淺談高校用電能耗分項計量方法

摘 要：文章對高校節能監測系統在工程中的實(shí)際應用進(jìn)行了研究，以節能為前提，研究節能監測系統的工程實(shí)現、采集方式及相應的節能分析。論文研究了用電能耗分項計量在高校中的應用，并探討了高校的節能監測系統，為高校節能監測系統在工程中的實(shí)現提供參考模型，并通過(guò)實(shí)際工程設計和施工進(jìn)行研究探討。

關(guān)鍵詞：公共建筑 ；分項計量 ；監測系統 ；工程模型

0 引言

隨著(zhù)高校節能工程的不斷建設，建筑節能中的能耗數據分類(lèi)計量顯得尤為重要。在實(shí)踐中發(fā)現，各地的分類(lèi)計量工作存在分類(lèi)定義不統一、直接計量難度高等一些問(wèn)題?；诖?，針對高校用電能耗分項計量問(wèn)題進(jìn)行研究，可利用優(yōu)化能耗拆分算法對能耗進(jìn)行拆分，間接計量能耗。

1 用電能耗分項模型

統一性是高校用電能耗分項模型建立的*重要原則，即所有建筑均采用相同的標準。除統一性外，功能性、通用性、適用性也是高校用電能耗分項模型的建立原則，功能性是指模型中每個(gè)分項的劃分是以終端用途為原則的；通用性是指建筑能耗分項模型中包含的各種設備種類(lèi)，即不同的設備種類(lèi)都能找到對應的模型；適用性是指模型中按照功能盡可能細分各類(lèi)設備，但要確保與通用性之間不能互相矛盾。

分項能耗是對同類(lèi)能耗按照不同用途進(jìn)行采集和統計的分析。依據相關(guān)技術(shù)規范規定，建筑能源中，電量的計量分為四個(gè)分項。

1.1照明插座用電

可根據實(shí)際情況選子項，如：

①照明和插座用電；

②走廊和應急照明用電；

③室外景觀(guān)照明用電。

1.2 空調用電

空調用電是為建筑物提供空調、采暖服務(wù)的設備用電的統稱(chēng)。分為冷熱源用電和空調末端用電。

1.3 動(dòng)力用電

動(dòng)力用電是除空調、采暖設備外，提供各種動(dòng)力設備用電的總稱(chēng)。分為電梯用電 、水泵用電 、通風(fēng)用電及電熱水器用電。

1.4 特殊用電

特殊用電指除了照明插座、空調等建筑物常規功能之外的耗電量，如餐廳廚房、健身房或者其他特殊用電。公共建筑能耗分類(lèi)、分項計量模型如圖1所示。

2 用電分項計量設計原則

2.1 計量回路選擇原則

①總用電直接計量，且根據變壓器數量決定三相表和多功能表的安裝數量，假如變壓器數量為n,多功能表數量為m，三相表數量為g，則有：若n=2，則m=2，g=2；若n>2，則m=2，g=n-2。

②對于 2.1 中提到的 4 大分項用電，可采用直接計量加間接計量的方式，直接計量的分項有空調、動(dòng)力和特殊用電，即此三項均安裝電表，照明插座用電無(wú)需加表，間接計量即可。

③在多個(gè)分項中，若其中某一個(gè)分項的回路很多，可將該分項作為間接計量，其余直接計量。

2.2 混合回路歸屬原則

當出現包含兩項或兩項以上用電設備的回路，其歸屬性質(zhì)應根據運行時(shí)間和設備額定功率確定，主歸屬性質(zhì)應為全年運行的設備。假如設備運行時(shí)間一樣，按照額定功率的大小區分設備性質(zhì)，若設備間歇運行，則比較計算功率。

3 用電分項計量方法

3.1 計量裝置

高校用電計量裝置應滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求：首先，電能表的正確度等級應不低于1.0級，并支持數據遠傳；其次，采用標準串行電氣接口；再次，可以監測有功功率或電流；*后，配用電流互感器的精度等級應不低于0.5級。

3.2 數據采集器

數據采集器是能夠對各類(lèi)用能計量表具進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集，并能與本地系統主機（或遠程數據中心）自動(dòng)交換數據的自動(dòng)化設備。其功率應不小于10W，平均時(shí)間應不小于3×104 h，應使用低功耗嵌入式系統，并符合相關(guān)電磁兼容性能指標，具有數據采集、數據處理、數據存儲及數據遠傳功能。

3.3 *優(yōu)化能耗拆分算法

選擇合理的計量裝置和數據采集器是高校用電能耗分項計量應用中的基礎。建筑能耗監測的重點(diǎn)和難點(diǎn)是拆分混合支路中的不同類(lèi)型用電設備。一般有直接計量和間接計量?jì)煞N方法。直接計量方法就是多裝計量表，但實(shí)際工程中不可能將所有類(lèi)型的用電設備都裝上電表，這樣做不僅浪費資源，也會(huì )大大提高施工難度。間接計量方法是利用能耗拆分技術(shù)將能耗拆分計算，節省電表資源的同時(shí)，分項能耗數據值也能較準確。

論文主要研究*優(yōu)化能耗拆分算法以及對應的誤差分析。

3.4 基于*優(yōu)化能耗拆分算法的能耗拆分

*優(yōu)化拆分算法的求解思路如下：

轉化為數學(xué)用語(yǔ)：

已知，Y 為支路末端電能耗，xi 為第i個(gè)末端電耗預估計值，si為預估計不確定度 ，據 Y、xi、si值復估計每個(gè)末端電能耗，得到的復估計不確定度值為ui 。

定義xi到xi的修正因數（xi =εi xi ）為εi，

即能耗拆分問(wèn)題轉化為優(yōu)化問(wèn)題，其數學(xué)表達式為：

能耗拆分結果由以下 2 部分構成：

優(yōu)化拆分算法與其他算法相比，優(yōu)點(diǎn)在于：

①物理意義強，各末端能耗的預測值通過(guò)現有知識和數據庫就能得到；

②保證支路能耗等于各末端能耗之和；

③由公式2、3可知，能耗拆分結果公式簡(jiǎn)單，便于快速大量計算。

4 高校綜合能效解決方案

4.1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。

4.2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。

4.2.1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。

4.2.2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

4.2.3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。

4.2.4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。

4.3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。

4.4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

5.2后勤計費管理

5.2.1宿舍/商業(yè)預付費平臺

5.2.2充電樁管理平臺

5.2.3智能照明管理

5.3能源管理系統

5.4智慧消防系統

5.4.1電氣火災監控系統

5.4.2消防設備電源監控系統

5.4.3防火門(mén)監控系統

5.4.4消防應急照明和疏散指示系統

6 結束語(yǔ)

本文研究了高校用電的能耗分項計量方法，首先對高校能耗分類(lèi)、分項計量模型進(jìn)行了分析；其次，分析了用電分項計量設計原則，提出因地制宜地采用直接計量和間接計量、間接計量?jì)?yōu)先的觀(guān)點(diǎn)；分析了用電分項計量方法，利用*優(yōu)化能耗拆分算法進(jìn)行能耗拆分，得到*優(yōu)化拆分算法下的能耗拆分數學(xué)模型，該模型不僅能實(shí)現快速大量計算，

且物理意義強，為高校能耗的間接計量提供了方法。

【參考文獻】

【1】 楊建華，董慧芳，楊勝安.公共建筑用電能耗分項計量方法研究[J].建筑節能 , 2020, 03(111-115).

【2】 DBJ/T14-071-2010.高校節能監測系統技術(shù)規范[S].

【3】 高校綜合能效解決方案2022.5版.

【4】 企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.