探討高校公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：在資源節(jié)約型社會建設(shè)進(jìn)程中，高校公共建筑能耗管理存在問題已經(jīng)成為辦學(xué)成本加大、社會資源浪費(fèi)的桎梏。在各級的推動下，高校公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)在探索中發(fā)展，依托互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)能耗管理信息化的實(shí)踐，為高校乃至全社會公共建筑用能穩(wěn)步向微能耗、零能耗發(fā)展提供可能和基礎(chǔ)，促使綠色建筑快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高校；公共建筑；能耗監(jiān)測系統(tǒng)；項(xiàng)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”。隨著世界能源短缺問題的日益突出，建筑節(jié)能逐漸成為關(guān)注的焦點(diǎn)。美、日、德等家在建筑節(jié)能研究與實(shí)踐等方面均取得了較大的發(fā)展，零能耗建筑是未來發(fā)展趨勢。20世紀(jì)80年代中期，我開啟建筑節(jié)能戰(zhàn)略的推進(jìn)，與發(fā)達(dá)家相比還要?dú)v經(jīng)能耗監(jiān)測、節(jié)能減排、微能耗逐步到零能耗的發(fā)展。高校作為耗能大戶之，其公共建筑的節(jié)能減耗尤為重要，舊的分散式能耗測量已不能滿足需要，提出新的能耗監(jiān)測途徑迫在眉睫。

、能耗監(jiān)測系統(tǒng)和能效管理存在問題

1.人們對能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的認(rèn)識水平亟待提升

節(jié)能減排是項(xiàng)家戰(zhàn)略工程。各級出臺了推進(jìn)的相關(guān)政策與導(dǎo)向，但是由于期建設(shè)投入較大、短期內(nèi)經(jīng)濟(jì)效益不十分明顯。許多建設(shè)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)上仍被忽略，建設(shè)單位處于觀望狀態(tài)。能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)是節(jié)能降耗逐步向微能耗、零能耗發(fā)展的基礎(chǔ)性項(xiàng)目和必由之路。它是指通過對家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑安裝分類和分項(xiàng)能耗計(jì)量裝置，采用遠(yuǎn)程傳輸?shù)仁侄渭皶r采集能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)建筑能耗的在線監(jiān)測和動態(tài)分析功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的統(tǒng)稱，主要由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站和數(shù)據(jù)中心組成。

2.高校公共建筑能效管理粗放亟待改善

隨著各行各業(yè)節(jié)能減排的推進(jìn)，當(dāng)高校公共建筑現(xiàn)有能源管理存在著設(shè)備陳舊、節(jié)能技改資金不到位、能耗監(jiān)測手段落后、用能分析缺乏科學(xué)依據(jù)。常常呈現(xiàn)教室、圖書館、實(shí)驗(yàn)樓等公共建筑的“長明燈”；供水供暖設(shè)備陳舊、破損發(fā)現(xiàn)滯后，“跑冒滴漏”現(xiàn)象突出；供電線路老化、電力負(fù)荷超標(biāo)、管理監(jiān)測手段簡單等問題，歸根到底是能耗監(jiān)測信息采集渠道不暢，導(dǎo)致嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，和能耗支出劇增。

3.能耗管理建設(shè)的投入“瓶頸”亟待破解

近年來，高校普遍擴(kuò)招發(fā)展，辦學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目增多，但后勤管理服務(wù)部門的能源管理水平與系統(tǒng)化、智能化、科學(xué)化的目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。依舊是人工為主的被動式管理狀態(tài)，能耗監(jiān)測的信息化程度較低，設(shè)備更新緩慢、技術(shù)監(jiān)測手段落后、管理水平粗放，許多能耗設(shè)備長時間“帶病運(yùn)行”，致使正常辦學(xué)運(yùn)行的能耗計(jì)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(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)實(shí)例分析

