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淺談高校用電能耗分項計量方法

更新時間：2023-05-23

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：文章對高校節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)在工程中的實際應用進行了研究，以節(jié)能為前提，研究節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)的工程實現(xiàn)、采集方式及相應的節(jié)能分析。論文研究了用電能耗分項計量在高校中的應用，并探討了高校的節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)，為高校節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)在工程中的實現(xiàn)提供參考模型，并通過實際工程設(shè)計和施工進行研究探討。

關(guān)鍵詞：公共建筑；分項計量；監(jiān)測系統(tǒng) ；工程模型

0 引言

隨著高校節(jié)能工程的不斷建設(shè)，建筑節(jié)能中的能耗數(shù)據(jù)分類計量顯得尤為重要。在實踐中發(fā)現(xiàn)，各地的分類計量工作存在分類定義不統(tǒng)一、直接計量難度高等一些問題。基于此，針對高校用電能耗分項計量問題進行研究，可利用優(yōu)化能耗拆分算法對能耗進行拆分，間接計量能耗。

1 用電能耗分項模型

統(tǒng)一性是高校用電能耗分項模型建立的*重要原則，即所有建筑均采用相同的標準。除統(tǒng)一性外，功能性、通用性、適用性也是高校用電能耗分項模型的建立原則，功能性是指模型中每個分項的劃分是以終端用途為原則的；通用性是指建筑能耗分項模型中包含的各種設(shè)備種類，即不同的設(shè)備種類都能找到對應的模型；適用性是指模型中按照功能盡可能細分各類設(shè)備，但要確保與通用性之間不能互相矛盾。

分項能耗是對同類能耗按照不同用途進行采集和統(tǒng)計的分析。依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定，建筑能源中，電量的計量分為四個分項。

1.1照明插座用電

可根據(jù)實際情況選子項，如：

①照明和插座用電；

②走廊和應急照明用電；

③室外景觀照明用電。

1.2 空調(diào)用電

空調(diào)用電是為建筑物提供空調(diào)、采暖服務的設(shè)備用電的統(tǒng)稱。分為冷熱源用電和空調(diào)末端用電。

1.3 動力用電

動力用電是除空調(diào)、采暖設(shè)備外，提供各種動力設(shè)備用電的總稱。分為電梯用電、水泵用電、通風用電及電熱水器用電。

1.4 特殊用電

特殊用電指除了照明插座、空調(diào)等建筑物常規(guī)功能之外的耗電量，如餐廳廚房、健身房或者其他特殊用電。公共建筑能耗分類、分項計量模型如圖1所示。

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2 用電分項計量設(shè)計原則

2.1 計量回路選擇原則

①總用電直接計量，且根據(jù)變壓器數(shù)量決定三相表和多功能表的安裝數(shù)量，假如變壓器數(shù)量為n,多功能表數(shù)量為m，三相表數(shù)量為g，則有：若n=2，則m=2，g=2；若n>2，則m=2，g=n-2。

②對于 2.1 中提到的 4 大分項用電，可采用直接計量加間接計量的方式，直接計量的分項有空調(diào)、動力和特殊用電，即此三項均安裝電表，照明插座用電無需加表，間接計量即可。

③在多個分項中，若其中某一個分項的回路很多，可將該分項作為間接計量，其余直接計量。

2.2 混合回路歸屬原則

當出現(xiàn)包含兩項或兩項以上用電設(shè)備的回路，其歸屬性質(zhì)應根據(jù)運行時間和設(shè)備額定功率確定，主歸屬性質(zhì)應為全年運行的設(shè)備。假如設(shè)備運行時間一樣，按照額定功率的大小區(qū)分設(shè)備性質(zhì)，若設(shè)備間歇運行，則比較計算功率。

3 用電分項計量方法

3.1 計量裝置

高校用電計量裝置應滿足以下幾點要求：首先，電能表的正確度等級應不低于1.0級，并支持數(shù)據(jù)遠傳；其次，采用標準串行電氣接口；再次，可以監(jiān)測有功功率或電流；*后，配用電流互感器的精度等級應不低于0.5級。

