淺談基于建筑全壽命周期的校園能耗監(jiān)管平臺及產(chǎn)品應用

時間：2024-04-03作者：安科瑞電子商務（上海）有限公司瀏覽：21

摘 要：文章基于建筑全壽命周期概念，從規(guī)范管理運營能耗角度出發(fā)，針對學生用能現(xiàn)狀，提出通過構建校園能耗監(jiān)管平臺對能耗數(shù)據(jù)進行收集、上傳、儲存、分析，提升校園能耗管理水平，為構建節(jié)約型生態(tài)校園提供一定支持。

關鍵詞：建筑能耗；能耗監(jiān)管平臺；全壽命周期；校園

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化腳步加快，中國建筑業(yè)進入高速增長階段，建筑全壽命周期能耗隨之增加。根據(jù)中國建筑能耗研究2020的測算，2005至2018年間。全國建筑全壽命周期能耗由2005年的9.34億t標準煤上升到2018年的21.41億t標準煤，擴大2.3倍，年均增長6.6%。2018年全國建筑全壽命周期能耗總量為21.47億t標準煤，占全國能源消費總量的比重為46.5%。建筑運行階段能耗為10億t標準煤，占建筑全壽命周期能耗46.6%，占全國能源消費總量的比重為21.7%。基于我國嚴峻的人均能源占有量現(xiàn)狀，除了以開發(fā)清潔能源為主的“開源”節(jié)能，也采取減少能源浪費、提高能效等舉措的“節(jié)流”節(jié)能也發(fā)揮出重要作用。在當前能源和環(huán)境的壓力條件下，作為能源消耗的建筑行業(yè)急需從建筑全壽命周期角度走出一條健康發(fā)展之路。

1 建筑全壽命周期能耗監(jiān)管

建筑全壽命周期是指從建筑材料生產(chǎn)、規(guī)劃與設計、建筑施工與運輸、運營維護直到拆除處理的全循環(huán)過程。近些年已有不少針對低碳排放建材、建筑設計、建筑節(jié)能設備等前期建筑設計建設階段進行的節(jié)能建筑研究，但對建筑建成后的運營階段缺少相應管理方式和管理平臺。相比起建筑建設期間的一次性能源消耗，建筑運營能耗具有長期性，且受到建筑使用者和建筑管理水平影響較大，是具有較大節(jié)約潛力的部分。建立健全建筑能耗監(jiān)

控平臺，對能耗數(shù)據(jù)進行收集、上傳、儲存，并通過數(shù)據(jù)分析進行后續(xù)節(jié)能規(guī)劃對完善建筑全壽命周期管理、降低建筑運營能耗具有重要意義。

2 校園節(jié)能現(xiàn)狀

高校建筑作為公共建筑的一部分，擁有較大建筑存量和增長空間以4.4%全國人口占比數(shù)消耗了約8%的社會能。相較于全國居民人均能耗指標，大學生生均能耗、水能耗分別是其四倍和兩倍，這表明高校校園擁有的節(jié)能潛力。早期高校校園建設缺少技術與設備支持，導致各類、各種能耗數(shù)據(jù)嚴重缺失，很大影響開展校園節(jié)能工作。近年來我國加強了對校園建筑能耗監(jiān)管，致力于打造節(jié)約型校園。2013年，《校園評價標準》開始實施，并作為我國開展校園評價工作的指導文件和技術依據(jù)，校園的建設發(fā)展。為加強校園可持續(xù)發(fā)展建設，國家相關部門提出建設校園節(jié)能監(jiān)管體系的原則和思路，強調(diào)運用數(shù)字化技術對校園建筑能耗進行計量、控制和管理，并基于大數(shù)據(jù)對未來能耗消耗量進行預測，對校園節(jié)能減排，打造節(jié)約型校園具有重大和意義。為響應國家政策，不少高校已經(jīng)試點安裝校園建筑能耗監(jiān)管平臺，提高能耗管理水平，挖掘校園節(jié)能潛力。如浙江大學在紫金港校區(qū)建成了節(jié)約型校園能耗管理平臺，已通過驗收，實現(xiàn)了各類能耗監(jiān)控和數(shù)據(jù)全覆蓋。此后寧夏大學、北京外國語大學等高校也紛紛建立本校節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)，為全國高校能耗監(jiān)管體系建立拉開序幕。相關調(diào)查研究顯示，已建成校園能耗監(jiān)管平臺的高校其單位建筑平均電耗為17.7kWh/m2，相較于一般高校單位建筑平均電耗降低67%?？梢园l(fā)現(xiàn)，我國高校蘊含節(jié)能潛力，而設立運用節(jié)約型校園能耗管理平臺可以有效改善能耗情況，起到節(jié)能作用。

