淺析基于建筑全壽命周期的校園能耗監管平臺及產(chǎn)品應用

摘 要：文章基于建筑全壽命周期概念，從規范管理建筑運營(yíng)能耗角度出發(fā)，針對學(xué)生用能現狀，提出通過(guò)構建校園能耗監管平臺對能耗數據進(jìn)行收集、上傳、儲存、分析，提升校園能耗管理水平，為構建節約型生態(tài)校園提供一定支持。

關(guān)鍵詞：建筑能耗；能耗監管平臺；全壽命周期；綠色校園

0 引言

隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展，城鎮化、工業(yè)化腳步加快，中國建筑業(yè)進(jìn)入高速增長(cháng)階段，建筑全壽命周期能耗隨之增加。根據中國建筑能耗研究報告2020的測算，2005至2018年間。全國建筑全壽命周期能耗由2005年的9.34億t標準煤上升到2018年的21.41億t標準煤，擴大2.3倍，年均增長(cháng)6.6%。2018年全國建筑全壽命周期能耗總量為21.47億t標準煤，占全國能源消費總量的比重為46.5%。建筑運行階段能耗為10億t標準煤，占建筑全壽命周期能耗46.6%，占全國能源消費總量的比重為21.7%?；谖覈鴩谰娜司茉凑加辛楷F狀，除了以開(kāi)發(fā)清潔能源為主的“開(kāi)源"節能，也采取減少能源浪費、提高能效等舉措的“節流"節能也發(fā)揮出重要作用。在當前能源和環(huán)境的巨大壓力條件下，作為能源消耗的建筑行業(yè)急需從建筑全壽命周期角度走出一條綠色健康發(fā)展之路。

1 建筑全壽命周期能耗監管

建筑全壽命周期是指從建筑材料生產(chǎn)、建筑規劃與設計、建筑施工與運輸、運營(yíng)維護直到拆除處理的全循環(huán)過(guò)程。近些年已有不少針對低碳排放建材、綠色建筑設計、建筑節能設備等前期建筑設計建設階段進(jìn)行的節能建筑研究，但對建筑建成后的運營(yíng)階段缺少相應管理方式和管理平臺。相比起建筑建設期間的一次性能源消耗，建筑運營(yíng)能耗具有長(cháng)期性，且受到建筑使用者和建筑管理水平影響較大，是具有較大節約潛力的部分。建立健全建筑能耗監

控平臺，對能耗數據進(jìn)行收集、上傳、儲存，并通過(guò)數據分析進(jìn)行后續節能規劃對完善建筑全壽命周期管理、降低建筑運營(yíng)能耗具有重要意義。

2 校園節能現狀

高校建筑作為公共建筑的一部分，擁有較大建筑存量和增長(cháng)空間以4.4%全國人口占比數消耗了約8%的社會(huì )能。相較于全國居民人均能耗指標，大學(xué)生生均能耗、水能耗分別是其四倍和兩倍，這表明高校校園擁有巨大的節能潛力。早期高校校園建設缺少技術(shù)與設備支持，導致各類(lèi)建筑、各種能耗數據嚴重缺失，很大影響開(kāi)展校園節能工作。近年來(lái)我國加強了對校園建筑能耗監管，致力于打造節約型校園。2013年，《綠色校園評價(jià)標準》開(kāi)始實(shí)施，并作為我國開(kāi)展綠色校園評價(jià)工作的指導文件和技術(shù)依據，綠色校園的建設發(fā)展。為加強校園可持續發(fā)展建設，國家相關(guān)部門(mén)提出建設校園建筑節能監管體系的原則和思路，強調運用數字化技術(shù)對校園建筑能耗進(jìn)行計量、控制和管理，并基于大數據對未來(lái)能耗消耗量進(jìn)行預測，對校園節能減排，打造節約型校園具有重大價(jià)值和意義。為響應國家政策，不少高校已經(jīng)試點(diǎn)安裝校園建筑能耗監管平臺，提高能耗管理水平，挖掘校園節能潛力。如浙江大學(xué)在紫金港校區建成了節約型校園能耗管理平臺，已通過(guò)驗收，實(shí)現了各類(lèi)建筑能耗監控和數據全覆蓋。此后寧夏大學(xué)、北京外國語(yǔ)大學(xué)等高校也紛紛建立本校節能監管系統，為全國高校能耗監管體系建立拉開(kāi)序幕。相關(guān)調查研究顯示，已建成校園能耗監管平臺的高校其單位建筑平均電耗為17.7kWh/m2，相較于一般高校單位建筑平均電耗降低67%?？梢园l(fā)現，我國高校蘊含巨大節能潛力，而設立運用節約型校園能耗管理平臺可以有效改善能耗情況，起到節能作用。

