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高校校園節能綜合管理系統的應用方案

2023-03-02 [1013]

安科瑞鮑靜君

　　摘要：高校構建電力能源智能管理系統，可以實現對高校電力能源消耗的實時監測、分析預警和輔助決策。系統通過能效管理技術監測各個設備的用電情況，并通過數據的取得、整合、匯總來實現能源的績效管理。系統從全局出發，整體調控電力設備安全穩定地運行，實現了設備電力參數的實時采集，并且通過標準的通訊接口和成熟的校園網絡將數據上傳到能源管理系統，進而對電力設備實現全面而監控。

　　關鍵詞：能耗監測；能耗管理；電力管理；高校節能

　　0 引言

　　高校是集教學、科研和生活于一體的大型園區，人員高度密集，建筑功能類型多，能耗總量較大。高校校園節能管理壓力大,高校節能技術和運行調控主要存在以下共性問題：（1）缺乏合理可行的指標。當前指標反映的是宏觀層面的總體能耗情況，年度靜態評價方法無法實現高校用能事前預測、事中判斷的動態評價。（2）缺乏針對用能精細化管理的集“校園能耗監測、數據分析和節能管理"三位一體的能耗監測系統。現有管理方法僅依靠四大分項的計量系統，立足于單棟建筑而非整個校園，顆粒度過大，無法實現不同用能空間和用能系統的技術對標。（3）缺乏針對高校特征的適宜節能技術和智能調控策略。因此，需要建立針對校園用能精細化管理的節能評價指標體系、能耗監測系統成套技術和高校節能適宜技術體系，最后，形成集“準確評價、能耗監測、數據分析、動態對標、節能準確診斷、適宜技術研發、智能管控策略優化"為一體的綜合節能技術，并進行應用示范。

　　1 “校園總能耗＋功能建筑分能耗"的雙控指標體系

　　確定了高校用能特征體系，包括指標類型、主要用能種類、不同類型高校的典型用能指標、不同功能建筑類型的能耗水平分布、不同類型高校的能耗分項比例以及不同功能建筑全年逐月用能特點。建立了以不同功能建筑能耗為評價指標的評價方法，完善了高校目前以總能耗為判定指標的能耗評價體系，形成“校園總能耗＋功能建筑分能耗"的雙控指標體系。

　　2 校園能耗監測、用能評價和節能診斷成套技術

　　引入企業服務總線（Enterprise Service Bus， ESB）來構建能耗監測平臺，保持各系統數據的分布現狀，將高校各個系統的數據通過協議包裝成服務，注冊到 ESB，通過 ESB 提供統一的數據服務，通過統一的數據接口為用戶提供多種服務，實現數據在邏輯上的融合。該系統投資較小，大大降低了數據搬遷難度，數據準確度高，適合高校能耗監測平臺建設

　　3 動態定額測算和智能用能報警方法的用能精細化管理

　　引入適合實時計算的高精度支持向量機（Support Vector Machine, SVM）算法，通過對歷史能耗時間序列、氣象數據進行建模，預測未來時刻的能源消耗，預測值作為動態定額指標，提高了能源定額管理的準確性。實際操作中，將與預測定額密切相關的歷史能耗數據、氣象數據作為模型的輸入量，以 SVM 算法創建預測模型。采用了默認的 RBF 核函數，SVM 預測的相對誤差可降至 1.89%，有利于工程化實施。

　　基于水電氣能耗數據、機電系統運行數據、區域監測數據和氣象環保數據，形成了主要用能系統健康狀況和安全狀況的智能評估，開發了具有自適應能力的用能報警系統。實現了通過手機、大屏、手持終端等多種方式將報警信息實時發送給維護服務人員。

　　4 適應高校用能特征的節能智慧調控體系

　　4.1 高校常用空調形式的一站式智慧服務平臺

　　實現了空調本體狀態以及各房間實時溫濕度的采集，同時實現按照區域（如按房間、樓層、部門、建筑）或時間（如按日、月、年）的電量獲取和分析展示。建立了基于物聯網的根據氣象參數、用戶用能時間、行為模式和室內溫濕度需求的不同建筑功能的空調智能集控優化方案，并提供健康狀態監測和故障早期預警，完成全流程的數字化管理，實現學校對空調用能的準確管控。

