高校建筑節能監測的設計

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1模擬目標項目概況

實際模擬的高校屬于我國重點高校，隨著建設規模的不斷增大能源消耗量非常大，主要表現在以下幾個方面：首先該校園處于建設發展時期，因此每年用能量均處在不斷增長中。例如，不斷改善校園環境以及辦公、科研、后勤軟硬件等，均導致耗能的增加。另外，學校不但從事正常的教學工作，而且在服務社會以及科技創新方面的投入不斷增加致使能源消耗增加。當前學校年用電量超過2300萬kWh，其中生活用電占40%，科研用電將近48%，其余為教學用電；其次，學校擁有多個校區且多數小區年代已久很多設備性能老化，一方面增加了管理難度，另一方面耗能量較為嚴重。模擬高校建筑分類參照已經公布的大型公共建筑分類方法，結合校園特點進行修訂。即在大型公共建筑的關于建筑分類的“學校建筑”編碼后增設子項編碼，以對應校園建筑的不同使用功能和用途。子項編碼分為以下14類。

2節能監測實訓系統設計目標

通過合理的規劃和設計主要實現以下目標：利用數字電表采集用電數據信息，并經過智能電表網關傳送到能耗管理中心，管理人員借助相關軟件對用電信息進行處理和分析，進而為校園各用電部門提供參考。另外，設計時為了減少投資成本，要求以“因校制宜，簡約可靠”為原則，充分利用已有資源。

3節能監測實訓系統架構

節能監管系統主要適用于對校園建筑設施能耗的計量、數據分析、數據統計、節能分析及節能指標管理，區別與一般以對建筑設備系統進行自動控制為主要目的的建筑智能控制系統（BA系統）和以收費管理為主要目的的水電氣表遠程集抄系統。但鼓勵共享建筑智能控制系統的相關數據。校園建筑節能監管系統由計量表具、數據采集及轉換裝置(本導則簡稱網關設備)、數據傳輸網絡、數據中轉站、數據服務器、管理軟件組成。系統應基于互聯網技術、采用BS軟件構架。系統應具備能耗數據實時采集和通訊、遠程傳輸、自動分類統計、數據分析、指標比對、圖表顯示、報表管理、數據儲存、數據上傳等功能；滿足校園節能監管內容及要求。

3.1計量類型

為了滿足國家相關部門制定的節能監測系統建設要求，前端計量裝置應進行分類、分區、分戶的電能統計。因此，應將校園用電劃分為不同的類型，并根據不同類型配備專門電能計量設備。該校園用電類型主要分為照明、空調、動力以及特殊用電四種類型，其中照明用電包括各建筑物以及照明區域中的用電；空調用電指為校園各建筑物提供采暖、空調服務的設備用電，例如鍋爐、冷凍機組等；動力用電指生活用水、自來水加壓、電梯等能夠提供動力服務的用電；特殊用電指校園常規用電之外的用電，例如洗衣房、信息中心、實驗設備等。

3.2劃分計量單元

根據該校園建筑分布特點，在參考不同的計量分類的基礎上劃分不同的計量單元。首先，為了實現對用電負荷運行情況的實時監測，為電能的計量和管理提供方便，學校后勤應結合教學區樓群分布和樓層的實際情況，劃分合理的計量單元；其次，將辦公區、院系樓、學科等部門劃分不同的計量單元。該校辦公區大部分為單相用戶，因此應根據不同的房間劃分計量單元，尤其應注重細節方面的設計。例如在不同的辦公室安裝剩余電流保護裝置，并在不同樓層集中安裝數字電表，而在群樓安裝三相數字電表，進而能夠評估和掌握不同單元耗能情況。該校實驗室安裝有動力配電箱，從而能夠為室內的動力裝置和空調提供電能，為此需要對該部分電路進行一定的改造，即將室內的插座和照明負荷均接入動力配電箱中，并將三相和單相數字電表集中安裝在不同樓層中，將三相數字電表設置在樓群中。針對實驗室公共部分的用電應進行分開計量；最后，劃分學生宿舍、服務實體、教學生活輔助用房計量單元。其中考慮到學生宿舍不同房間已安裝計量裝置，設計時為實現對原有設施用電情況的計量，應安裝三相數字電表進而能夠將用電數據傳輸到用電管理中心；餐廳、禮堂、圖書館服務實體以及生活輔助用房，均應在樓群中按照三相數字電表。