3 校園數(shù)字化監(jiān)管平臺建設

校園數(shù)字化監(jiān)管平臺通過對校園內(nèi)安裝的智能化能耗計量表校園內(nèi)各類的分項能耗數(shù)據(jù)，并傳輸回監(jiān)管平臺的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對校園能耗進行實時監(jiān)控?；跀?shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)對當前數(shù)據(jù)進行縱向分析評估，提出適宜的校園節(jié)能目標，并對系統(tǒng)故障和異常能耗進行預警。

3.1 設備安裝與數(shù)據(jù)采集

早期建筑在未安裝智能采集量表前，量表數(shù)據(jù)多是利用人工抄寫后再錄入。隨著技術的進步，現(xiàn)有建筑大多安裝智能化量表，不僅實現(xiàn)了對能耗數(shù)據(jù)的實時和記錄，還包含測量電器實時功率、總功率等數(shù)據(jù)。智能化量表的出現(xiàn)和大面積安裝使用，保證了數(shù)據(jù)的時效性和準確性，為構建數(shù)字化監(jiān)管平臺提供基礎數(shù)據(jù)支撐。

3.2 能耗分項計量

校園建筑雖然屬于公共，但各類功能不同，用能水平差異明顯。為便于系統(tǒng)識別和建筑分類，《高等學校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設技術導則》中按16位編碼方法將分為13類并編碼，內(nèi)容如表1所示。

不同建筑消耗能源種類也不同，如教學樓、科研樓等主要消耗電能，學生宿舍消耗水、電，鍋爐房消耗燃氣等。通過不同種類能耗安裝不同量表已經(jīng)實現(xiàn)對校園能耗分類計量和統(tǒng)計分析。但每一類能耗的消耗、消耗電器無法通過單個量表體現(xiàn)。要實現(xiàn)校園節(jié)能，僅有一個龐大的單類能耗數(shù)據(jù)是不夠的，還需對建筑內(nèi)每個房間的能耗，甚至房間內(nèi)每類電器的能耗進行分項計量?？筛鶕?jù)《國家機關辦公及大型公共建筑分項能耗數(shù)據(jù)采集技術導

則》，可將電耗分為照明插座用電、空調(diào)用電、動力用電和特殊用電四類進行分項計量，以便后續(xù)分析各房間、各電器的節(jié)能潛力。

3.3 與儲存

量表利用有線或無線端口實現(xiàn)與數(shù)據(jù)網(wǎng)關的對接，基于已建成的校園網(wǎng)基礎設施和WEB技術，可以實現(xiàn)率數(shù)據(jù)采集和工作，達到實時遠程監(jiān)控建筑能耗的目的。能耗數(shù)據(jù)將在數(shù)據(jù)完成的分類、分項統(tǒng)計和儲存工作，形成該校的能耗基礎數(shù)據(jù)庫并對數(shù)據(jù)進行保護。

3.4 數(shù)據(jù)處理與分析

基于校園能耗監(jiān)管平臺建立的能耗數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)對各類、房間、電器能耗的橫向?qū)Ρ群蛯v史數(shù)據(jù)的縱向?qū)Ρ?，從而掌握校園建筑的能耗基礎狀態(tài)和隨時空變化的特征。管理者根據(jù)分析結果針對不同建筑、不同能耗類型相應的能耗基線和節(jié)能措施，做到針對性能耗優(yōu)化。此外，基于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可對校園未來能耗趨勢進行預測，為校園節(jié)能提供目標參考。

