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淺談上海地區高校學生宿舍生活熱水能耗現狀分析

更新時間：2023-11-13

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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：高校能耗問題突出，節能潛力巨大，倘若能有的放矢，以點帶面，各個擊破，將會協助節約型校園建設取得理想的節能、降耗、減排效果。就上海地區某高校情況，結合相關數據，對電功率通過多元統計分析法和上門訪問問卷調查法，就生活熱水能耗現狀以及節能潛力進行綜合分析與評估，探尋學生宿舍高能耗源頭，量化熱水節能潛力。相關研究將對上海地區以及長三角及長江流域高校學生宿舍生活熱水節能改造提供參考依據，推動夏熱冬冷地區區域節能科學性、可持續發展。

關鍵詞：上海地區；節約型校園；生活熱水；節能潛力

0引言

上海屬于夏熱冬冷氣候區，四季分明，除去每年*熱的7月、8月（平均*高氣溫31.6℃，平均氣溫27.8℃）外，其余時間洗澡皆需要熱水，熱水的使用量較大，在熱水器的選擇上需要綜合考慮安全、投入及運營成本。

截至2005年，全國普通高校共1794所，建筑面積達到5.08億m2；在校學生數超過2300萬人，教職工數189.1萬人，占全國城鎮總人口數的4.4%，而且人均能耗高。經統計，全國45所高校人均生活用水量是145.2t，是全國人均用水量的1.95倍。45所高校的人均年能耗折算為0.775噸標準煤，相當于人均能耗用電折算為2152kW·h，是全國人均生活用能的4.32倍。實際電耗占總能耗26.8%。人均電耗2152×26.8%為576kW·h，是2003年全國人均電耗(173kW·h)的3倍；是上海(484kW·h)、北京(483kW·h)人均電耗的1.2倍；是2006年全國生活能源電力人均消費量(3252億kW·h÷13億人=250kW·h)的2.3倍。

能耗如此高，如此集中，節能、節地、節水、節材的節約型校園需求勢在必行。上海地區生活水平較高且高校云集，各高校新校區及部分老校區基本實現宿舍附帶獨立衛生間，大部分的學生宿舍都安裝有電加熱器，每年校方以及學生本人在此處的電費支出較大，與使用集中浴室的學生相比，高出幾倍。但集中浴室大多在宿舍外，洗澡極不方便，這跟日益提高的生活水平相矛盾，越來越多的學生已經感覺到不適應，迫切希望足不出戶即能解決洗澡問題，并且教育部、教委也在積極地推動提高學生生活質量的政策與部署，顯然集中浴室也非長久之計。目前需要尋求一種既能符合高校學生日益增長的物質文化生活需求，又具有安全、高效、節能的宿舍熱水系統。本文就傳統熱水加熱方式之電加熱器能耗現狀進行分析，探尋學生宿舍高能耗源頭，量化熱水節能潛力，將為下一輪的校園節能改造點提供依據。

恰逢上海某高校學生宿舍洗澡使用電加熱器和使用公共浴室兼而有之，從能源中心拿到了2010年7#～15#樓以及16#～20#樓兩組宿舍組團電耗，兩個組團內都混合了使用電加熱器的和未使用電加熱器的樓棟，通過多元統計分析法和上門訪問問卷調查法對以下數據進行分析，分離出有無電加熱器兩種情況的實際電耗。

1宿舍電耗現狀淺析

用電設備包含：電熱水器、電腦、照明、風扇、插座。2月、7月、8月正值假期，用電量為留校生產生，因人數不確定，地點不集中，不足以衡量所有學生用電情況，暫不參與分析。3月～7月、9月～1月為學習期間，1月、3月、4月、10月、11月、12月這幾個月用電量從圖1中可看出遠高于9月，根據上海氣候以及生活習慣，除了7月、8月會洗冷水澡外，其余月份基本洗熱水澡，較冷的3月、4月、11月、12月尤為突出，從表1中看到用電量明顯高于其余月份。以12月為例，其耗電量甚至是9月的2倍，7月份的3倍。通過圖1、表1分析，可初步判斷，電熱水器耗電量在學生宿舍電耗中的比例遠高于其他電器的電耗。

