探討高校公共建筑能耗監測系統的設計與應用

摘要：在資源節約型社會(huì )建設進(jìn)程中，高校公共建筑能耗管理存在問(wèn)題已經(jīng)成為辦學(xué)成本加大、社會(huì )資源浪費的桎梏。在各級 的推動(dòng)下，高校公共建筑能耗監測系統建設在探索中發(fā)展，依托互聯(lián)網(wǎng)+大數據技術(shù)逐步實(shí)現能耗管理信息化的實(shí)踐，為高校乃至全社會(huì )公共建筑用能穩步向微能耗、零能耗發(fā)展提供可能和基礎，促使綠色建筑快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高校；公共建筑；能耗監測系統；項目實(shí)例；研究；策略

1976 年丹麥技術(shù)大學(xué) TorbenV.Esbensen 等人提出“零能耗建筑”。隨著(zhù)世界能源短缺問(wèn)題的日益突出，建筑節能逐漸成為關(guān)注的焦點(diǎn)。美、日、德等國家在建筑節能研究與實(shí)踐等方面均取得了較大的發(fā)展，零能耗建筑是未來(lái)發(fā)展趨勢。20世紀80年代中期，我國開(kāi)啟建筑節能戰略的推進(jìn)，與發(fā)達國家相比還要歷經(jīng)能耗監測、節能減排、微能耗逐步到零能耗的發(fā)展。高校作為耗能大戶(hù)之一，其公共建筑的節能減耗尤為重要，舊的分散式能耗測量已不能滿(mǎn)足需要，提出新的能耗監測途徑迫在眉睫。

一、能耗監測系統和能效管理存在問(wèn)題

1.人們對能耗監測系統建設的認識水平亟待提升

節能減排是一項國家戰略工程。各級 出臺了推進(jìn)的相關(guān)政策與導向，但是由于期建設投入較大、短期內經(jīng)濟效益不十分明顯。許多建設項目在設計上仍被忽略，建設單位處于觀(guān)望狀態(tài)。能耗監測系統建設是節能降耗逐步向微能耗、零能耗發(fā)展的基礎性項目和必由之路。它是指通過(guò)對辦公建筑和大型公共建筑安裝分類(lèi)和分項能耗計量裝置，采用遠程傳輸等手段及時(shí)采集能耗數據，實(shí)現建筑能耗的在線(xiàn)監測和動(dòng)態(tài)分析功能的硬件系統和軟件系統的統稱(chēng)，主要由數據采集子系統、數據中轉站和數據中心組成。

2.高校公共建筑能效管理粗放亟待改善

隨著(zhù)各行各業(yè)節能減排的推進(jìn)，當高校公共建筑現有能源管理存在著(zhù)設備陳舊、節能技改資金不到位、能耗監測手段落后、用能分析缺乏科學(xué)依據。常常呈現教室、圖書(shū)館、實(shí)驗樓等公共建筑的“長(cháng)明燈”；供水供暖設備陳舊、破損發(fā)現滯后，“跑冒滴漏”現象突出；供電線(xiàn)路老化、電力負荷超標、管理監測手段簡(jiǎn)單等問(wèn)題，歸根到底是能耗監測信息采集渠道不暢，導致嚴重的能源浪費，和能耗支出劇增。

3.能耗管理建設的投入“瓶頸”亟待破解

近年來(lái)，高校普遍擴招發(fā)展，辦學(xué)基礎設施建設項目增多，但后勤管理服務(wù)部門(mén)的能源管理水平與系統化、智能化、科學(xué)化的目標相距甚遠。依舊是人工為主的被動(dòng)式管理狀態(tài)，能耗監測的信息化程度較低，設備新緩慢、技術(shù)監測手段落后、管理水平粗放，許多能耗設備長(cháng)期“帶病運行”，致使正常辦學(xué)運行的能耗計量受阻，急需借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行改善。