3.5 數(shù)據(jù)互通與系統(tǒng)聯(lián)動

校園能耗監(jiān)管平臺收集的能耗數(shù)據(jù)可與上級能源管理部門互通，通過對校園能耗水平和全市能耗水平分析，比較能耗差異、發(fā)掘能耗潛力，實現(xiàn)能源利用和能效水平*大化。同時，校園能耗監(jiān)管平臺可以延伸到數(shù)字化校園的OA、學生工作、公寓管理等相關子系統(tǒng)，通過多平臺數(shù)據(jù)互通展示、指標公示、節(jié)能宣傳等方式實現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)作，督促師生參與校園節(jié)能，加強環(huán)保節(jié)能意識。

4能耗管理制度建設健全

配合校園能耗監(jiān)管平臺應建立相應的能耗設施管理和使用者管理制度。監(jiān)管平臺難以通過平臺直接實現(xiàn)建筑節(jié)能，需要管理者建立相應的管理制度和考核獎懲制度，根據(jù)平臺數(shù)據(jù)分析設定對應節(jié)能指標，層層推進落實，實現(xiàn)到每一個用能終端的管理。各地高?？蓞⒖家呀?jīng)頒布的《高等學校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設技術導則》，基于本校自身條件和現(xiàn)階段用能水平，因地制宜建立校園能耗管理制度。通過監(jiān)管平臺的系統(tǒng)聯(lián)動和數(shù)據(jù)公開，使用者也能清晰明了地得到相關建筑的用能水平和用能特征，根據(jù)設定節(jié)能目標采取針對的節(jié)能舉措，形成正向節(jié)能反饋和節(jié)能激勵。

5 監(jiān)管平臺建設和管理不足之處

我國建筑節(jié)能領域正處于探索發(fā)展階段，校園能耗監(jiān)管平臺運行在一定成效的同時，也出現(xiàn)新的問題等待解決。

5.1高校缺少面向師生的監(jiān)管平臺宣傳

師生作為高校主要用能者，其用能行為對校園能耗水平產(chǎn)生顯著影響。相關研究表明，高校學生作為接受了高等教育的群體，整體節(jié)能意識較強，但節(jié)能行為水平較之有明顯下降，表現(xiàn)出意識與行為不同步，具有“知強行弱”的特征，這表明校園建筑能耗可以通過優(yōu)化師生行為達到節(jié)能目的。而高校管理者疏于對能耗監(jiān)管平臺建設的目的及意義進行宣傳講解，將影響校園節(jié)能工作的開展和平臺運營管理的效果。校園能耗監(jiān)管平臺建設和運營期間，管 理者應加強校園內(nèi)宣傳工作，擴大監(jiān)管平臺的度和影響力，一步步增強師生的節(jié)能意識，引導其利用平臺了解用能情況，在必要時可規(guī)范采取經(jīng)濟手段激發(fā)節(jié)能動力，從而達到校園節(jié)能目標。

5.2監(jiān)管平臺收集的能耗數(shù)據(jù)分析利用不足

校園能耗監(jiān)管平臺建成后，能耗數(shù)據(jù)往往只用于基礎用量統(tǒng)計，缺少針對各項數(shù)據(jù)的整理，挖掘和比較，監(jiān)管平臺的深層分析功能得不到體現(xiàn)，難以進一步開展節(jié)能管理工作。甚至由于儲存維護成本較高，出現(xiàn)數(shù)據(jù)刪除丟失等現(xiàn)象，違背了校園能耗監(jiān)管平臺建設的初衷。管理者應充分發(fā)揮監(jiān)管平臺作用對能耗數(shù)據(jù)進行挖掘利用，開展各類能效分析和建筑用能評估，為節(jié)約型校園建設提供數(shù)據(jù)支撐。同時，管理者應利用高校現(xiàn)有設施設備，合理共享資源配置，降低運營管理成本，實現(xiàn)資源資金雙節(jié)約。

6 高校綜合能效解決方案

6.1校園電力監(jiān)控與運維

集成設備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動運維， 班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

6.2后勤計費管理

采用的網(wǎng)絡抄表付費管理技術，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設置、 賬單統(tǒng)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(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。

