淺談高校用電能耗分項(xiàng)計(jì)量方法

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：文章對(duì)高校節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)在工程中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了研究，以節(jié)能為前提，研究節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)、采集方式及相應(yīng)的節(jié)能分析。論文研究了用電能耗分項(xiàng)計(jì)量在高校中的應(yīng)用，并探討了高校的節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)，為高校節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)在工程中的實(shí)現(xiàn)提供參考模型，并通過實(shí)際工程設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行研究探討。

關(guān)鍵詞：公共建筑 ；分項(xiàng)計(jì)量 ；監(jiān)測系統(tǒng) ；工程模型

0 引言

隨著高校節(jié)能工程的不斷建設(shè)，建筑節(jié)能中的能耗數(shù)據(jù)分類計(jì)量顯得尤為重要。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，各地的分類計(jì)量工作存在分類定義不統(tǒng)一、直接計(jì)量難度高等一些問題?；诖耍槍?duì)高校用電能耗分項(xiàng)計(jì)量問題進(jìn)行研究，可利用優(yōu)化能耗拆分算法對(duì)能耗進(jìn)行拆分，間接計(jì)量能耗。

1 用電能耗分項(xiàng)模型

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

分項(xiàng)能耗是對(duì)同類能耗按照不同用途進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的分析。依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定，建筑能源中，電量的計(jì)量分為四個(gè)分項(xiàng)。

1.1照明插座用電

可根據(jù)實(shí)際情況選子項(xiàng)，如：

①照明和插座用電；

②走廊和應(yīng)急照明用電；

③室外景觀照明用電。

1.2 空調(diào)用電

空調(diào)用電是為建筑物提供空調(diào)、采暖服務(wù)的設(shè)備用電的統(tǒng)稱。分為冷熱源用電和空調(diào)末端用電。

1.3 動(dòng)力用電

動(dòng)力用電是除空調(diào)、采暖設(shè)備外，提供各種動(dòng)力設(shè)備用電的總稱。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(diào)等建筑物常規(guī)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、分項(xiàng)計(jì)量模型如圖1所示。

2 用電分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)原則

2.1 計(jì)量回路選擇原則

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

②對(duì)于 2.1 中提到的 4 大分項(xiàng)用電，可采用直接計(jì)量加間接計(jì)量的方式，直接計(jì)量的分項(xiàng)有空調(diào)、動(dòng)力和特殊用電，即此三項(xiàng)均安裝電表，照明插座用電無需加表，間接計(jì)量即可。

③在多個(gè)分項(xiàng)中，若其中某一個(gè)分項(xiàng)的回路很多，可將該分項(xiàng)作為間接計(jì)量，其余直接計(jì)量。

2.2 混合回路歸屬原則

當(dāng)出現(xiàn)包含兩項(xiàng)或兩項(xiàng)以上用電設(shè)備的回路，其歸屬性質(zhì)應(yīng)根據(jù)運(yùn)行時(shí)間和設(shè)備額定功率確定，主歸屬性質(zhì)應(yīng)為全年運(yùn)行的設(shè)備。假如設(shè)備運(yùn)行時(shí)間一樣，按照額定功率的大小區(qū)分設(shè)備性質(zhì)，若設(shè)備間歇運(yùn)行，則比較計(jì)算功率。

3 用電分項(xiàng)計(jì)量方法

3.1 計(jì)量裝置

高校用電計(jì)量裝置應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：首先，電能表的正確度等級(jí)應(yīng)不低于1.0級(jí)，并支持?jǐn)?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳；其次，采用標(biāo)準(zhǔn)串行電氣接口；再次，可以監(jiān)測有功功率或電流；*后，配用電流互感器的精度等級(jí)應(yīng)不低于0.5級(jí)。

3.2 數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器是能夠?qū)Ω黝愑媚苡?jì)量表具進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并能與本地系統(tǒng)主機(jī)（或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心）自動(dòng)交換數(shù)據(jù)的自動(dòng)化設(shè)備。其功率應(yīng)不小于10W，平均無gu障時(shí)間應(yīng)不小于3×104 h，應(yīng)使用低功耗嵌入式系統(tǒng)，并符合相關(guān)電磁兼容性能指標(biāo)，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。

