何學宇

(中國建筑設計研究院有限公司,北京 100044)

0 引言

現(xiàn)今，全國各大高校都把建設節(jié)約型校園當作主要目標，從管理、觀念意識和最新節(jié)能技術三方面入手，全面開展校園建筑能耗管理平臺的建設，并建立行政機關、教學院系、輔助后勤等，辦公、教學、實驗、科研、公共服務等用電量實行定額管理辦法，以降低教學成本，提高辦學效益，促進學校能耗管理可持續(xù)性發(fā)展。

當前我國各大高校校園用電能耗占到校園總能耗的60%以上。為貫徹落實建設節(jié)約型校園工作，北京師范大學自2008年起先后對校園能耗監(jiān)管平臺進行兩期建設，旨在改善整個校園用電傳統(tǒng)方式處于“不計量，不監(jiān)管”的現(xiàn)狀。

1 往期建設方案分析

1.1 一期建設方案

一期建設采用電力載波技術的能源計量設備實現(xiàn)了全校能耗計量到樓和大型用電設備單獨計量的建設目標，完成了對全校區(qū)絕大部分樓宇用電能耗的總體把控。同時也存在對于樓宇內(nèi)部院系/部處各部門用電能耗分項計量缺失上的不足。

1.2 二期建設方案

二期建設一方面繼續(xù)深化《高等學校節(jié)約型校園建設管理與技術導則》的建設要求實現(xiàn)部分樓宇計量，另一方面對一期建設的薄弱點監(jiān)管平臺中心機房服務器和能源管理數(shù)據(jù)中心進行完善，在能耗數(shù)據(jù)收集以及有效信息整理上提高了效率及精準度。

運用節(jié)能技術進行節(jié)能改造，運用數(shù)字化信息技術和網(wǎng)絡通訊技術，構建校園能耗動態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)，共享校園能耗數(shù)據(jù)庫，建立能耗監(jiān)測統(tǒng)計，公示平臺。

通過分析一、二期能耗管理平臺的建設，筆者所在單位提出如下節(jié)能改造措施。

(1)為解決圖書館地下車庫照明系統(tǒng)常亮的浪費問題，燈具改為節(jié)能燈、控制方式改為智能感應方式，改善用電能耗。

(2)建立了校園教學照明能耗專項管理，適時調(diào)整系統(tǒng)照明啟/停時間，分時段智能控制照明，減少人工照明數(shù)量，注重自然采光。

(3)利用數(shù)字準靜態(tài)人體檢測技術和數(shù)字照度檢測技術、感應延時自適應技術，對燈具和風扇進行集中式控制的設備；同時利用遠程控制技術，遠程控制教室燈具及風扇的開關。

3 第三期建設的主要內(nèi)容和目標

通過結合往期能耗監(jiān)管平臺使用期間總結出的優(yōu)缺點，提出以下問題和對應的解決方案。

(1)在往期改造中，供電系統(tǒng)節(jié)點的位置上安裝電表所采集的能耗數(shù)據(jù)體量龐大，并且能耗數(shù)據(jù)分析較為困難。

因此，在本期建設中，將按需要把表具的層級、用電部門等，與校方管理需要進行關聯(lián)。

(2)施工與使用需要兼顧，好的實施方案也要與使用相結合，需要對建筑的使用和未來需要進行了解并融入到系統(tǒng)中。能耗監(jiān)管改造也應該對改善辦公環(huán)境起到積極作用，積極了解、配合校方各部門的使用需求，增加使用部門對改造的支持。

因此，作為前兩期項目的咨詢和設計單位，筆者所在單位項目設計團隊通過深入了解北師大能耗監(jiān)管平臺的建設目標和工作進展，為學校下一步工作的重點“深化落實學校計量設備覆蓋到院、系、部、處”的實施提供了有效、經(jīng)濟的設計方案，為學校實現(xiàn)能源績效考核、能源精細化管理做好必要準備。

4 現(xiàn)狀條件及使用需求

通過往期能耗平臺的數(shù)據(jù)收集及整理，有五棟教學樓能耗較大，院系部門分布與配電系統(tǒng)重合度較高，并且施工期間對師生的教學生活影響相對較低。具體情況如下。