1.項(xiàng)目概況

某高校工程技術(shù)訓(xùn)練中心大樓為框架結(jié)構(gòu)，地上七層，地下層，建筑面積5萬平方米，屬二類高層建筑,滿足綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。該工程需要配套建設(shè)能耗監(jiān)測系統(tǒng)子項(xiàng)目，通過用能系統(tǒng)的實(shí)時計(jì)量，建立建筑能耗數(shù)據(jù)庫，為此公共建筑提供可靠的能耗分析、節(jié)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、分項(xiàng)能耗計(jì)量，實(shí)現(xiàn)其中電量、水量、熱量消耗的在線監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)能耗的網(wǎng)絡(luò)化管理，建成該工程的節(jié)能監(jiān)管數(shù)據(jù)中心，從功能上滿足能耗監(jiān)測與分項(xiàng)計(jì)量的要求，為建設(shè)節(jié)約型校園提供數(shù)據(jù)信息平臺。

2.能耗監(jiān)測系統(tǒng)點(diǎn)位分布設(shè)計(jì)

按照住建部《家機(jī)關(guān)辦公建筑及大型公共建筑分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》《家機(jī)關(guān)辦公建筑及大型公共建筑分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)導(dǎo)則》，并結(jié)合實(shí)際管理使用需要，整棟建筑能耗監(jiān)測點(diǎn)位設(shè)計(jì)既要以水、電、暖監(jiān)測為主，電耗分項(xiàng)至照明插座、空調(diào)用電、動力用電、特殊用電等四個必分項(xiàng)以吻合家技術(shù)規(guī)范要求，又要適度考慮監(jiān)測點(diǎn)位預(yù)留延展性、系統(tǒng)兼容性，還要契合當(dāng)?shù)啬芎谋O(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的扶持政策標(biāo)準(zhǔn)。為此，該監(jiān)測系統(tǒng)的點(diǎn)位分布設(shè)計(jì)就成為項(xiàng)目建設(shè)的核心指標(biāo)之。依據(jù)該工程施工設(shè)計(jì)圖紙，共安排了70個點(diǎn)位，其中預(yù)留2個監(jiān)測點(diǎn)位。

3.能耗監(jiān)測系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

依據(jù)《公共建筑能耗遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 285-2014(2015年發(fā))規(guī)范要求，該能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能：

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

(2) 記憶查詢即具備查詢策略功能，能夠?qū)⒉樵兊母鱾€關(guān)鍵參數(shù)如：能耗單元、能耗種類、時間段、圖表格式等進(jìn)行組合保存，方便下次查看時直接調(diào)用。

(3) 歷史數(shù)據(jù)備份與復(fù)原即系統(tǒng)應(yīng)具備專門的數(shù)據(jù)管理功能，歷史數(shù)據(jù)可以通過光盤或者硬盤進(jìn)行備份，備份可以按時間自動進(jìn)行也可以由操作員手動操作?？紤]到數(shù)據(jù)的有效性和實(shí)時性，要求故障數(shù)據(jù)、操作日志、保護(hù)信號的詳細(xì) ( 完整數(shù)據(jù) ) 至少保存1年，其他數(shù)據(jù)保存6個月，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)至少保存3年。

(4) 系統(tǒng)自檢功能即系統(tǒng)具有能對交換機(jī)、服務(wù)器、工作站等設(shè)備實(shí)時監(jiān)視。若檢測到故障，即時出現(xiàn)報(bào)警信息。通過自檢來確定故障發(fā)生的部位，并能自動記錄故障發(fā)生時間、恢復(fù)時間。

(5) 網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)即能設(shè)置和顯示性能監(jiān)視門限，存儲和顯示各種性能指標(biāo)數(shù)據(jù)。通過軟件進(jìn)行參數(shù)下載，數(shù)據(jù)庫更新。對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行配置管理、參數(shù)管理、狀態(tài)查詢等等。

(6) 節(jié)能量核算系統(tǒng)模塊即對整棟建筑的能耗狀況以及分類、分項(xiàng)節(jié)能潛力進(jìn)行科學(xué)的數(shù)據(jù)核算，并形成報(bào)告。

