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浅析基于建筑全寿命周期的校园能耗监管平台及产品应用

发布时间: 2023-07-05  点击次数: 136次

0 引言

随着我国经济的发展,城镇化、工业化脚步加快,中国建筑业进入高速增长阶段,建筑全寿命周期能耗随之增加。根据中国建筑能耗研究报告2020的测算,2005至2018年间。全国建筑全寿命周期能耗由2005年的9.34亿t标准煤上升到2018年的21.41亿t标准煤,扩大2.3倍,年均增长6.6%。2018年全国建筑全寿命周期能耗总量为21.47亿t标准煤,占全国能源消费总量的比重为46.5%。建筑运行阶段能耗为10亿t标准煤,占建筑全寿命周期能耗46.6%,占全国能源消费总量的比重为21.7%。基于我国严峻的人均能源占有量现状,除了以开发清洁能源为主的“开源"节能,也采取减少能源浪费、提高能效等举措的“节流"节能也发挥出重要作用。在当前能源和环境的巨大压力条件下,作为能源消耗的建筑行业急需从建筑全寿命周期角度走出一条绿色健康发展之路。

1 建筑全寿命周期能耗监管

建筑全寿命周期是指从建筑材料生产、建筑规划与设计、建筑施工与运输、运营维护直到拆除处理的全循环过程。近些年已有不少针对低碳排放建材、绿色建筑设计、建筑节能设备等前期建筑设计建设阶段进行的节能建筑研究,但对建筑建成后的运营阶段缺少相应管理方式和管理平台。相比起建筑建设期间的一次性能源消耗,建筑运营能耗具有长期性,且受到建筑使用者和建筑管理水平影响较大,是具有较大节约潜力的部分。建立健全建筑能耗监

控平台,对能耗数据进行收集、上传、储存,并通过数据分析进行后续节能规划对完善建筑全寿命周期管理、降低建筑运营能耗具有重要意义。

2 校园节能现状

高校建筑作为公共建筑的一部分,拥有较大建筑存量和增长空间以4.4%全国人口占比数消耗了约8%的社会能。相较于全国居民人均能耗指标,大学生生均能耗、水能耗分别是其四倍和两倍,这表明高校校园拥有巨大的节能潜力。早期高校校园建设缺少技术与设备支持,导致各类建筑、各种能耗数据严重缺失,很大影响开展校园节能工作。近年来我国加强了对校园建筑能耗监管,致力于打造节约型校园。2013年,《绿色校园评价标准》开始实施,并作为我国开展绿色校园评价工作的指导文件和技术依据,绿色校园的建设发展。为加强校园可持续发展建设,国家相关部门提出建设校园建筑节能监管体系的原则和思路,强调运用数字化技术对校园建筑能耗进行计量、控制和管理,并基于大数据对未来能耗消耗量进行预测,对校园节能减排,打造节约型校园具有重大价值和意义。为响应国家政策,不少高校已经试点安装校园建筑能耗监管平台,提高能耗管理水平,挖掘校园节能潜力。如浙江大学在紫金港校区建成了节约型校园能耗管理平台,已通过验收,实现了各类建筑能耗监控和数据全覆盖。此后宁夏大学、北京外国语大学等高校也纷纷建立本校节能监管系统,为全国高校能耗监管体系建立拉开序幕。相关调查研究显示,已建成校园能耗监管平台的高校其单位建筑平均电耗为17.7kWh/m2,相较于一般高校单位建筑平均电耗降低67%。可以发现,我国高校蕴含巨大节能潜力,而设立运用节约型校园能耗管理平台可以有效改善能耗情况,起到节能作用。

3 校园数字化监管平台建设

校园数字化监管平台通过对校园内安装的智能化能耗计量表获取校园内各类建筑的分项能耗数据,并传输回监管平台的数据中心,实现对校园能耗进行实时监控。基于数据中心的历史数据对当前数据进行纵向分析评估,提出适宜的校园节能目标,并对系统故障和异常能耗进行预警。