科技樓分為一段、二段、三段，功能包括：辦公、實驗、教學等。其中一段、三段單獨設置一個電氣豎井配電，二段南北各設置1處豎井配電。每層豎井引入兩路低壓電源(一路照明、一路動力實驗和房間內(nèi)插座用電)，各層多數(shù)房間內(nèi)帶獨立的配電箱，部分樓層由于后期功能改變未在房間內(nèi)設置配電箱；建筑內(nèi)動力設備單獨回路供電(如電梯、大型實驗用房等)。

前主樓分為東、西兩段，每段單獨設置電氣豎井配電，各層引入兩路低壓電源(一路照明、一路動力)，建筑內(nèi)動力設備單獨回路供電(如電梯、大型實驗用房、弱電機房、制冷站等)。

舊圖書館后期重新裝修，各層均設置有樓層總照明及總動力配電柜，建筑內(nèi)動力設備單獨回路供電(如電梯、大型實驗用房、弱電機房、制冷站等)。

后主樓設置一個電氣豎井配電，各層引入兩路低壓電源(一路照明、一路動力)，建筑內(nèi)動力設備單獨回路供電(如電梯、大型實驗用房、弱電機房、制冷站等)。

英東樓共分為五段配電系統(tǒng)，每段單獨設置電氣豎井配電，計量總用電能耗。各單獨辦公室均設有獨立配電箱。

冷庫配電室、西貼建配電室、蘭惠配電室、舊圖書館配電室均建有配電監(jiān)測系統(tǒng)，配電監(jiān)測系統(tǒng)總控室設在冷庫配電室值班室內(nèi)。本項目配合學校的變配電室更新改造，使監(jiān)管平臺將原來的電表以“軟件對接”的形式重新收集至能源管理數(shù)據(jù)中心；科技樓配電室、英東樓配電室、小紅樓配電室無配電監(jiān)測系統(tǒng)，對于這三處變配電室需增加配電監(jiān)測系統(tǒng)，并把數(shù)據(jù)匯總至能源管理數(shù)據(jù)中心，以便進行數(shù)據(jù)收集及管理。

5 設計方案與比選

在前期方案定制中，比對分析了分類計量與分項計量兩種方案。具體可參照表1。

經(jīng)過分析與討論，改造方案如下。

(1)在教學樓內(nèi)，為了在滿足校園能耗監(jiān)管平臺使用效果的前提下，盡可能地減小對在校師生教學工作及生活的影響，盡量減少辦公室內(nèi)、教室內(nèi)的施工，從而把設計重心放在各電氣豎井及公共走道中。故本工程決定使用分類與分項相結合的計量的方案，實現(xiàn)各樓層照明插座、動力的總計量。

(2)樓內(nèi)一級表設置在樓層配電箱(柜)，個別樓層豎井內(nèi)配電箱(柜)設置二級樓層表，獨立功能區(qū)在分區(qū)配電箱(柜)設置計量電表，實現(xiàn)分級、分層的用電計量；遠傳電表數(shù)據(jù)通過RS485通訊上傳至數(shù)據(jù)采集器，并通過校園網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至前期已建的校園節(jié)能監(jiān)測數(shù)據(jù)中心；在各辦公室獨立配電箱處增設計量電表，將該戶能耗數(shù)據(jù)上傳至校園節(jié)能監(jiān)測據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心統(tǒng)計各部門能耗數(shù)據(jù)總和。

計量方式對比表 表1

(3)科技樓實施三級計量到房間及多部門工作樓層配電系統(tǒng)及室內(nèi)配電改造。

科技樓內(nèi)分層、分級計量；局部多部門辦公樓層實現(xiàn)計量到房間；公共區(qū)單獨安裝計量電表，遠傳電表數(shù)據(jù)通過RS485通訊上傳至數(shù)據(jù)采集器，并通過校園網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至前期已建的校節(jié)能監(jiān)測平臺。

其中科技樓A區(qū)1～4層、B區(qū)1～11層、C區(qū)1～8層及10～11層進行樓層及房間的計量，在各樓層強電豎井內(nèi)照明總柜和動力總柜內(nèi)新加互感器，柜旁各新加一個電表箱加裝遠傳電表對樓層照明和動力總用電進行計量。各房間配電箱上新加表箱加裝遠傳電表。