4監測實訓系統硬件設計

4.1監測系統硬件結構

為了保證監測系統硬件設計的合理性，應對其整體結構進行全面的把握。該校園節能監測準備利用集散控制系統，該系統由管理中心、通信網絡、采集設備三部分構成。其中管理中心在遵守TCP/IP協議的基礎上連接在校園網絡中，其較為重要的部分為計費系統。計費系統主要負責用電信息的統計和用電費用的結算，另外，還能對網損、線損以及電量平衡等進行考核；為實現自動化通信，數字電表的接口方式為異步半雙工RS485接口，在該接口下每個智能電表網關可接入256×128臺數字電報，并按照Modbus-RTU協議要求進行通信，距離可達一千米。通信網絡架設主要利用較為經濟的雙絞線結構；現場電能信息的采集是整個監測系統的基礎由數字電表和斷路器組成，其中數字電表分布在不同房間和樓層、樓中，設置在配電柜中并通過電表網關連接在校園上。

4.2監測系統硬件評估

首先，經過全面的分析，設計時系統硬件結構符合國家規范關于建設節約型校園的要求；其次，智能電表網關通信方式多種多樣，不管用電信息的采集還是傳輸優勢較為明顯。另外數據信息傳輸主要以有線和無線結合方式進行，因此保證了用電信息傳輸的可靠性；再次，智能電表網擁有較高的數據采集速度，能夠接入不同計量設備的接入。而且數字電表和位于網關中的數字采集器連接形式為星形，該結構不但工作性能穩定，而且當有大量數字電表接入時，能夠有效解決可變波特率、沖突、尋址等問題；最后，通常情況下，不同類型的數字電表采用的通信協議和串口參數不同，而智能電表網關可以接入不同類型的數字電表，并且不同端口之間的工作互不影響。

5監測實訓系統軟件設計

5.1監測系統軟件體系

節能監測系統中管理系統采用面向對象的軟件進行管理，能夠根據不同的應用功能將服務對象劃分不同的類型。設計時最為重要的部分為將服務數據基礎框架搭建完成，接著在其中加載各種服務對象。另外，在節能技術不斷發展的基礎上，管理平臺可對框架中的數據進行更新，以滿足節能的各項要求。

5.2監測系統應用軟件組成

監測系統應用軟件能夠提供數據采集通信、數據采集數據解析、數據采集數據處理、分項能耗結算服務。其中數據采集通信服務接收和存儲智能電表網的數據包，主要通過Socket協議實現（軟件流程如圖1所示）；數據解析服務主要任務在于讀取智能電網卡數據包，并將其解析成結構化的記錄，并將解析后的數據信息存儲在對應的數據庫中；數據處理主要負責三個方面工作：首先，讀取出解析后的結構化數據；其次，對結構化數據的準確性和合理性進行檢查；最后，將用電設備的日結算記錄以及各項能耗用量計算出來；分項能耗結算服務負責分項能耗用量的讀取以及能耗日志記錄的計算工作。

6預測節能目標

根據模擬建筑可能的不同用電運行模式，通過制定節能工作計劃，應用節能監測系統并結合使用加強供電設備維護，不斷優化低成本控制措施等方法，對該系統節能目標進行計算評估可知該體系可節約能耗超過20%，累計節約用電2100萬kWh，能為學校節省大量用電成本開支，符合建設節約型校園的目標要求。

7結束語

通過在該校建筑節能監測實訓系統的設計、建設和使用，以及利用實訓平臺實現的各種運行模式下的能耗監測結果，使學校師生生動地感覺到校園節能的巨大潛力，以及專業技術的實際作用，從而激發學生鉆研專業技術，感覺到節能從我做起、從身邊做起的現實意義，培養良好的用能習慣，積極為校園建筑節能建言獻策，推動學校節能工作，極大的提高用電管理效率，達到節約能源的目的。總之，學校作為用電大戶應積極響應建設節約型校園號召，不斷增加節能方面的投入，通過科學合理的節能監測系統及時發現電能利用中存在的不足，進而采取有效措施加以控制，為節約能源做出應有的貢獻。

本文作者:顧莉莉工作單位:蘇州工業職業技術學院