3.1 设备安装与数据采集

早期建筑在未安装智能采集量表前,量表数据获取多是利用人工抄写后再录入。随着技术的进步,现有建筑大多安装智能化量表,不仅实现了对能耗数据的实时采集和记录,还包含测量电器实时功率、总功率等数据。智能化量表的出现和大面积安装使用,保证了数据的时效性和准确性,为构建数字化监管平台提供基础数据支撑。

3.2 能耗分项计量

校园建筑虽然属于公共建筑,但各类建筑功能不同,用能水平差异明显。为便于系统识别和建筑分类,《高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则》中按16位编码方法将建筑分为13类并编码,内容如表1所示。

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不同建筑消耗能源种类也不同,如教学楼、科研楼等主要消耗电能,学生宿舍消耗水、电,锅炉房消耗燃气等。通过不同种类能耗安装不同量表已经实现对校园能耗分类计量和统计分析。但每一类能耗的消耗地点、消耗电器无法通过单个量表体现。要实现校园节能,仅有一个庞大的单类能耗数据是不够的,还需对建筑内每个房间的能耗,甚至房间内每类电器的能耗进行分项计量。可根据《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据采集技术导

则》,可将电耗分为照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电四类进行分项计量,以便后续分析各房间、各电器的节能潜力。

3.3 数据传输与储存

量表利用有线或无线端口实现与数据网关的对接,基于已建成的校园网基础设施和WEB技术,可以实现高效率数据采集和数据传输工作,达到实时远程监控建筑能耗的目的。能耗数据将在数据中心完成的分类、分项统计和储存工作,形成该校的能耗基础数据库并对数据安全进行保护。

3.4 数据处理与分析

基于校园能耗监管平台建立的能耗数据库,可以实现对各类建筑、房间、电器能耗的横向对比和对历史数据的纵向对比,从而掌握校园建筑的能耗基础状态和随时空变化的特征。管理者根据分析结果针对不同建筑、不同能耗类型制定相应的能耗基线和节能措施,做到针对性能耗优化。此外,基于数据库的海量数据可对校园未来能耗趋势进行预测,为校园节能提供目标参考。

3.5 数据互通与系统联动

校园能耗监管平台收集的能耗数据可与上级能源管理部门互通,通过对校园能耗水平和全市能耗水平分析,比较能耗差异、发掘能耗潜力,实现能源利用和能效水平*大化。同时,校园能耗监管平台可以延伸到数字化校园的OA、学生工作、公寓管理等相关子系统,通过多平台数据互通展示、指标公示、节能宣传等方式实现多系统协作,督促师生参与校园节能,加强环保节能意识。

4能耗管理制度建设健全

配合校园能耗监管平台应建立相应的能耗设施管理和使用者管理制度。监管平台难以通过平台直接实现建筑节能,需要管理者建立相应的管理制度和考核奖惩制度,根据平台数据分析设定对应节能指标,层层推进落实,实现到每一个用能终端的管理。各地高校可参考已经颁布的《高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则》,基于本校自身条件和现阶段用能水平,因地制宜建立校园能耗管理制度。通过监管平台的系统联动和数据公开,使用者也能清晰明了地得到相关建筑的用能水平和用能特征,根据设定节能目标采取针对的节能举措,形成正向节能反馈和节能激励。

5 监管平台建设和管理不足之处

我国建筑节能领域正处于探索发展阶段,校园能耗监管平台运行在取得一定成效的同时,也出现新的问题等待解决。

5.1高校缺少面向师生的监管平台宣传

师生作为高校主要用能者,其用能行为对校园能耗水平产生显著影响。相关研究表明,高校学生作为接受了高等教育的群体,整体节能意识较强,但节能行为水平较之有明显下降,表现出意识与行为不同步,具有“知强行弱"的特征,这表明校园建筑能耗可以通过优化师生行为达到节能目的。而高校管理者疏于对能耗监管平台建设的目的及意义进行宣传讲解,将影响校园节能工作的开展和平台运营管理的效果。校园能耗监管平台建设和运营期间,管 理者应加强校园内宣传工作,扩大监管平台的影响力,一步步增强师生的节能意识,引导其利用平台了解用能情况,在必要时可制定规范采取经济手段激发节能动力,从而达到校园节能目标。

