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          高校能源管理的應用
          發布時間:2022-10-31

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          隨著社會進步和經濟發展,能量消耗高速增長,傳統粗放的能源管理模式已經無法滿足當時社會的進步,節能降耗面臨嚴峻的考驗。至2017年,我國的能源消耗已占全球能源消耗量的20%,超過美國成為世界能源消耗大國。節約型校園建設是公共機構建設中的重要內容,不僅是學校自身發展的需求,更是學校應有的社會責任。高校建設能源管理,不僅有利于緩解教育資源供需矛盾,推進學校自身可持續發展,還將為節能型社會提供良好的氛圍,為節能型社會建設提供人才和技術支持。

          一、高校能源管理的必要性

          1.高校能源管理對教育教學的影響

          高校能源管理工作不僅是學校教育教學能夠正常運轉的物質基礎,而且高校能源管理模式及正常運行也是高校教育教學工作的重要組成部分。對于前者而言,高校的能源管理工作不僅事關高?,F有能源能否正常發揮其應有的效能、而且也事關在這些能源的影響下,學校的教育教學工作實現既定的教學目的。對于后者而言,學生在參與能源管理工作,或者在其消耗能源的過程中他們也在潛移默化地形成正確的能源觀,也在潛移默化地接受以“節儉”為核心的能源教育,從而使能源管理工作與正常的教育教學實踐一起對學生的健康成長起到了重要的影響。

          2.高校能源管理對學校綜合實力的影響

          學校的能源消耗所占用的資金是其日常支出的一大部分。如果一個學校的能源管理到位,沒有一絲一毫的浪費現象,不僅可以為學校節約大量的資金,而且還可以使節約的資金用于維護日常的教育教學工作。因此,高校后勤能源管理模式對學校綜合實力的提升有著重要的影響。

          3.高校能源管理對社會生態環境建設的影響

          高校的能源消耗雖然沒有大型企業那樣多,但它與其它單位的能源消耗相比也應該算是一個能源大戶。因此,高校能源消耗引起的環境問題也不容忽視,運用科學的管理模式降低高校的能源消耗也不失為環境保護的一種措施。因此,高校后勤能源管理模式的建立與運行對當今生態環境的建設有著重要的意義。

          4.遵循綠色發展理念,高校能源管理工作勢在必行

          同時,隨著綠色發展理念的提出與發展,節能減排成為各個產業在未來發展的必由之路,高校建設和發展同樣適用于這一理念,大力開展節能工作和能源管理體系建設,更高效地利用有限的能源資源,可以更好地保障校園的建設和運行,促進校園建設發展。

          二、高校能源管理需求分析

          傳統的能源管理,更多的是對能源消耗量本身進行統計分析,應給出對應措施。而學校能源管理部門作為學校后勤管理部門,則會更多地關心產生能耗的用能設備管理、使用設備消耗能源的人以及維護設備的人。

          1.能耗計量和分析管理需求

          • 配電房多采用機械表和電流表,不帶遠程傳輸功能,并采用人工計量方法,計量系統欠完善;樓層即使有計量表,但并無遠程通訊功能,無法滿足學校的績效考核要求。

          • 電表、水表所采集參數不夠詳細,配電房多數回路只能測量回路電流,也無法滿足學校設備的各類統計分析功能。

          • 缺乏充足的能耗和設備運行參數為節能工作做指導,用能設備的能效具有提升的空間。

          • 現已有較為完整的績效考核制度,但是因現有計量表的功能缺陷和無法將各類能耗細分到科室,績效考核無法實際展開。

          2.設備監控和管理需求

          • 由于學校用能設備眾多,很難全面掌握整個學校主要用能設備的使用情況,特別是風冷熱泵等空調設備,往往需要出現人員反饋才能發現問題,很多時候只能做到事后處理。

          • 學校由于自身其特殊性,安全的問題往往非常突出,但是學校龐大的設備規模,要做到每個重要設備都安置專門人員看管十分困難。

          3.日常管理便捷性的需求

          • 學校投運時間較長,各類用能線路常年改造,加之人員流動率高,往往部分區域難以確保圖紙與實際相對應。只能依靠維護人員的經驗和記性。而且現有人員也是基于維護需要才會熟悉,這給線路維護和數據統計造成了困難。

          • 學校各類管道年久失修,容易出現“跑冒滴漏”現象,但是因水管采用地埋方式鋪設,不便于發現漏損點。

          4.設備全生命周期管理需求

          • 現有的后勤系統缺乏對設備專業管理業務的支撐,物流、資金流、信息流不統一。

          • 單個設備生命周期的各種業務記錄分散,缺少集中式的展現方式。

          • 對于圖紙、手冊、說明、規程、制度等非結構化的文檔資料缺乏系統化管理,不便于共享和查看;同時,也沒有將這些資料與業務對象關聯起來,不能有效支撐策略或計劃的制定。

          • 缺少對貫穿設備生命周期的組織機構和人員、零購更新計劃、承包商考核、設備檢查考核等綜合管理業務的信息化支撐,制約了設備綜合管理水平的提高。

          三、整體解決方案

          1.系統架構

          本系統總體上采用分層分布式體系結構,按照縱向分為主站管理層、網絡通訊層和現場測控層三大部分,如下圖所示:


