理，所以對能源浪費問(wèn)題并沒(méi)有規章制度可循。對于能源浪費現象，目前仍是以教育為主。因此，建章建制是亟需解決的問(wèn)題，關(guān)鍵是抓制度落實(shí)，這是發(fā)揮學(xué)校主導作用，將各部門(mén)節能減排約束性指標作為考核部門(mén)工作落實(shí)情況的關(guān)鍵指標，通過(guò)公共資源的合理配置，有效運用經(jīng)濟、法律和行政手段，保證節能減排任務(wù)的完成。明確節能減排工作的責任人是部門(mén)的一把手，并實(shí)行“一票否決"制；要加大檢查和處罰力度，對于使用違規電器、隨意浪費能源的教工和學(xué)生要嚴肅處理，確保形成人人“節能減排"良好環(huán)境。

 

         AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統計、后勤計費管理、校園運維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網(wǎng)、荷、儲、充"多個(gè)角度解析高校當下及未來(lái)的用能問(wèn)題及用能需求，在統一的需求下“實(shí)現能源互補、信息互通"等管理模式。助力學(xué)校管理智能化、數字化、綜合化，實(shí)現節能校園、綠色校園、低碳校園。

 

         AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開(kāi)放的分層分布式網(wǎng)絡(luò )結構，主要由設備層、傳輸層、數據層、應用層組成。平臺融合電力監控、電能統計、電氣安全、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、預付費等功能，用戶(hù)通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可全局、整體的對企業(yè)用電進(jìn)行進(jìn)行集中監控、統一調度、統一運維，同時(shí)滿(mǎn)足企業(yè)用電可靠、安全、節約、高效、有序的要求。

 

1校園電力監控與運維

 

      集成設備所有數據，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運行，集中調控，集中監控，數字化巡檢，移動(dòng)運維，班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

2后勤計費管理

      采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )抄表付費管理技術(shù)，實(shí)現電、水、氣等能源綜合計費，實(shí)現遠程抄表、費率設置、賬單統計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設置補貼方案。通過(guò)能源付費管理方式，培養用能群體和部門(mén)的節能意識。

2.1宿舍用電管理

      針對學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎用電額度和定時(shí)通斷功能；可進(jìn)行惡性負載識別，檢測違規電氣，并可獲取違規用電跳閘記錄。

 

2.2商鋪水電收費

      針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個(gè)體的水電用能進(jìn)行預付費管理。

 

2.3充電樁管理平臺

     充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充"信息能源結構中是必*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。

 

2.4智能照明管理

     通過(guò)對高校路燈的全局監測，提供對路燈靈活智能的管理，實(shí)現校園內任一線(xiàn)路，任一個(gè)路燈的定時(shí)開(kāi)關(guān)、強制開(kāi)關(guān)、亮度調節，以及定時(shí)控制方案靈活設置，確保路燈照明的智能控制和高效節能。

 

3能源管理系統

      針對校園水、電、氣等各類(lèi)接入能源進(jìn)行統計分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。

按校園建筑的分類(lèi)進(jìn)行采集和統計的各類(lèi)建筑耗電數據。如辦公類(lèi)建筑耗電、教學(xué)類(lèi)建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對數據分門(mén)別類(lèi)的分析，提供領(lǐng)導決策，提高管理效能。

構建符合校園節能監管內容及要求的數據庫，能自動(dòng)完成能耗數據的采集工作，自動(dòng)生成各種形式的報表、圖表以及系統性的能耗審計報告，能夠監測能耗設備的運行狀態(tài)，設置控制策略，達到節能目的。

 

4智慧消防系統

       智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算等現代信息技術(shù)，將分散的火災自動(dòng)報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡(luò )，并對這些設備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統一的系統大平臺內運行，用戶(hù)、安保人員、監管單位都能夠通過(guò)平臺直觀(guān)地看到每一棟建筑物中各類(lèi)消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內，相關(guān)報警和事件信息通過(guò)手機短信、語(yǔ)音電話(huà)、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。

 

5.平臺部署硬件選型

5.1電力監控與運維平臺

 

 

 

 

 

 

 

       本文通過(guò)對北方某高校電能消耗的統計分析表明,高校作為耗能大戶(hù)，建筑節能改造的空間很大，需要深入調研和分析，制定適合的節能改造方案，并具有可操作性。該校的電能消耗雖然控制在一個(gè)穩定范圍內，但仍高于我國節約型校園的標準，具有一定的節能潛力；同時(shí)本文就北方地區高校校園電能節能提出改造建議，為建設北方地區高校綠色校園提供借鑒。

 

[1]張朝,郭慶偉,北方高校能耗現狀與節能對策.[J]北方建筑，2019.4.

[2]郭秀娟，馬賀寧.電力能效評估體系在節約型校園建設中的應用分析[J].吉林建筑大學(xué)學(xué)報，2016（6）：75-78. 

[3]王盈，陳翠良，黃來(lái)斌，李敏，蒼大強.北京科技大學(xué)校園電能消耗生態(tài)足跡研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2010（4）：158-161.

[4]企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6.

 

作者簡(jiǎn)介

      韓歡慶，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應用。