6.2.1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(fā)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(guī)電氣，并可違規(guī)用電跳閘記錄。

6.2.2商鋪水電收費

針對校園市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預付費管理。

6.2.3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不可缺的。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必不可缺的一部分。

6.2.4智能照明管理

通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實現(xiàn)校園內(nèi)任路，任一個路燈的定時 開關、強制開關、亮度調(diào)節(jié)，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(jié)能。

6.3能源管理系統(tǒng)

針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統(tǒng)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。

按校園建筑的分類進行采集和統(tǒng)計的各類耗電數(shù)據(jù)。如辦公類耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供決策，提高管理效能。

構建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設備的運行狀態(tài)，設置控制策略，達到節(jié)能目的。

6.4智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監(jiān)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，并對這些設備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，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，就能夠通知到達相關人員。

7.平臺部署硬件選型

7.1電力監(jiān)控與運維平臺

應用場合	產(chǎn)品	型號	功能
變電所運維云平臺		AcrelCloud-1000	AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設備或環(huán)境視頻場景等需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一個，集中存儲、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
智能網(wǎng)關		Anet系列	8個RS485串口 2kV隔離， 2個以太網(wǎng)接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通訊協(xié)議設備的接入，支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104等上傳協(xié)議、支持多不同數(shù)據(jù)服務要求，支持斷點續(xù)傳，裝置電源:220V AC/DC。
		ANet-2E4SM	4路RS485 串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC 12 V ～36 V 。支持4G擴展模塊，485擴展模塊,可擴展16路。
10KV進/饋線		AM6-L	相間電流速斷保護，相間電流速斷保護（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護，反時限相間過流保護（可帶低壓閉鎖），零序反時限過流保護，過負荷保護，控制回路異常告警。
10/0.4KV變壓器		AML-S	分合閘位置、手車工作/試驗位置、接地閘位置、硬接 點信號(保護跳閘、裝置告警、控制回路斷線、 裝置異常、未儲能、事故總等)、報文(過流、過負荷、溫報警、過溫報警、裝置告警、PT 斷線、CT 斷線、對時異常等) 、遙控 開關、故障波形分析(故障錄波、故障波形、故障記錄、 跳閘、故障電流電壓)等。
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 35kV/10kV/ 6kV傳感器		ASD500	一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示（標配一路強制加熱）、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、柜內(nèi)照明控制、RS485接口、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫。
35kV/10kV/ 6kV傳感器			合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米；
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量		APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示；
變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫		ARTM-Pn	可至多配套60個ATE400測溫傳感器，無線溫度傳感器 ATE400 適用于手車式動觸頭，電纜與母排搭接處，隔離閘搭接處等電氣搭接點的溫度測量，采用捆綁式安裝。可使用ATC-400無線測溫接收數(shù)據(jù)。該終端可單安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內(nèi)。
中低壓回路		WHD72-11	WHD溫濕度控制器產(chǎn)品主要用于中高壓開關 柜、端子箱、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等設備內(nèi)部溫度和 濕度調(diào)節(jié)控制。工作電源：AC/DC 85～265V 工作溫度：-40.0℃～99.9℃ 工作濕度：0RH～99RH
		ADW300	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能 、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次） ；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目）
		DTSD1352	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級

8 結束語

校園監(jiān)管平臺的建成和運營實現(xiàn)了高校能耗的數(shù)字化采集儲存和分析，提升了高校能耗管理水平，為技術節(jié)能、管理節(jié)能和行為節(jié)能提供平臺和數(shù)據(jù)支撐，積響應國家提出的節(jié)約型校園建設號召。校園監(jiān)管平臺作為建筑全壽命周期體系中重要的一環(huán)，在實現(xiàn)校園能耗管理數(shù)字化、科學化、規(guī)范化的同時也存在宣傳、數(shù)據(jù)挖掘不到位的情況。當前我國建設校園、節(jié)約型校園工作正穩(wěn)步向前。通過前期試點高校的探索實踐，建立健全校園能耗監(jiān)

管平臺使用管理體系并推廣，實現(xiàn)校園目標任重而道遠。

【參考文獻】

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【4】企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.





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