3.2 數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器是能夠?qū)Ω黝愑媚苡嬃勘砭哌M行實時數(shù)據(jù)采集，并能與本地系統(tǒng)主機（或遠程數(shù)據(jù)中心）自動交換數(shù)據(jù)的自動化設(shè)備。其功率應不小于10W，平均時間應不小于3×104 h，應使用低功耗嵌入式系統(tǒng)，并符合相關(guān)電磁兼容性能指標，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)遠傳功能。

3.3 *優(yōu)化能耗拆分算法

選擇合理的計量裝置和數(shù)據(jù)采集器是高校用電能耗分項計量應用中的基礎(chǔ)。建筑能耗監(jiān)測的重點和難點是拆分混合支路中的不同類型用電設(shè)備。一般有直接計量和間接計量兩種方法。直接計量方法就是多裝計量表，但實際工程中不可能將所有類型的用電設(shè)備都裝上電表，這樣做不僅浪費資源，也會大大提高施工難度。間接計量方法是利用能耗拆分技術(shù)將能耗拆分計算，節(jié)省電表資源的同時，分項能耗數(shù)據(jù)值也能較準確。

論文主要研究*優(yōu)化能耗拆分算法以及對應的誤差分析。

3.4 基于*優(yōu)化能耗拆分算法的能耗拆分

*優(yōu)化拆分算法的求解思路如下：

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轉(zhuǎn)化為數(shù)學用語：

已知，Y 為支路末端電能耗，xi 為第i個末端電耗預估計值，si為預估計不確定度，據(jù) Y、xi、si值復估計每個末端電能耗，得到的復估計不確定度值為ui 。

定義xi到xi的修正因數(shù)（xi =εi xi ）為εi，

即能耗拆分問題轉(zhuǎn)化為*優(yōu)化問題，其數(shù)學表達式為：

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*終能耗拆分結(jié)果由以下 2 部分構(gòu)成：

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*優(yōu)化拆分算法與其他算法相比，優(yōu)點在于：

①物理意義強，各末端能耗的預測值通過現(xiàn)有知識和數(shù)據(jù)庫就能得到；

②保證支路能耗等于各末端能耗之和；

③由公式2、3可知，能耗拆分結(jié)果公式簡單，便于快速大量計算。

4 高校綜合能效解決方案

4.1校園電力監(jiān)控與運維

集成設(shè)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。

4.2 后勤計費管理

采用先進的網(wǎng)絡(luò)抄表付費管理技術(shù)，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設(shè)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(shè)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。

4.2.1 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(chǔ)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，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄。

4.2.2 商鋪水電收費

針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預付費管理

4.2.3 充電樁管理平臺

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充"信息能源結(jié)構(gòu)中是必*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必*一部分。

4.2.4 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)任一線路，任一個路燈的定時開關(guān)、強制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。

4.3 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)計的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、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(gòu)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(shè)備的運行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達到節(jié)能目的。

4.4 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(shù)，將分散的火災自動報警設(shè)備、電氣火災監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，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建筑物中各類消防設(shè)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(guān)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，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。

5.平臺部署硬件選型

5.1 電力監(jiān)控與運維平臺

5.2 后勤計費管理

5.2.1 宿舍/商業(yè)預付費平臺

5.2.2 充電樁管理平臺

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5.2.3 智能照明管理

5.3 能源管理系統(tǒng)

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5.4 智慧消防系統(tǒng)

5.4.1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

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5.4.2 消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

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5.4.3 防火門監(jiān)控系統(tǒng)

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5.4.4 消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)

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6 結(jié)束語

本文研究了高校用電的能耗分項計量方法，首先對高校能耗分類、分項計量模型進行了分析；其次，分析了用電分項計量設(shè)計原則，提出因地制宜地采用直接計量和間接計量、間接計量優(yōu)先的觀點；*后，分析了用電分項計量方法，利用*優(yōu)化能耗拆分算法進行能耗拆分，得到*優(yōu)化拆分算法下的能耗拆分數(shù)學模型，該模型不僅能實現(xiàn)快速大量計算，且物理意義強，為高校能耗的間接計量提供了方法。

【參考文獻】

【1】楊建華，董慧芳，楊勝安.公共建筑用電能耗分項計量方法研究[J].建筑節(jié)能 , 2020, 03(111-115).

【2】 DBJ/T14-071-2010.高校節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].

【3】高校綜合能效解決方案2022.5版.

【4】企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊2022.05版.

作者簡介

吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事宿舍安全用電研究發(fā)展。