5.2监管平台收集的能耗数据分析利用不足

校园能耗监管平台建成后,海量能耗数据往往只用于基础用量统计,缺少针对各项数据的整理,挖掘和比较,监管平台的深层分析功能得不到体现,难以进一步开展节能管理工作。甚至由于储存维护成本较高,出现数据删除丢失等现象,违背了校园能耗监管平台建设的初衷。管理者应充分发挥监管平台作用对能耗数据进行挖掘利用,开展各类能效分析和建筑用能评估,为节约型校园建设提供数据支撑。同时,管理者应利用高校现有设施设备,合理共享资源配置,降低运营管理成本,实现资源资金双节约。

6 高校综合能效解决方案

6.1校园电力监控与运维

集成设备所有数据,综合分析、协同控制、优化运行,集中调控,集中监控,数字化巡检,移动运维, 班组重新优化整合,减少人力配置。

6.2后勤计费管理

采用先进的网络抄表付费管理技术,实现电、水、气等能源综合计费,实现远程抄表、费率设置、 账单统计汇总等,支持微信、支付宝、一卡通等充值支付方式,可设置补贴方案。通过能源付费管理方式,培养用能群体和部门的节能意识。

6.2.1宿舍用电管理

针对学生宿舍用电进行管理控制:可批量下发基础用电额度和定时通断功能;可进行恶性负载识别,检测违规电气,并可获取违规用电跳闸记录。

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6.2.2商铺水电收费

针对校园超市、商铺、食堂及其他针对个体的水电用能进行预付费管理。

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6.2.3充电桩管理平台

充电桩在“源、网、荷、储、充"信息能源结构中是必不可缺的。充电桩应用管理同样是校园生活服务中必不可缺的一部分。

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6.2.4智能照明管理

通过对高校路灯的全局监测,提供对路灯灵活智能的管理,实现校园内任一线路,任一个路灯的定时 开关、强制开关、亮度调节,以及定时控制方案灵活设置,确保路灯照明的智能控制和高效节能。

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6.3能源管理系统

针对校园水、电、气等各类接入能源进行统计分析,包含同比分析、环比分分析、损耗分析等。了解用能总量和能源流向。

按校园建筑的分类进行采集和统计的各类建筑耗电数据。如办公类建筑耗电、教学类建筑耗电、学生宿舍耗电等,对数据分门别类的分析,提供领导决策,提高管理效能。

构建符合校园节能监管内容及要求的数据库,能自动完成能耗数据的采集工作,自动生成各种形式的报表、图表以及系统性的能耗审计报告,能够监测能耗设备的运行状态,设置控制策略,达到节能目的。

6.4智慧消防系统

智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术,将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络,并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位,实时动态采集消防信息,通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析,帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防,实现智慧消防“自动化"、“智能化"、“系统化"需求。从火灾预防,到火情报警,再到控制联动,在统一的系统大平台内运行,用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况,并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下,在几秒时间内,相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段,就迅速能够迅速通知到达相关人员。

7.平台部署硬件选型

7.1电力监控与运维平台

7.2后勤计费管理

7.2.1宿舍/商业预付费平台

8 结束语

校园监管平台的建成和运营实现了高校能耗的数字化采集储存和分析,提升了高校能耗管理水平,为技术节能、管理节能和行为节能提供平台和数据支撑,积极响应国家提出的节约型校园建设号召。校园监管平台作为建筑全寿命周期体系中重要的一环,在实现校园能耗管理数字化、科学化、规范化的同时也存在宣传、数据挖掘不到位的情况。当前我国建设绿色校园、节约型校园工作正稳步向前。通过前期试点高校的探索实践,建立健全校园能耗监管平台使用管理体系并推广,实现绿色校园目标任重而道远。


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