基于校园电采暖系统的建筑能耗分析与研究

鲁晓帆，刘 田

（1.吉林建筑科技学院，长春 130114；2.启明信息技术股份有限公司，长春 130122）

0 引言

近几年来，北方空气污染的严峻形势让各地政府出台“煤改电”政策，用电采暖来代替燃煤锅炉等传统采暖。在北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021）中指出，通过高效用能系统实现低排放、低能耗的取暖方式，为此，结合我校电采暖控制系统平台，对校园建筑能耗情况进行数据分析与研究，总结出现阶段电能消耗的特点，并有针对性地提出电采暖节能改造建议及措施，对于“节能减排”，具有重要实际意义和研究价值。

1 校园电采暖概述

校园电采暖主要包括图书馆、公共教学楼、各学院教学楼、实验楼、学生公寓、饮食中心、生活服务中心等7大区域共30栋建筑，一期建筑面积合计295，206㎡，折算供热面积316，166㎡。我校一期电采暖总供热负荷14，760kW，变压器总容量15，140kVA，配置总功率16MW。放射式供电至电采暖终端设备—壁挂直热式全铝翅片硅晶电暖器（9，920个）或埋设式地热线缆。每个终端电采暖设备（电暖器）由自动控制系统进行控制。全校电暖器共有七种规格（1.0-2.2kW），功率可在50-100%之间调变。在各建筑物的供暖区域设置了6，683个控制箱，向控制中心远传各供暖区域的室温。全校电采暖系统由4台电脑集中控制，按室外气温变化、房间温度设定和使用需要启动或停止采暖设备，变频调节供电量，以达到既满足采暖需求又节能运行的目的。

2 校园电采暖控制系统架构

该控制系统技术指标：实现室内温度的自动控制，温度控制范围：0-35℃；采用智能控制技术，室温控制精度：±1℃；电采暖供电电压220V；单片碳晶电暖器功率1200W，每个温控器功率调节范围0-2400W。该控制系统具有3种温度控制模式：

图1 电采暖控制系统架构

（1）远程自动控制模式。远端将数据传送至工控机，由它完成每个电暖器的开启控制。

（2）远程半自动控制模式。通过手工操作发出电采暖启动/停止指令，控制系统确认安全后自动运行。

（3）本地控制。通过现场控制温控箱，转换开关切换，可以进行现场室温的调节和控制。

电采暖智能控制系统主要由数据采集单元、过程控制单元和监控管理单元组成，其系统整体设计结构图如图1所示。

智能温控器与服务器之间采用RS-485总线相连，每条独立RS-422总线为1200m，若大于此距离，可加装中继器。

3 电采暖控制系统功能

温控器由上位机服务器端智能控制，主要功能有：新增设备、删除设备、读取设备ID、读取设备信息、读取设备名称、设置设备名称、设置设备时间、系统参数操作、时段参数操作等，其中，温控器参数设置有如下两大功能模块：一是控制器系统参数；二是设备运行参数。

4 数据采集

数据采集系统主要有：采集模块安装、组网、数据采集Agent、数据处理。通过485总线组网，采集模块采集建筑能耗数据，最后通过WIFI 网络远程传输到Agent，Agent 分为Server，Client，Console，通过计算机局域网连接。数据通过数据传输子系统传输到数据库系统。

5 建筑能耗分析与研究

通过数据采集获取25栋建筑能耗数据，同时进行抽取、清洗，存储有效数据。通过可视化分析工具，实现可视化数据统计分析，实现从宏观到微观的数据浏览、查询与分析功能。

5.1 数据可视化

数据可视化是指将大型数据集中的数据以图形图像形式表示，并利用数据分析和开发工具发现其中未知信息的处理过程。

本文通过Cognos 业务智能报表工具，对有效数据进行统计分析，实现数据可视化操作，以饼形图、柱形图及曲线更加直观、清晰地展示7大类25栋建筑的全年能耗情况及采暖期内电采暖能耗情况。

5.2 建筑能耗分析

通过饼形图更加直观的展示校园25栋建筑在采暖期内的能耗所占比例及采暖内的每月能耗总量，如图2所示。

图2 25栋建筑采暖能耗分析图

其中，12 栋学生公寓占总能耗51.43%；体育馆、图书馆、公共教学楼A 该3 栋建筑，能耗分别占8.16%、7.82%、6.62%，占总能耗22.6%。通过数据分析，学生公寓采暖能耗占一半以上，因此，在学生的上课期间，结合当日天气，可以适当调整学生公寓采暖智能设备，优化供暖时段，如：上午9：00-11：00，下午13：00-16：00，有效合理利用资源。

通过数据可视化操作，更能直观的反映各建筑的能耗情况，方便对能耗进行统计分析，如图3所示，11月份7大类建筑能耗分析图；以及用折线分析教学楼全年12月能耗分布情况，由于冬季采暖期主要耗电量集中分布于10月、11月、12月，且逐月上升，12月明显增加，总能耗257，732.84kW·h。

图3 7大类建筑能耗分析图

数据分析统计采暖能耗，并进行逐年、逐月、逐日汇总，并绘制当日能耗折线图如图4所示。能耗主要分布工作日内，周末能耗明显下降，由于大部分学生周末没有课程，智能控制设备，自动调节温度，降低能耗，有效利用资源。

图4 11月份电气信息馆电采暖能耗分析折线图

6 结束语

本文主要介绍了校园电采暖控制系统平台的架构及功能，简要介绍数据采集一般方法和体系结构等方面内容，利用电采暖控制系统平台及校园建筑能耗监测系统平台，采集校园25栋建筑全年能耗及采暖期内建筑能耗，通过Cognos 业务智能报表工具，数据可视化操作，对数据进行统计分析，实现了从宏观到微观的数据浏览、查询与分析功能。通过数据对比分析，可以有效利用电采暖智能控制设备，自动调节温度，降低能耗，合理有效利用资源。为后续的校园建筑能耗监测可视化平台搭建及能耗优化方案设计等提供一定的理论基础。当然，在很多方面还需要深入研究，例如，大数据采集、存储、处理、数据挖掘等需要进一步分析和研究。