高校校園節能綜合管理系統的應用方案

摘   要：高校構建電力能源智能管理系統，可以實(shí)現對高校電力能源消耗的實(shí)時(shí)監測、分析預警和輔助決策。系統通過(guò)能效管理技術(shù)監測各個(gè)設備的用電情況，并通過(guò)數據的取得、整合、匯總來(lái)實(shí)現能源的績(jì)效管理。系統從全局出發(fā)，整體調控電力設備安全穩定地運行，實(shí)現了設備電力參數的實(shí)時(shí)采集，并且通過(guò)標準的通訊接口和成熟的校園網(wǎng)絡(luò )將數據上傳到能源管理系統，進(jìn)而對電力設備實(shí)現全面而有效的監控。
關(guān)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(xué)、科研和生活于一體的大型園區，人員高度密集，建筑功能類(lèi)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(shù)和運行調控主要存在以下共性問(wèn)題：（1）缺乏合理可行的指標。當前指標反映的是宏觀(guān)層面的總體能耗情況，年度靜態(tài)評價(jià)方法無(wú)法實(shí)現高校用能事前預測、事中判斷的動(dòng)態(tài)評價(jià)。（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?，F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(gè)校園，顆粒度過(guò)大，無(wú)法實(shí)現不同用能空間和用能系統的技術(shù)對標。（3）缺乏針對高校特征的適宜節能技術(shù)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(jià)指標體系、能耗監測系統成套技術(shù)和高校節能適宜技術(shù)體系，最后，形成集“準確評價(jià)、能耗監測、數據分析、動(dòng)態(tài)對標、節能準確診斷、適宜技術(shù)研發(fā)、智能管控策略?xún)?yōu)化"為一體的綜合節能技術(shù)，并進(jìn)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(lèi)型、主要用能種類(lèi)、不同類(lèi)型高校的典型用能指標、不同功能建筑類(lèi)型的能耗水平分布、不同類(lèi)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(diǎn)。建立了以不同功能建筑能耗為評價(jià)指標的評價(jià)方法，完善了高校目前以總能耗為判定指標的能耗評價(jià)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(jià)和節能診斷成套技術(shù)
  引入企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)（Enterprise Service Bus， ESB）來(lái)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(gè)系統的數據通過(guò)協(xié)議包裝成服務(wù)，注冊 到 ESB，通過(guò) ESB 提供統一的數據服務(wù)，通過(guò)統一的 數據接口為用戶(hù)提供多種服務(wù)，實(shí)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(dòng)態(tài)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(shí)時(shí)計算的高精度支持向量機（Support Vector Machine, SVM）算法，通過(guò)對歷史能耗時(shí)間序列、氣象數據進(jìn)行建模，預測未來(lái)時(shí)刻的能源消耗，預測值作為動(dòng)態(tài)定額指標，提高了能源定額管理的準確性。實(shí)際操作中，將與預測定額密切相關(guān)的歷史能耗數據、氣象數據作為模型的輸入量，以 SVM 算法創(chuàng )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(shí)施。
基于水電氣能耗數據、機電系統運行數據、重點(diǎn)區域監測數據和氣象環(huán)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(kāi)發(fā)了具有自適應能力的用能報警系統。實(shí)現了通過(guò)手機、大屏、手持終端等多種方式將報警信息實(shí)時(shí)發(fā)送給維護服務(wù)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(wù)平臺
  實(shí)現了空調本體狀態(tài)以及各房間實(shí)時(shí)溫濕度的采集，同時(shí)實(shí)現按照區域（如按房間、樓層、部門(mén)、建筑）或時(shí)間（如按日、月、年）的電量獲取和分析展示。建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的根據氣象參數、用戶(hù)用能時(shí)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(yōu)化方案，并提供健康狀態(tài)監測和故障早期預警，完成全流程的數字化管理，實(shí)現學(xué)校對空調用能的準確管控。