3 校園數字化監管平臺建設

校園數字化監管平臺通過(guò)對校園內安裝的智能化能耗計量表獲取校園內各類(lèi)建筑的分項能耗數據，并傳輸回監管平臺的數據中心，實(shí)現對校園能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監控?；跀祿行牡臍v史數據對當前數據進(jìn)行縱向分析評估，提出適宜的校園節能目標，并對系統故障和異常能耗進(jìn)行預警。

3.1 設備安裝與數據采集

早期建筑在未安裝智能采集量表前，量表數據獲取多是利用人工抄寫(xiě)后再錄入。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，現有建筑大多安裝智能化量表，不僅實(shí)現了對能耗數據的實(shí)時(shí)采集和記錄，還包含測量電器實(shí)時(shí)功率、總功率等數據。智能化量表的出現和大面積安裝使用，保證了數據的時(shí)效性和準確性，為構建數字化監管平臺提供基礎數據支撐。

3.2 能耗分項計量

校園建筑雖然屬于公共建筑，但各類(lèi)建筑功能不同，用能水平差異明顯。為便于系統識別和建筑分類(lèi)，《高等學(xué)校校園建筑節能監管系統建設技術(shù)導則》中按16位編碼方法將建筑分為13類(lèi)并編碼，內容如表1所示。

不同建筑消耗能源種類(lèi)也不同，如教學(xué)樓、科研樓等主要消耗電能，學(xué)生宿舍消耗水、電，鍋爐房消耗燃氣等。通過(guò)不同種類(lèi)能耗安裝不同量表已經(jīng)實(shí)現對校園能耗分類(lèi)計量和統計分析。但每一類(lèi)能耗的消耗地點(diǎn)、消耗電器無(wú)法通過(guò)單個(gè)量表體現。要實(shí)現校園節能，僅有一個(gè)龐大的單類(lèi)能耗數據是不夠的，還需對建筑內每個(gè)房間的能耗，甚至房間內每類(lèi)電器的能耗進(jìn)行分項計量?？筛鶕秶覚C關(guān)辦公建筑及大型公共建筑分項能耗數據采集技術(shù)導

則》，可將電耗分為照明插座用電、空調用電、動(dòng)力用電和特殊用電四類(lèi)進(jìn)行分項計量，以便后續分析各房間、各電器的節能潛力。

3.3 數據傳輸與儲存

量表利用有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)端口實(shí)現與數據網(wǎng)關(guān)的對接，基于已建成的校園網(wǎng)基礎設施和WEB技術(shù)，可以實(shí)現高效率數據采集和數據傳輸工作，達到實(shí)時(shí)遠程監控建筑能耗的目的。能耗數據將在數據中心完成的分類(lèi)、分項統計和儲存工作，形成該校的能耗基礎數據庫并對數據安全進(jìn)行保護。

3.4 數據處理與分析

基于校園能耗監管平臺建立的能耗數據庫，可以實(shí)現對各類(lèi)建筑、房間、電器能耗的橫向對比和對歷史數據的縱向對比，從而掌握校園建筑的能耗基礎狀態(tài)和隨時(shí)空變化的特征。管理者根據分析結果針對不同建筑、不同能耗類(lèi)型制定相應的能耗基線(xiàn)和節能措施，做到針對性能耗優(yōu)化。此外，基于數據庫的海量數據可對校園未來(lái)能耗趨勢進(jìn)行預測，為校園節能提供目標參考。

3.5 數據互通與系統聯(lián)動(dòng)

校園能耗監管平臺收集的能耗數據可與上級能源管理部門(mén)互通，通過(guò)對校園能耗水平和全市能耗水平分析，比較能耗差異、發(fā)掘能耗潛力，實(shí)現能源利用和能效水平*大化。同時(shí)，校園能耗監管平臺可以延伸到數字化校園的OA、學(xué)生工作、公寓管理等相關(guān)子系統，通過(guò)多平臺數據互通展示、指標公示、節能宣傳等方式實(shí)現多系統協(xié)作，督促師生參與校園節能，加強環(huán)保節能意識。