3.3 *優(yōu)化能耗拆分算法

選擇合理的計(jì)量裝置和數(shù)據(jù)采集器是高校用電能耗分項(xiàng)計(jì)量應(yīng)用中的基礎(chǔ)。建筑能耗監(jiān)測的重點(diǎn)和難點(diǎn)是拆分混合支路中的不同類型用電設(shè)備。一般有直接計(jì)量和間接計(jì)量兩種方法。直接計(jì)量方法就是多裝計(jì)量表，但實(shí)際工程中不可能將所有類型的用電設(shè)備都裝上電表，這樣做不僅浪費(fèi)資源，也會(huì)大大提高施工難度。間接計(jì)量方法是利用能耗拆分技術(shù)將能耗拆分計(jì)算，節(jié)省電表資源的同時(shí)，分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)值也能較準(zhǔn)確。

論文主要研究*優(yōu)化能耗拆分算法以及對(duì)應(yīng)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(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)用語：

已知，Y 為支路末端電能耗，xi 為第i個(gè)末端電耗預(yù)估計(jì)值，si為預(yù)估計(jì)不確定度 ，據(jù) Y、xi、si值復(fù)估計(jì)每個(gè)末端電能耗，得到的復(fù)估計(jì)不確定度值為ui 。

定義xi到xi的修正因數(shù)（xi =εi xi ）為εi，

即能耗拆分問題轉(zhuǎn)化為*優(yōu)化問題，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

*終能耗拆分結(jié)果由以下 2 部分構(gòu)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(qiáng)，各末端能耗的預(yù)測值通過現(xiàn)有知識(shí)和數(shù)據(jù)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(jié)果公式簡單，便于快速大量計(jì)算。

4 高校綜合能效解決方案

4.1校園電力監(jiān)控與運(yùn)維

集成設(shè)備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運(yùn)行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動(dòng)運(yùn)維， 班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

4.2后勤計(jì)費(fèi)管理

采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計(jì)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、 賬單統(tǒng)計(jì)匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識(shí)。

4.2.1宿舍用電管理

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

4.2.2商鋪水電收費(fèi)

針對(duì)校園超市、商鋪、食堂及其他針對(duì)個(gè)體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理

4.2.3充電樁管理平臺(tái)

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充"信息能源結(jié)構(gòu)中是必*。充電樁應(yīng)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

通過對(duì)高校路燈的全局監(jiān)測，提供對(duì)路燈靈活智能的管理，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個(gè)路燈的定時(shí) 開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時(shí)控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。

4.3能源管理系統(tǒng)

針對(duì)校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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。

按校園建筑的分類進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對(duì)數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導(dǎo)決策，提高管理效能。

構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動(dòng)完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動(dòng)生成各種形式的報(bào)表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計(jì)報(bào)告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達(dá)到節(jié)能目的。

4.4智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺(tái)直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達(dá)相關(guān)人員。

5.平臺(tái)部署硬件選型

5.1電力監(jiān)控與運(yùn)維平臺(tái)

5.2后勤計(jì)費(fèi)管理

5.2.1宿舍/商業(yè)預(yù)付費(fèi)平臺(tái)

5.2.2充電樁管理平臺(tái)

5.2.3智能照明管理

5.3能源管理系統(tǒng)

5.4智慧消防系統(tǒng)

5.4.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.2消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.3防火門監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.4消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

6 結(jié)束語

本文研究了高校用電的能耗分項(xiàng)計(jì)量方法，首先對(duì)高校能耗分類、分項(xiàng)計(jì)量模型進(jìn)行了分析；其次，分析了用電分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)原則，提出因地制宜地采用直接計(jì)量和間接計(jì)量、間接計(jì)量優(yōu)先的觀點(diǎn)；*后，分析了用電分項(xiàng)計(jì)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?jǐn)?shù)學(xué)模型，該模型不僅能實(shí)現(xiàn)快速大量計(jì)算，

且物理意義強(qiáng)，為高校能耗的間接計(jì)量提供了方法。

【參考文獻(xiàn)】

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

【2】 DBJ/T14-071-2010.高校節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)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(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

作者簡介

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事宿舍安全用電研究發(fā)展。