北京師范大學(xué)建筑能耗管理平臺三期建設(shè)方案

何學(xué)宇

(中國建筑設(shè)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(shè)節(jié)約型校園當(dāng)作主要目標(biāo)，從管理、觀念意識和最新節(jié)能技術(shù)三方面入手，全面開展校園建筑能耗管理平臺的建設(shè)，并建立行政機關(guān)、教學(xué)院系、輔助后勤等，辦公、教學(xué)、實驗、科研、公共服務(wù)等用電量實行定額管理辦法，以降低教學(xué)成本，提高辦學(xué)效益，促進學(xué)校能耗管理可持續(xù)性發(fā)展。

當(dāng)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(shè)節(jié)約型校園工作，北京師范大學(xué)自2008年起先后對校園能耗監(jiān)管平臺進行兩期建設(shè)，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(shè)方案分析

1.1 一期建設(shè)方案

一期建設(shè)采用電力載波技術(shù)的能源計量設(shè)備實現(xiàn)了全校能耗計量到樓和大型用電設(shè)備單獨計量的建設(shè)目標(biāo)，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(shè)方案

二期建設(shè)一方面繼續(xù)深化《高等學(xué)校節(jié)約型校園建設(shè)管理與技術(shù)導(dǎo)則》的建設(shè)要求實現(xiàn)部分樓宇計量，另一方面對一期建設(shè)的薄弱點監(jiān)管平臺中心機房服務(wù)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(zhǔn)度。

運用節(jié)能技術(shù)進行節(jié)能改造，運用數(shù)字化信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，構(gòu)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(shè)，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(yīng)方式，改善用電能耗。

(2)建立了校園教學(xué)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(zhǔn)靜態(tài)人體檢測技術(shù)和數(shù)字照度檢測技術(shù)、感應(yīng)延時自適應(yīng)技術(shù)，對燈具和風(fēng)扇進行集中式控制的設(shè)備；同時利用遠(yuǎn)程控制技術(shù)，遠(yuǎn)程控制教室燈具及風(fēng)扇的開關(guān)。

3 第三期建設(shè)的主要內(nèi)容和目標(biāo)

通過結(jié)合往期能耗監(jiān)管平臺使用期間總結(jié)出的優(yōu)缺點，提出以下問題和對應(yīng)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(shè)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(guān)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(jié)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(yīng)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(shè)計單位，筆者所在單位項目設(shè)計團隊通過深入了解北師大能耗監(jiān)管平臺的建設(shè)目標(biāo)和工作進展，為學(xué)校下一步工作的重點“深化落實學(xué)校計量設(shè)備覆蓋到院、系、部、處”的實施提供了有效、經(jīng)濟的設(shè)計方案，為學(xué)校實現(xiàn)能源績效考核、能源精細(xì)化管理做好必要準(zhǔn)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(xué)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(xué)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(xué)等。其中一段、三段單獨設(shè)置一個電氣豎井配電，二段南北各設(shè)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(shè)置配電箱；建筑內(nèi)動力設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)置有樓層總照明及總動力配電柜，建筑內(nèi)動力設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)置電氣豎井配電，計量總用電能耗。各單獨辦公室均設(shè)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(shè)在冷庫配電室值班室內(nèi)。本項目配合學(xué)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(shè)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(xué)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(xué)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(shè)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(jié)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(shè)置在樓層配電箱(柜)，個別樓層豎井內(nèi)配電箱(柜)設(shè)置二級樓層表，獨立功能區(qū)在分區(qū)配電箱(柜)設(shè)置計量電表，實現(xiàn)分級、分層的用電計量；遠(yuǎn)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(shè)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(xì)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(yīng)在設(shè)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(yuǎn)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(shè)備的數(shù)據(jù)主動上報，采集周期可以靈活設(shè)置。用能采集模塊能夠及時、有效、準(zhǔn)確地采集且支持即時數(shù)據(jù)采集，也支持表具即時遠(yuǎn)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(gòu)成分析，按分項用電分析。

按機構(gòu)部門逐時、逐日、逐月用能曲線分析，按機構(gòu)部門同比、對比分析，按機構(gòu)部門分類構(gòu)成分析，按機構(gòu)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(shè)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(yuǎn)程控制：通過遠(yuǎn)程控制非工作時間的燈具開關(guān)，達到節(jié)約能耗目的。

7 最終建設(shè)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(jié)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(shè)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(shè)，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(xué)樓所采集的用電數(shù)據(jù)通過校園網(wǎng)路由送至學(xué)校能源監(jiān)管中心服務(wù)器，有效地避免了校區(qū)內(nèi)外線路由的施工影響。