校园电力能耗监控系统应用研究

魏立明 徐 鹏 尚 末

(1:吉林建筑大学电气与电子信息工程学院，长春 130118;2:吉林建筑大学后勤管理处，长春 130118)

0 引言

当前，随着高校的快速发展，校园学生人数及校园内建筑面积大幅度地增加、教学设备的大量引入、现代化办公设备的大量使用等使得高校在能源的消耗中占有很大的比重．因此，如何对校园能耗进行科学管理和监控已经成为节约型校园中的关注的热点问题之一．本文结合北方某高校的实际建筑工程的能耗情况，对校园电力能耗监测系统的相关问题进行了详细地阐述．

1 方案设计

本文以北方某大学的校园电力能耗为研究对象，对节约型校园电力能耗监控系统进行了设计与实现，以该校23个单体建筑为监控对象，安装650个监控点，以实现对校园电力能耗科学、有效、自动化监控管理模式．本系统的设计方案采用计算机、网络通信技术、智能化控制等技术，将传统的用能设备系统自动控制功能和远程集抄功能集于一体，对相关用能单位区域内的各类建筑、公共设施进行节能控制和能耗监测管理，实现能耗数据的分类分项统计和分析处理，同时与能耗监测系统数据中心接轨并上报相关能耗分类分项数据，从而满足相关用能单位的节能监管内容及要求，实现节能减排的目标．其网络结构主要由4层组成，分别是:现场监测网络层、中间网络传输层、后台上位机监控管理层、终端服务器层．根据2008年6月住房与城乡建设部制定的［2008］114号关于对各类建筑进行能耗统计的相关文件［1-3］，对能耗监测系统的具体实施等细节做了明确的规定．能耗监测系统被定义为通过对机关办公建筑和大型公共建筑安装分类和分项能耗计量设备，采用远程传输等方式实时采集能耗数据，对重点建筑能耗实现在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称［4-5］．能耗监控系统结构如图1所示．

图1 能耗监控系统结构示意图

2 关键技术

2．1 能耗分项计量

该技术实现电力能耗分项(暖通空调、一般动力设备、一般照明插座设备、特殊功能设备)远程计量功能．各种负荷说明如下:

(1)暖通空调用电负荷． 空调用电负荷是为建筑物提供通风、供暖服务用电负荷的总称;

(2)一般动力设备用电负荷． 动力用电负荷主要为建筑的使用提供各种动力能源(包括电梯、换热站、消防水加压、食堂排烟系统等)的设备用电负荷;

(3)一般照明插座设备用电负荷． 是单位工程中重要的区域照明(含室内照明、室外照明等)负荷，以及插座等室内设备用电负荷;

(4)特殊功能设备用电负荷． 特殊用电负荷是指不属于日常生活中建筑常规的用电，其特点是同一时刻电能消耗大、占总电能消耗比重大(含大型通讯、实验设备，信息机房、洗衣间、食堂餐厅等用电)．

校园某日电力能耗分项计量如图2所示．

2．2 能耗实时计量

该技术的特点是基于无线传感网技术进行信息采集和传输，一方面无线传感网节点自身采集各种参数，另一方面它们与各种用能设备连接，通过无线自组网方式自动采集分散在各建筑区域内的电、水、暖等实时数据，每十分钟更新一次数据，并自动统计耗能峰值，之后上传服务器，使高校后勤部门能随时监测现场耗能设备的运行数据，从而使数据能及时、快速、高效的汇总，体现了“瞬时化”的计量特点．电力能耗实时计量示意图如图3所示．

图2 电力能耗分项计量示意图

图3 电力能耗实时计量示意图

3 实例分析

现以北方某高校2012年与2013年耗电量为例，根据校园电力能耗监控系统获取的数据进行统计．

(1)供热系统耗电量． 2012年供暖期耗电量为402．5×104kW·h;2013年供暖期耗电量为395．8×104kW·h．2012年、2013年供暖期耗电量明细见表1．由表1可知，因全部学生寒假离校，2月成为校园月耗电量的最低月．学生公寓、教学设施的正常使用，以及室外的低温天气，又使得12月的耗电量达到最高．

(2)空调系统耗电量． 空调系统耗电量包括冷冻机组、冷却机组、水泵、冷却塔、中央空调、风机盘管等．2012年和2013年供冷期耗电量明细见表2．由表2可知，夏季空调系统耗电量之最，出现在学生未离校的6月、9月．因学生暑假离校，室外气温最高的8月电量的消耗却相对较低．

表1 2012/2013年供暖期某高校耗电量统计表

表2 2012/2013年供冷期某高校耗电量统计表

(3)建筑照明系统耗电量． 2012年和2013年全年某高校耗电量明细见表3．由表3可知，除寒暑假所在季度外其余季度耗电量相差几乎不大，这是因为寒暑假期间，教室照明系统、校园内用能设备等均处于关闭状态．

表3 2012/2013年全年某高校耗电量统计表

由2012年和2013年能耗监控系统统计数据可知，高校非空闲时耗电的比例最高，达77．9%，这个规律是高校建筑能耗的一般特点，而据中国国际照明网统计，我国照明用电平均每年以23%的速度递增，2013年照明用电达到了17 398亿度，占全国电力消费总量的19．6%以上．因此，结合以上两点，对高校节能宜从降低高校非空闲时间照明耗电量着手进行研究．

4 节能具体措施

通过以上分析得知，如果将北方某高校内照明光源的1/3换成LED(节能在60% ～70%)，每年就能为国家节省用电约0．688亿t标煤．综上所述，采用LED照明改造，每年可为该高校减少灯具的维护费用56 050元．

(1)学校LED绿色照明替换方案． 经过行业通用照明设计软件DIALux进行照度模拟计算，本着以最大限度的节约每一度电为原则，对校园内如下灯具进行一对一替换:现使用灯具为0．6mT5节能灯(功率为14W/盏)，替换灯具为 0．6mT8LED 灯(6W/盏);

(2)LED替换方案功率分析． 根据区域LED替换方案，原用3 210盏灯具替换为LED灯具后，总功率由原来的45kW降低到19．26kW，比原有照明系统降低了25．74kW的输出功率，节能比例高达57．2%以上;

(3)根据学校原照明情况LED产品替换方案如下，见表4;

(4)传统灯具因寿命较短，光源和镇流器等经常损坏每年都需在购买光源、镇流器和人工成本投入大量资金．而LED灯寿命长达5万h，五年内维护费用基本为零．年维护费用对比为:传统灯管年维护费用为17．46元/盏，LED灯具年维护费用基本为零，按全校3 210盏灯计算，仅一年就可节约维护费用56 050元．

表4 照明灯具替换方案

5 结论

综上所述，本文针对校园电力能耗监控系统进行详细的分析，其中重点阐述了能耗系统的方案、分项计量和实时计量等问题．该系统实现了校园内电力能耗的实时采集、监测、管理和控制．该系统的建立有效地降低了高校的运营成本，为响应国家号召构建节约校园具有重要的推动意义．

［1］住房与城乡建设部、教育部．高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则(试行)［R］．2008．

［2］住房与城乡建设部．国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则［R］．2008．

［3］张广明，唐桂忠，俞 辉．机关办公建筑和大型公建能耗监管系统平台若干关键技术［J］．南京工业大学学报，2011，25(9):46-50．

［4］唐桂忠．张广明．公共建筑能耗监测与管理系统关键技术研究［J］．建筑科学，2009，29(10):28-30．

［5］林建平，孙 安．高校能源消耗管理信息系统的设计与实现［J］．辽宁科技大学学报，2008，31(6):12-15．