2有無使用電加熱器宿舍電耗分離

在16～20#樓內，其中16#～18#樓無電加熱器，洗澡依賴公共浴室；19#、20#樓有電熱水器，如果能將這兩種情況進行拆分，即可得到本研究想要的數據。

2.1電器功率多元統計分析法

16#～18#樓宿舍類型一致，用電設備包含：電腦、照明、風扇、插座，現對宿舍各種電器通過電功率以及每天使用運行時間進行分析。

2.1.1電腦全年能耗

通過對這3棟公寓120個宿舍、235人的隨機調研得知，電腦的普及率為94%，筆記本占到了97%，在計算中可視為人均1臺筆記本電腦，筆記本電腦的功率(P)平均為0.04kW/h，每天工作從18：00－23：00，工作時間(H)為5h，每年工作時間為270s(D)，3棟公寓一共1696人(N)。

電腦全年能耗：

T電腦=P×H×N×D=0.04kW/h×5h×1696×270=91548kW·h(1)

2.1.2照明全年能耗

每個宿舍2個節能燈管，每個燈管的功率(P)平均為0.03kW/h，每天工作從17：00－23：00，工作時間(H)為6h，每年工作時間為270d(D)，3棟公寓一共848間宿舍(B)。

照明全年能耗：

T照明=P×H×B×2×D=0.03kW/h×6h×848×2×270=82425kW·h(2)

2.1.3風扇全年能耗

每個宿舍1臺吊扇，每臺吊扇的功率(P)平均為0.08kW/h，每天工作從18：00－6：00，工作時間(H)為12h，每年工作時間為60d(D)，3棟公寓一共848間宿舍(B)。

風扇全年能耗：

T風扇=P×H×B×D=0.08kW/h×12h×848×60=48845kW·h(3)

2.1.43棟公寓樓2010年各電器總電耗及總電費

3棟公寓總電耗：

T1總耗=T電腦+T照明+T風扇+T插座(暫不考慮)

=91548+82425+48845

=222818kW·h(4)

3棟公寓總電費：

T1總電費=T總耗×電費單價(0.617元/kW·h)

=222818kW·h×0.617=137478元(5)

2.2上門訪問問卷調查法

在對這3棟公寓120個宿舍、235人的隨機調研的過程中，有82個宿舍明確告知了每個月的電費繳費情況，總和平均之后，算得每個人月均繳納電費(M)10元。

3棟公寓總電費：

T2總電費=人月均電費M×人數N×9個月

=10×1696×9=152640元(6)

3棟公寓總電耗：

T2總電耗=T2總電費/電費單價(0.617元/kW·h)

=152640/0.617=247390kW·h(7)

2.3兩種方法對比、分析

功率多元統計分析法*終算得2010年T1總電費為137478元，上門訪問問卷調查法*終算得2010年T2總電費為152640元。兩種算法相差15162元。由于功率多元統計分析法在計算過程中，插座無規律可循，暫未考慮在內，可將兩種算法的差價定義為插座電耗，因此，16～18#學生公寓樓2010年總電耗為247390kW·h，電力總消費為152640元(不含寒暑假)。

3電加熱器電耗現狀分析

19#、20#樓共1460人，兩棟公寓年總電耗費用：

T3=(16#～20#)樓T總電費-(16#～18#)樓T2總電費

=654775(不含寒暑假)-152640(不含寒暑假)

=502135元(8)

19#、20#樓電熱水器電耗費用：

T電熱水器=T3-其他電耗

=502135-10元/月×9×1460

=502135-131400=370735元(9)

電熱水器電耗費用占總電耗比例：

能耗比R=T電熱水器/T3=370735/502135=74%(10)