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

(8) 報(bào)警管理功能即報(bào)警區(qū)域劃分明確、報(bào)警類型劃分清晰、緊急報(bào)警提示明顯。

4.能耗監(jiān)測系統(tǒng)集成

該公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)是個系統(tǒng)化集成信息平臺項(xiàng)目，要充分考慮項(xiàng)目的業(yè)態(tài)分布，包括底層網(wǎng)絡(luò)傳感設(shè)備設(shè)計(jì)選型、項(xiàng)目現(xiàn)場施工、能耗數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、分項(xiàng)能耗建模、平臺軟件功能、后續(xù)可持續(xù)的節(jié)能診斷與服務(wù)等六大部分。各部分都是能源管理系統(tǒng)建設(shè)*的部分，實(shí)現(xiàn)可視化、集成化、大平臺的綜合管理。該系統(tǒng)建立的能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，用于分析計(jì)算而形成的大數(shù)據(jù)庫以外，并為未來社會化技術(shù)力量的介入與服務(wù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

三、高校公共建筑能耗系統(tǒng)的建設(shè)策略

通過對某高校工程技術(shù)訓(xùn)練中心能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)實(shí)例的分析與實(shí)踐，我們通過實(shí)踐得出能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的基本策略，以期為高校節(jié)能減排、逐步向微能耗、零能耗發(fā)展提供定的借鑒價值。

1.高校公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)勢在必行

高校是社會的重要組成部分，也是能耗管理的大戶，其節(jié)能減排的效益不僅在于降低辦學(xué)成本，還在于熏陶、養(yǎng)成代年輕人的節(jié)能、降耗意識。為此，各級應(yīng)該出臺相關(guān)政策激勵、扶持高校在公共建筑中建設(shè)能耗監(jiān)測系統(tǒng)，利在當(dāng)代、功在千秋。各高校也應(yīng)在公共建筑的設(shè)計(jì)、建設(shè)預(yù)算上重視能耗監(jiān)測系統(tǒng)的功效，以響應(yīng)家建設(shè)資源節(jié)約型社會的戰(zhàn)略發(fā)展。

2.公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)要因地制宜

高校公共建筑設(shè)計(jì)、布局能耗監(jiān)測系統(tǒng)時，要針對建筑的用途和管理的目標(biāo)來綜合考慮。例如學(xué)生宿舍樓、職工住宅樓就要考慮能耗的分戶計(jì)量，而辦公樓、實(shí)驗(yàn)樓、體育館等只考慮水電暖的總量計(jì)取。既不要盲目追求能耗系統(tǒng)功能的全而大，也不要忽視能耗監(jiān)測系統(tǒng)的延展擴(kuò)容性與其他公共建筑能耗子系統(tǒng)間的兼容性。我們的經(jīng)驗(yàn)是滿足需要、適度預(yù)留、充分兼容，才能確保校園能耗監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)揮節(jié)能減排的作用。

3.能耗監(jiān)測系統(tǒng)核心支撐高校綠色建筑

通過各集成用能回路和預(yù)設(shè)的控制邏輯，公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)對各種建筑的各種能耗進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)管理，遵循家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自動節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)“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(fèi)用？“化節(jié)能”即怎樣計(jì)算減少的能源損失和能源浪費(fèi)？改善室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)？該系統(tǒng)為高校公共建筑的持續(xù)使用，降能減耗、綠色環(huán)保奠定基礎(chǔ)和提供可能，有效支撐校園綠色建筑穩(wěn)步發(fā)展。

4.搭建信息聯(lián)動平臺實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌能耗管理

依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，高校公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)與主管部門建立信息共享、數(shù)據(jù)共享、遠(yuǎn)程監(jiān)測、聯(lián)動服務(wù)的信息管理平臺，省市能耗管理部門實(shí)時對各建筑用能進(jìn)行統(tǒng)籌管理，實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)急處理。并利用互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)分析，將數(shù)據(jù)的分析研究應(yīng)用于各公共建筑規(guī)劃布局、能源配套建設(shè)，達(dá)到科學(xué)、精細(xì)化管理社會能源。