　　4.2 學生公寓熱水系統及優化控制策略

　　建立分布式太陽能集熱器、空氣源熱泵及燃氣鍋爐的集中系統及優化控制策略。夏季增設太陽能集熱器與水箱之間的回路來充分加熱系統各水箱的蓄水，以解決太陽能集熱水箱過熱但由于用水時間未到而造成的棄熱現象，實現利用太陽能。冬季通過建立水溫、水位、比熱容等參數的耦合計算模型，根據逐時熱量需求形成空氣源熱泵的啟停策略進行動態準確控制。在滿足水位高度要求的前提下，蓄水熱量不滿足需求時才開啟空氣源熱泵，顯著減少了空氣源熱泵的開啟時間，

　　4.3 基于室內溫度、濕度、光照度的遮陽百葉智能調控策略

　　結合光照特征、外窗形狀和開啟方式，完成對高校圖書館溫度、濕度、光照度和室內采光等環境參數的監控。根據夏季方位角、高度角對遮陽的影響以及建筑的光環境特征，建立遮陽板調控角度和策略，并實現監控系統自動控制調節。

　　5 建立適宜校園園區場地特征和用能特征的新能源綜合技術體系

　　創新性建立“光伏發電、遮陽、構件一體化 + 停車場"一體化系統，具備光伏發電、遮陽、新能源汽車充電、停車場等綜合功能。搭建了光伏發電在線監測平臺，對發電量進行逐時計量和儲存。基于校園園區處于海邊、風力常年較大的特征選擇了有力矩偏移功能可以保護風機的風光互補系統，選取高儲能電池和低功率光源以滿足連續照明能力和抗陰雨天氣能力。

　　6 安科瑞電氣針對高校推出能效管理解決方案--AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理平臺

　　6.1平臺概述

　　AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統計、后勤計費管理、校園運維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網、荷、儲、充"多個角度解析高校當下及未來的用能問題及用能需求，在統一的需求下“實現能源互補、信息互通"等管理模式。助力學校管理智能化、數字化、綜合化，實現節能校園、綠色校園、低碳校園。

6.2平臺組成

　　AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開放的分層分布式網絡結構，主要由設備層、傳輸層、數據層、應用層組成。AcrelEMS-EDU高校綜合能效平臺提供校園用能實時在線監控、能耗數據統計分析、空調智能管理、用能排名、節能評估、宿舍惡性負載監管等功能。

　　6.3平臺架構

圖1 安科瑞能效管理方案架構拓撲

　　7 高校綜合能效解決方案

　　7.1校園電力監控與運維

　　集成設備所有數據，綜合分析、協同控制、優化運行，集中調控，集中監控，數字化巡檢，移動運維，班組重新優化整合，減少人力配置。

7.2后勤計費管理

　　采用*網絡抄表付費管理技術，實現電、水、氣等能源綜合計費，實現遠程抄表、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。通過能源付費管理方式，培養用能群體和部門的節能意識。

　　7.2.1宿舍用電管理

　　針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發基礎用電額度和定時通斷功能；可進行惡性負載識別，檢測違規電氣，并可獲取違規用電跳閘記錄。

7.2.2商鋪水電收費

　　針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預付費管理

7.2.3充電樁管理平臺

　　充電樁在“源、網、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中必*一部分。

7.2.4智能照明管理

　　通過對高校路燈的全局監測，提供對路燈靈活智能的管理，實現校園內任一線路，任一個路燈的定時開關、強制開關、亮度調節，以及定時控制方案靈活設置，確保路燈照明的智能控制和節能。

7.3能源管理系統

　　針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統計分析，包含同比分析、環比分分析、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行采集和統計的各類建筑耗電數據。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數據分門別類的分析，提供領導決策，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，能自動完成能耗數據的采集工作，自動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，設置控制策略，達到節能目的。

7.4智慧消防系統

　　智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、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絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關報警和事件信息通過手機短信、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相關人員。