19#、20#樓電熱水器人均月電耗費用：

U電熱水器=T電熱水器/1460人/9=370735/1460人/9=28.2元/人月(11)

4AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺

4.1平臺概述

AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統計、后勤計費管理、校園運維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網、荷、儲、充"多個角度解析高校當下及未來的用能問題及用能需求，在統一的需求下“實現能源互補、信息互通"等管理模式。助力學校管理智能化、數字化、綜合化，實現節能校園、綠色校園、低碳校園。

4.2平臺組成

AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開放的分層分布式網絡結構，主要由設備層、傳輸層、數據層、應用層組成。平臺融合電力監控、電能統計、電氣安全、電能質量分析及治理、智能照明控制、預付費等功能，用戶通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可全局、整體的對企業用電進行進行集中監控、統一調度、統一運維，同時滿足企業用電可靠、安全、節約、高效、有序的要求。

4.3平臺架構

圖1 安科瑞高校綜合能效管理方案架構拓撲

5高校綜合能效解決方案

5.1校園電力監控與運維

集成設備所有數據，綜合分析、協同控制、優化運行，集中調控，集中監控，數字化巡檢，移動運維，班組重新優化整合，減少人力配置。

5.2后勤計費管理

采用先進的網絡抄表付費管理技術，實現電、水、氣等能源綜合計費，實現遠程抄表、費率設置、賬單統計匯總等，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，培養用能群體和部門的節能意識。

5.2.1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，檢測違規電氣，并可獲取違規用電跳閘記錄；

5.2.2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

5.2.3充電樁管理平臺

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

5.2.4智能照明管理

通過對高校路燈的全局監測，提供對路燈靈活智能的管理，實現校園內任一線路，任一個路燈的定時開關、強制開關、亮度調節，以及定時控制方案靈活設置，確保路燈照明的智能控制和高效節能。

5.3 能源管理系統

針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統計分析，包含同比分析、環比分分析、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計的各類建筑耗電數據。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數據分門別類的分析，提供領導決策，提高管理效能。

構建符合校園節能監管內容及要求的數據庫，能自動完成能耗數據的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統性的能耗審計報告，能夠監測能耗設備的運行狀態，設置控制策略，達到節能目的。

5.4 智慧消防系統

智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監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備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，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，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。

6平臺部署硬件選型

6.1電力監控與運維平臺

6.2 后勤計費管理

6.2.1 宿舍/商業預付費平臺

6.2.2充電樁管理平臺

6.2.3智能照明管理

6.3能源管理系統

6.4智慧消防系統

6.4.1電氣火災監控系統

6.4.2消防設備電源監控系統

6.4.3防火門監控系統

6.4.4消防應急照明和疏散指示系統

7結束語

本文通過電器功率多元統計分析法和上門訪問問卷調查法對上海地區高校學生宿舍生活熱水能耗現狀數據量化，并進行節能潛力綜合分析與評估，得到包括電腦、照明、風扇、插座、電熱水器的學生宿舍電耗，電熱水器占到了總電耗的74%能耗指標(見圖2)，是其他4種電耗總和的2.8倍(見圖3)，電加熱器電耗過高，在總電耗中比例大，如果能通過切實有效的方法消除或降低此處電耗，將會從根本上大幅度降低宿舍高能耗問題。并且通過人均熱水器電耗，可推算出人均熱水使用量，對以后學生公寓熱水水量設計提供參考依據。

【參考文獻】

【1】譚洪衛.節約型校園建設管理與技術導則[D].上海:同濟大學,2007.

【2】王力賓.多元統計分析:模型、案例及SPSS應用[M].北京:經濟科學出版社,2010.

【3】張玲，羅多，李進，張博.基于上海地區高校學生宿舍生活熱水能耗現狀分析及展望

【4】安科瑞高校綜合能效解決方案2022.5版.

【5】安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.

作者簡介

吳柯霓，女，現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展。

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