四、安科瑞重要用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)

1.系統(tǒng)概述

工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是個集成Intranet/Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPRS無線傳輸技術(shù)、Web Service軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等于體的大型數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)。系統(tǒng)為管理者、各級能耗內(nèi)部用戶、瀏覽者提供了個訪問的網(wǎng)絡(luò)通道，搭建了個合理、信息傳輸平臺和管理平臺。工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用為管理部門、企業(yè)生產(chǎn)管理、計(jì)量管理、節(jié)能管理提高到個新的高度，是我們對節(jié)能減排、節(jié)能降耗實(shí)現(xiàn)的種行之有效的解決方案。

能源組成及監(jiān)測內(nèi)容：

圖1 能源組成

圖2 監(jiān)測內(nèi)容

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

配電類：采集6kv/10kv配電開關(guān)設(shè)備、變壓器，狀態(tài)信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能質(zhì)量、電能量等。

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

用氣：煤氣、天然氣；采集具有485通訊功能燃?xì)獗恚?/span>

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

2.系統(tǒng)框架

圖3 系統(tǒng)框架

(1)能源消費(fèi)管理系統(tǒng)：該系統(tǒng)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)時采集，并將收集到的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理存儲，為匯總分析和上報(bào)作數(shù)據(jù)支持。

(2)能源利用狀況信息報(bào)送系統(tǒng)

用能企業(yè)可通過該系統(tǒng)將企業(yè)本年度的《能源利用狀況報(bào)告》，報(bào)送至市節(jié)能監(jiān)察中心，經(jīng)初審核后，上傳至省節(jié)能監(jiān)察總隊(duì)審核，而后上報(bào)家有關(guān)部門。

(3)單位能耗水平識別評價系統(tǒng)

利用用能單位能耗數(shù)據(jù)，對企業(yè)用能狀況進(jìn)行分析評價，查找問題。為節(jié)能管理部門掌握、分析信息和研究節(jié)能改造并制定相關(guān)政策措施提供科學(xué)的依據(jù)和平臺。

(4)決策服務(wù)和專家咨詢服務(wù)系統(tǒng)

系統(tǒng)提供直觀、簡明、快捷的數(shù)據(jù)信息查詢和決策支持服務(wù)。對用能企業(yè)的能耗進(jìn)行科學(xué)、合理的咨詢指導(dǎo)，幫助用能企業(yè)做出及時、正確、可行、有效的解決方案。

(5)能耗預(yù)測、能源安全預(yù)警系統(tǒng)

通過系統(tǒng)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(biāo)情況予以預(yù)警提示。

在全部獲取能源使用的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，實(shí)現(xiàn)能耗的預(yù)測分析功能，為相關(guān)部門的宏觀決策提供支撐體系。

(6)節(jié)能監(jiān)察及信息發(fā)布、法律法規(guī)知識培訓(xùn)系統(tǒng)：

通過該系統(tǒng)平臺，可對省耗能企業(yè)做節(jié)能監(jiān)察工作；發(fā)布節(jié)能法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以及能源基礎(chǔ)知識、能源統(tǒng)計(jì)知識、節(jié)能監(jiān)測方法等資料；處理日常節(jié)能管理工作相關(guān)的公文、通知、公告等。

3.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

 系統(tǒng)把數(shù)據(jù)信息從各個企業(yè)的能源監(jiān)控中心采集到后臺的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，經(jīng)分析與處理，提供分析預(yù)測和預(yù)警功能。同時通過門戶網(wǎng)站、無線終端等手段為省、市領(lǐng)導(dǎo)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(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.能耗監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品選型

【參考文獻(xiàn)】

[1]張承剛.高校校園能耗監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D]. 山東大學(xué) ,2014.

[2]張勃.高校公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)實(shí)例的研究與策略

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06版.

作者簡介：繆建梅，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣防火限流式保護(hù)器的研發(fā)與應(yīng)用