(4)C區(qū)9層屬于多部門協(xié)作辦公區(qū)，因此需要各獨立辦公室單獨計量，分散每個辦公室能耗數(shù)據(jù)匯入各院系總用能中。具體做法為樓層強電豎井內(nèi)照明總柜和動力總柜內(nèi)新加互感器，柜旁各新加一個電表箱加裝遠傳電表，C區(qū)9層各房間進行配電改造，每個房間新加一個配電箱，將各個房間照明及插座電源分開控制，配電箱內(nèi)加裝遠傳電表進行個房間的用電計量。

該層使用分項計量方案，通過在后期投入使用中分析各用電能耗數(shù)值，得出精細化管理方案，推廣至各院系部處，在校區(qū)的能耗管理中起到示范作用。

6 軟件要求

軟件功能應在設計之初通過甲方向廠家提出需求，并且盡早進行對接。本項目能源監(jiān)管中心需要實現(xiàn)以下幾種功能：用能采集、用能監(jiān)控、用能統(tǒng)計、用能報警、用能公示以及遠程控制。

(1)用能采集：通過通信前置機來采集，既可以主動采集數(shù)據(jù)，也可以被動接收采集設備的數(shù)據(jù)主動上報，采集周期可以靈活設置。用能采集模塊能夠及時、有效、準確地采集且支持即時數(shù)據(jù)采集，也支持表具即時遠程控制。

(2)用能監(jiān)控：分單表監(jiān)控、院系監(jiān)控等多種監(jiān)控方式，其中單表監(jiān)控實現(xiàn)電表的單表定時、時間段監(jiān)控，院系監(jiān)控是以某院系或某樓層為單位對房間的用能信息進行批量監(jiān)控。

(3)用能統(tǒng)計：包括按建筑逐時、逐日、逐月用能曲線分析，按建筑同比、對比分析，按分類建筑能耗構成分析，按分項用電分析。

按機構部門逐時、逐日、逐月用能曲線分析，按機構部門同比、對比分析，按機構部門分類構成分析，按機構分項用電分析。

(4)用能報警：包括用能異常模型管理、用能異常模型設置、用能異常查詢等功能，這里用能異常包括對用電超出額定功率的告警(圖1)。

(5)用能公示：用能統(tǒng)計的能耗數(shù)據(jù)，能通過校網(wǎng)平臺、公示各個院系部處的用能數(shù)據(jù)，通過用能數(shù)據(jù)的評比。

(6)遠程控制：通過遠程控制非工作時間的燈具開關，達到節(jié)約能耗目的。

7 最終建設方案

通過與校方溝通意見、多次現(xiàn)場走訪以及對上述方案的比對，筆者所在單位制定了對該校區(qū)前主樓、后主樓、英東樓、科技樓、舊圖書館五棟綜合建筑內(nèi)的配電室及電氣豎井的配電情況進行用電能耗監(jiān)測，其中在各樓變電站處加裝智能電表，實現(xiàn)低壓配電側(cè)的用電總監(jiān)測，方便對上傳數(shù)據(jù)進行比對，同時實現(xiàn)配電參數(shù)的監(jiān)測；其他點位加裝互感表；為了更好實現(xiàn)節(jié)能效果，實現(xiàn)各單位用電電量化，也為以后節(jié)能提供數(shù)據(jù)依據(jù)，對科技樓C區(qū)9層實現(xiàn)三級計量，實現(xiàn)每個房間的分項計量，最終通過采集器把數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心。

圖1 路燈低壓報警示意

8 結束語

英東樓配電系統(tǒng)經(jīng)前期現(xiàn)場勘查時發(fā)現(xiàn)，建筑配電現(xiàn)狀與校方存檔資料有一定的出入。經(jīng)了解，由于英東樓各層各部門后期經(jīng)過了多次獨立裝修，配電系統(tǒng)與原有竣工圖變動較大，會給現(xiàn)場施工造成一定困難。后經(jīng)設計人員與施工方、校方一同實地現(xiàn)場走訪，摸清英東樓配電形式及路由，優(yōu)化能耗監(jiān)管平臺的監(jiān)測點位，最終做出節(jié)能平臺方案。

為了減少施工對于校方師生的影響，信號傳輸線纜盡量利用現(xiàn)有電氣豎井敷設，同時通信線增加屏蔽層，解決了通信不穩(wěn)定的問題。各教學樓所采集的用電數(shù)據(jù)通過校園網(wǎng)路由送至學校能源監(jiān)管中心服務器，有效地避免了校區(qū)內(nèi)外線路由的施工影響。