4能耗管理制度建設健全

配合校園能耗監管平臺應建立相應的能耗設施管理和使用者管理制度。監管平臺難以通過(guò)平臺直接實(shí)現建筑節能，需要管理者建立相應的管理制度和考核獎懲制度，根據平臺數據分析設定對應節能指標，層層推進(jìn)落實(shí)，實(shí)現到每一個(gè)用能終端的管理。各地高?？蓞⒖家呀?jīng)頒布的《高等學(xué)校校園建筑節能監管系統建設技術(shù)導則》，基于本校自身條件和現階段用能水平，因地制宜建立校園能耗管理制度。通過(guò)監管平臺的系統聯(lián)動(dòng)和數據公開(kāi)，使用者也能清晰明了地得到相關(guān)建筑的用能水平和用能特征，根據設定節能目標采取針對的節能舉措，形成正向節能反饋和節能激勵。

5 監管平臺建設和管理不足之處

我國建筑節能領(lǐng)域正處于探索發(fā)展階段，校園能耗監管平臺運行在取得一定成效的同時(shí)，也出現新的問(wèn)題等待解決。

5.1高校缺少面向師生的監管平臺宣傳

師生作為高校主要用能者，其用能行為對校園能耗水平產(chǎn)生顯著(zhù)影響。相關(guān)研究表明，高校學(xué)生作為接受了高等教育的群體，整體節能意識較強，但節能行為水平較之有明顯下降，表現出意識與行為不同步，具有“知強行弱"的特征，這表明校園建筑能耗可以通過(guò)優(yōu)化師生行為達到節能目的。而高校管理者疏于對能耗監管平臺建設的目的及意義進(jìn)行宣傳講解，將影響校園節能工作的開(kāi)展和平臺運營(yíng)管理的效果。校園能耗監管平臺建設和運營(yíng)期間，管 理者應加強校園內宣傳工作，擴大監管平臺的影響力，一步步增強師生的節能意識，引導其利用平臺了解用能情況，在必要時(shí)可制定規范采取經(jīng)濟手段激發(fā)節能動(dòng)力，從而達到校園節能目標。

5.2監管平臺收集的能耗數據分析利用不足

校園能耗監管平臺建成后，海量能耗數據往往只用于基礎用量統計，缺少針對各項數據的整理，挖掘和比較，監管平臺的深層分析功能得不到體現，難以進(jìn)一步開(kāi)展節能管理工作。甚至由于儲存維護成本較高，出現數據刪除丟失等現象，違背了校園能耗監管平臺建設的初衷。管理者應充分發(fā)揮監管平臺作用對能耗數據進(jìn)行挖掘利用，開(kāi)展各類(lèi)能效分析和建筑用能評估，為節約型校園建設提供數據支撐。同時(shí)，管理者應利用高?，F有設施設備，合理共享資源配置，降低運營(yíng)管理成本，實(shí)現資源資金雙節約。

6 高校綜合能效解決方案

6.1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。

6.2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。

6.2.1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。

6.2.2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。

6.2.3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。

6.2.4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。

6.3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。

6.4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。

7.平臺部署硬件選型

7.1電力監控與運維平臺

7.2后勤計費管理

7.2.1宿舍/商業(yè)預付費平臺

8 結束語(yǔ)

校園監管平臺的建成和運營(yíng)實(shí)現了高校能耗的數字化采集儲存和分析，提升了高校能耗管理水平，為技術(shù)節能、管理節能和行為節能提供平臺和數據支撐，積極響應國家提出的節約型校園建設號召。校園監管平臺作為建筑全壽命周期體系中重要的一環(huán)，在實(shí)現校園能耗管理數字化、科學(xué)化、規范化的同時(shí)也存在宣傳、數據挖掘不到位的情況。當前我國建設綠色校園、節約型校園工作正穩步向前。通過(guò)前期試點(diǎn)高校的探索實(shí)踐，建立健全校園能耗監

管平臺使用管理體系并推廣，實(shí)現綠色校園目標任重而道遠。

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