二、高校能耗監測系統建設實(shí)例分析

1.項目概況

某高校工程技術(shù)訓練中心大樓為框架結構，地上七層，地下一層，建筑面積5萬(wàn)平方米，屬二類(lèi)高層建筑,滿(mǎn)足綠色建筑設計標準。該工程需要配套建設能耗監測系統子項目，通過(guò)用能系統的實(shí)時(shí)計量，建立建筑能耗數據庫，為此公共建筑提供可靠的能耗分析、節能診斷等技術(shù)服務(wù)。針對該工程的實(shí)際使用情況，進(jìn)行分類(lèi)、分項能耗計量，實(shí)現其中電量、水量、熱量消耗的在線(xiàn)監測，從而實(shí)現能耗的網(wǎng)絡(luò )化管理，建成該工程的節能監管數據中心，從功能上滿(mǎn)足能耗監測與分項計量的要求，為建設節約型校園提供數據信息平臺。

2.能耗監測系統點(diǎn)位分布設計

按照住建部《辦公建筑及大型公共建筑分項能耗數據采集技術(shù)導則》《辦公建筑及大型公共建筑分項能耗數據傳輸技術(shù)導則》，并結合實(shí)際管理使用需要，整棟建筑能耗監測點(diǎn)位設計既要以水、電、暖監測為主，電耗分項至照明插座、空調用電、動(dòng)力用電、特殊用電等四個(gè)必分項以吻合國家技術(shù)規范要求，又要適度考慮監測點(diǎn)位預留延展性、系統兼容性，還要契合當地能耗監測系統建設的扶持政策標準。為此，該監測系統的點(diǎn)位分布設計就成為項目建設的核心指標之一。依據該工程施工設計圖紙，共安排了70個(gè)點(diǎn)位，其中預留2個(gè)監測點(diǎn)位。

3.能耗監測系統功能設計

依據《公共建筑能耗遠程監測系統技術(shù)規程》JGJ/T 285-2014(2015年發(fā))規范要求，該能耗監測系統設計功能：

(1) 能耗分析及預覽即以圖表的方式直接呈現建筑的整體能耗、各分類(lèi)分項能耗及能耗趨勢等信息，且具備播放功能，滿(mǎn)足能耗對外展示的需要。

(2) 記憶查詢(xún)即具備查詢(xún)策略功能，能夠將查詢(xún)的各個(gè)關(guān)鍵參數如：能耗單元、能耗種類(lèi)、時(shí)間段、圖表格式等進(jìn)行組合保存，方便下次查看時(shí)直接調用。

(3) 歷史數據備份與復原即系統應具備專(zhuān)門(mén)的數據管理功能，歷史數據可以通過(guò)光盤(pán)或者硬盤(pán)進(jìn)行備份，備份可以按時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行也可以由操作員手動(dòng)操作?？紤]到數據的有效性和實(shí)時(shí)性，要求故障數據、操作日志、保護信號的詳細 ( 完整數據 ) 至少保存1年，其他數據保存6個(gè)月，統計數據至少保存3年。

(4) 系統自檢功能即系統具有能對交換機、服務(wù)器、工作站等設備實(shí)時(shí)監視。若檢測到故障，即時(shí)出現報警信息。通過(guò)自檢來(lái)確定故障發(fā)生的部位，并能自動(dòng)記錄故障發(fā)生時(shí)間、恢復時(shí)間。

(5) 網(wǎng)絡(luò )管理與維護即能設置和顯示性能監視門(mén)限，存儲和顯示各種性能指標數據。通過(guò)軟件進(jìn)行參數下載，數據庫新。對網(wǎng)絡(luò )設備進(jìn)行配置管理、參數管理、狀態(tài)查詢(xún)等等。