4.2 學(xué)生公寓熱水系統及優(yōu)化控制策略
  建立分布式太陽(yáng)能集熱器、空氣源熱泵及燃氣鍋爐的集中系統及優(yōu)化控制策略。夏季增設太陽(yáng)能集熱器與水箱之間的回路來(lái)充分加熱系統各水箱的蓄水，以解決太陽(yáng)能集熱水箱過(guò)熱但由于用水時(shí)間未到而造成的棄熱現象，實(shí)現較大化利用太陽(yáng)能。冬季通過(guò)建立水溫、水位、比熱容等參數的耦合計算模型，根據逐時(shí)熱量需求形成空氣源熱泵的啟停策略進(jìn)行動(dòng)態(tài)準確控制。在滿(mǎn)足水位高度要求的前提下，蓄水熱量不滿(mǎn)足需求時(shí)才開(kāi)啟空氣源熱泵，顯著(zhù)減少了空氣源熱泵的開(kāi)啟時(shí)間，

4.3 基于室內溫度、濕度、光照度的遮陽(yáng)百葉智能調控策略
  結合光照特征、外窗形狀和開(kāi)啟方式，完成對高校圖書(shū)館溫度、濕度、光照度和室內采光等環(huán)境參數的監控。根據夏季方位角、高度角對遮陽(yáng)的影響以及建筑的光環(huán)境特征，建立遮陽(yáng)板調控角度和策略，并實(shí)現監控系統自動(dòng)控制調節。

5 建立適宜校園園區場(chǎng)地特征和用能特征的新能源綜合技術(shù)體系
  創(chuàng )新性建立“光伏發(fā)電、遮陽(yáng)、構件一體化 + 停車(chē)場(chǎng)"一體化系統，具備光伏發(fā)電、遮陽(yáng)、新能源汽車(chē)充電、停車(chē)場(chǎng)等綜合功能。搭建了光伏發(fā)電在線(xiàn)監測平臺，對發(fā)電量進(jìn)行逐時(shí)計量和儲存?；谛@園區處于海邊、風(fēng)力常年較大的特征選擇了有力矩偏移功能可以保護風(fēng)機的風(fēng)光互補系統，選取高儲能電池和低功率光源以滿(mǎn)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(wǎng)、荷、儲、充"多個(gè)角度解析高校當下及未來(lái)的用能問(wèn)題及用能需求，在統一的需求下“實(shí)現能源互補、信息互通"等管理模式。助力學(xué)校管理智能化、數字化、綜合化，實(shí)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(kāi)放的分層分布式網(wǎng)絡(luò )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(shí)時(shí)在線(xiàn)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(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。

7.2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。
7.2.1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。

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(gè)體的水電用能進(jìn)行預付費管理

7.2.3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。

7.2.4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。

7.3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。

7.4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。

8.平臺部署硬件選型
8.1電力監控與運維平臺

8.2后勤計費管理
8.2.1宿舍/商業(yè)預付費平臺

8.2.2充電樁管理平臺

8.2.3智能照明管理

8.3能源管理系統
 

8.4智慧消防系統
8.4.1電氣火災監控系統

8.4.2消防設備電源監控系統
 

8.4.3防火門(mén)監控系統
 

8.4.4消防應急照明和疏散指示系統
 

9 結束語(yǔ)
  本文結合作者所在高校提出了高校電力能源智能管理系統的構建設想，通過(guò)分析高校在電力能源管理方面存在的弊端，有針對性的提出高校電力系統改造與智能管理系統建設的建議，采用大數據分析管理的方式方法來(lái)保證電力能源的高效利用，實(shí)現高校節能減排，建設綠色校園的目標。
【參考文獻】
【1】 徐強.潘黎 高校校園節能綜合技術(shù)研究與應用[J].上海市建筑科學(xué)研究院有限公司,2019,
【2】 高校綜合能效解決方案2022.5版.
【3】 企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.