(6) 節能量核算系統模塊即對整棟建筑的能耗狀況以及分類(lèi)、分項節能潛力進(jìn)行科學(xué)的數據核算，并形成報告。

(7) 設備臺賬管理模塊即至少應包括資產(chǎn)管理、維修記錄等功能，以方便設備維護及管理。

(8) 報警管理功能即報警區域劃分明確、報警類(lèi)型劃分清晰、緊急報警提示明顯。

4.能耗監測系統集成

該公共建筑能耗監測系統是一個(gè)系統化集成信息平臺項目，要充分考慮項目的業(yè)態(tài)分布，包括底層網(wǎng)絡(luò )傳感設備設計選型、項目現場(chǎng)施工、能耗數據傳輸網(wǎng)絡(luò )、分項能耗建模、平臺軟件功能、后續可持續的節能診斷與服務(wù)等六大部分。各部分都是能源管理系統建設*的一部分，實(shí)現可視化、集成化、大平臺的綜合管理。該系統建立的能耗監測數據庫，用于分析計算而形成的大數據庫以外，并為未來(lái)社會(huì )化技術(shù)力量的介入與服務(wù)提供數據基礎。

三、高校公共建筑能耗系統的建設策略

通過(guò)對某高校工程技術(shù)訓練中心能耗監測系統建設實(shí)例的分析與實(shí)踐，我們通過(guò)實(shí)踐得出能耗監測系統建設的基本策略，以期為高校節能減排、逐步向微能耗、零能耗發(fā)展提供一定的借鑒價(jià)值。

1.高校公共建筑能耗監測系統建設勢在必行

高校是社會(huì )的重要組成部分，也是能耗管理的大戶(hù)，其節能減排的效益不僅在于降低辦學(xué)成本，還在于熏陶、養成一代年輕人的節能、降耗意識。為此，各級 應該出臺相關(guān)政策激勵、扶持高校在公共建筑中建設能耗監測系統，利在當代、功在千秋。各高校也應在公共建筑的設計、建設預算上重視能耗監測系統的功效，以響應國家建設資源節約型社會(huì )的戰略發(fā)展。

2.公共建筑能耗監測系統建設要因地制宜

高校公共建筑設計、布局能耗監測系統時(shí)，要針對建筑的用途和管理的目標來(lái)綜合考慮。例如學(xué)生宿舍樓、職工住宅樓就要考慮能耗的分戶(hù)計量，而辦公樓、實(shí)驗樓、體育館等只考慮水電暖的總量計取。既不要盲目追求能耗系統功能的全而大，也不要忽視能耗監測系統的延展擴容性與其他公共建筑能耗子系統間的兼容性。我們的經(jīng)驗是滿(mǎn)足需要、適度預留、充分兼容，才能確保校園能耗監測系統發(fā)揮節能減排的作用。

3.能耗監測系統核心支撐高校綠色建筑

通過(guò)各集成用能回路和預設的控制邏輯，公共建筑能耗監測系統對各種建筑的各種能耗進(jìn)行運行監測、數據分析、統一管理，遵循國家相應的標準自動(dòng)節能運行，實(shí)現“能源可視”即用了多少能？“能源可知”即能源用在哪里？能源是怎么用掉的？“能源可控”即怎樣降低能耗，減少能源費用？“化節能”即怎樣計算減少的能源損失和能源浪費？改善室內環(huán)境品質(zhì)？該系統為高校公共建筑的持續使用，降能減耗、綠色環(huán)保奠定基礎和提供可能，有效支撐校園綠色建筑穩步發(fā)展。

4.搭建信息聯(lián)動(dòng)平臺實(shí)現 統籌能耗管理

依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，高校公共建筑能耗監測系統與 主管部門(mén)建立信息共享、數據共享、遠程監測、聯(lián)動(dòng)服務(wù)的信息管理平臺，省市 能耗管理部門(mén)實(shí)時(shí)對各建筑用能進(jìn)行統籌管理，實(shí)現快速應急處理。并利用互聯(lián)網(wǎng)+大數據分析，將數據的分析研究應用于各公共建筑規劃布局、能源配套建設，達到科學(xué)、精細化管理社會(huì )能源。

四、安科瑞重要用能單位能耗在線(xiàn)監測系統

1.系統概述

工業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統是一個(gè)集成Intranet/Internet網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)、Web Service軟件技術(shù)、數據庫技術(shù)等于一體的大型數據綜合管理系統。系統為管理者、各級能耗內部用戶(hù)、瀏覽者提供了一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)的網(wǎng)絡(luò )通道，搭建了一個(gè)合理、信息傳輸平臺和管理平臺。工業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統的開(kāi)發(fā)應用為 管理部門(mén)、企業(yè)生產(chǎn)管理、計量管理、節能管理提高到一個(gè)新的高度，是我們對節能減排、節能降耗實(shí)現的一種行之有效的解決方案。

能源組成及監測內容：

圖1 能源組成

圖2 監測內容

用電類(lèi)：采集采暖、鍋爐、空調、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風(fēng)機、通風(fēng)機等耗電設備的用電信息。主要監測其用電量，對于大耗電設備監測其電流、電壓及功率因數等信息。

配電類(lèi)：采集6kv/10kv配電開(kāi)關(guān)設備、變壓器，狀態(tài)信號、電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、電能質(zhì)量、電能量等。

用水：自來(lái)水和蒸汽；采集具有485通訊功能的智能熱量表、蒸汽流量計、水表等；

用氣：煤氣、天然氣；采集具有485通訊功能燃氣表；

環(huán)境參數：采集具有485通訊功能的溫度/濕度計；采暖空調供回水溫度；

2.系統框架

圖3 系統框架

(1)能源消費管理系統：該系統可以對用能企業(yè)煤、電、油、氣、熱、水等能源和耗能工質(zhì)進(jìn)行定期錄入和實(shí)時(shí)采集，并將收集到的能耗數據進(jìn)行整理存儲，為匯總分析和上報作數據支持。

(2)能源利用狀況信息報送系統

用能企業(yè)可通過(guò)該系統將企業(yè)本年度的《能源利用狀況報告》，報送至市節能監察中心，經(jīng)初審核后，上傳至省節能監察總隊審核，而后上報國家有關(guān)部門(mén)。

(3)單位能耗水平識別評價(jià)系統

利用用能單位能耗數據，對企業(yè)用能狀況進(jìn)行分析評價(jià)，查找問(wèn)題。為 節能管理部門(mén)掌握、分析信息和研究節能改造并制定相關(guān)政策措施提供科學(xué)的依據和平臺。

(4)決策服務(wù)和專(zhuān)家咨詢(xún)服務(wù)系統

系統提供直觀(guān)、簡(jiǎn)明、快捷的數據信息查詢(xún)和決策支持服務(wù)。對用能企業(yè)的能耗進(jìn)行科學(xué)、合理的咨詢(xún)指導，幫助用能企業(yè)做出及時(shí)、正確、可行、有效的解決方案。

(5)能耗預測、能源安全預警系統

通過(guò)系統全部掌握用能企業(yè)能源購置、使用、消耗及生產(chǎn)情況，對企業(yè)的用能情況進(jìn)行綜合的評判和分析，對比同期值和限定值，對能耗超標情況予以預警提示。

在全部獲取能源使用的基礎上，進(jìn)行數據挖掘分析，實(shí)現能耗的分析功能，為 相關(guān)部門(mén)的宏觀(guān)決策提供支撐體系。

(6)節能監察及信息發(fā)布、法律法規知識培訓系統：

通過(guò)該系統平臺，可對省耗能企業(yè)做節能監察工作；發(fā)布節能法律法規標準以及能源基礎知識、能源統計知識、節能監測方法等資料；處理日常節能管理工作相關(guān)的公文、通知、公告等。

3.系統網(wǎng)絡(luò )結構

 系統把數據信息從各個(gè)企業(yè)的能源監控中心采集到后臺的數據庫系統，經(jīng)分析與處理，提供分析預測和預警功能。同時(shí)通過(guò)門(mén)戶(hù)網(wǎng)站、無(wú)線(xiàn)終端等手段為省、市領(lǐng)導以及相關(guān)委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務(wù)。

圖4 系統結構

4.能耗監測系統產(chǎn)品選型

【參考文獻】

[1]張承剛.高校校園能耗監管系統設計與實(shí)現 [D]. 山東大學(xué) ,2014.

[2]張勃.高校公共建筑能耗監測系統建設實(shí)例的研究與策略

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.