          系統架構示例圖

          主站管理層從網絡上可分為企業內網和公網兩部分,由若干服務器和終端計算機組成。其中,客戶端分為監控客戶端和管理客戶端,可分別部署在一臺或者兩臺終端計算機上,同時,監控客戶端可擴展為兩臺,實現客戶端雙機熱備,可實現實時的切換。內網服務器根據系統負載情況(包括接入點數量、采集頻率、Web訪問量)擴展為兩臺實時監控服務器,兩臺數據庫服務器及多臺Web服務器,可實現監控服務和數據庫服務的雙機熱備和Web服務的負載均衡功能。Web終端用戶包括能源管理人員-使用該系統進行能源的分析和管控;用能用戶-對自身的用能情況進行查詢;企業管理人員-瀏覽相關報表,提供決策支持。公網服務器與內網Web服務器功能相同,對外網用戶提供相關數據的查詢和報表展示功能。

          網絡通訊層以交換機、路由器、防火墻及相關網絡線路組成,根據企業場地的大小及對網絡通訊質量的要求,主干通訊網絡可鋪設光纖。企業內網和公網之間可采用防火墻、路由或者網閘進行隔離。

          現場測控層主要由數據采集器、電能表、水表、氣表、熱表組成。根據現場情況,各儀表及傳感裝置通過現場總線,與數據采集器進行數據的交互,然后數據采集器通過IP網絡實現與主站的數據傳輸功能。

          2.用能分類分項計量建模

          (1)用能分類模型

          學校主要用能為電、水、燃氣、冷熱量、汽油、柴油,其中燃氣主要用于空調供暖、生活熱水、鍋爐、廚房等區域和設備,汽油主要用于學校公用車,學校用于醫院的醫院公用車和發電機組。

          (2)用電分項模型

          學校建筑用電分項能耗包括照明插座用電、動力用電、空調用電、特殊用電四大項。

          (3)用水分項模型

          學校用水分項能耗主要包括后勤用水、辦公用水。

          (4)學校KPI體系

          學校能源KPI指標包括能耗KPI指標和定額KPI指標兩部分。

          A.能耗KPI指標

          • 以正式注冊的在校學生(折算規模)人數為統計對象,將全校年度能耗按人均統計和計算。[MJ/生.年]。

          • 單位面積電耗指標[kWh/m2.年]

          • 以正式注冊的在校學生(折算規模)人數為統計對象,將全校年度市政自來水耗量按人均統計和計算。[t/生.年]

          • 單位面積熱(冷)耗指標[MJ/m2.年]

          • 將能耗指標按統一的碳排放系數換算成二氧化碳排放指標

          B.定額KPI指標

          • 學??傆秒娏?、電費

          • 學??傆盟?、水費

          • 學??傆脷饬?、氣費

          • 各科室用電量、電費

          • 各科室用水量、水費

          • 各科室用氣量、氣費

          • 各科室蒸汽用量、費用

          3.數據采集方案

          (1)用配電數據采集方案

          配電信息采集方案,可分為變配電室的變配電監控部分和區域用電監控部分,從而實現無縫計量,并且通過兩部分的電能流向可以發現電能損耗。

          一級總計量配電室進出線(變配電監測、用電總量)

          • 監控對象:配電室低壓側,10kV/0.4kV變配電室所有進出線回路(消防回路除外,如防火卷簾、消防泵等)。

          • 采集信號類型: I——電流、U——電壓、P——有功功率、Q——無功功率、PF——功率 因數、E——電度量、R——需量。

          • 采集方法:通過遠傳計量系統數據交換,或者NB-IOT智能電表以無線方式上傳至能源管理系統服務器。

          二級區域用電計量

          • 監控對象:辦公類建筑配電柜/箱、教學類建筑配電柜/箱、學生宿舍配電柜/箱等。

          • 采集信號類型:E——電度量,單相負載采單相電度量、三相負載采三相電度量。

          • 采集分項類型:照明、插座、換熱站用電、空調機房用電、新風盤管用電、室內公共照明、應急照明、室外景觀照明、電梯、給排水泵、通風機、信息中心。

          • 采集方法:通過安裝NB-IOT智能電表以無線方式上傳至能源管理系統服務器。

          (2)用水能耗采集方案

          用水計量可分為生活水系統、中水系統兩部分計量分析,對排水系統和消防系統不進行計量分析。

          一級總表計量

          • 采集對象:生活冷水給水機房、中水給水機房。

          • 采集信號類型:累計耗水量(生活冷水總量、中水總量)。

          • 采集方法:通過遠傳計量系統數據交換,或者智能水表以RS485/M-Bus總線方式通過數據采集裝置,經由搭建的局域網絡上傳至能源管理系統服務器。

          二級區域用水計量

          • 采集對象:所有用水功能區域。

          • 采集信號類型:累計耗水量。

          • 采集分類類型:生活冷水、中水。

          • 采集系統:通過NB-IOT智能水表以無線方式上傳至能源管理系統服務器。

          (3)用冷/熱能耗采集方案

          對中央空調的冷水和空調熱水進行冷/熱能量采集,即分別對冷熱源入口計量、出口和分區能量計量。

          一級總表計量

          • 采集對象:能源中心入戶主管道(冷水和熱水)、換熱站換熱總出口和分支管 道(冷水和熱水)。

          • 采集信號類型:冷能量、熱能量。

          • 采集方法:通過安裝智能熱表,將冷熱量數據以LoRa方式通過數據采集裝置,上傳至能源管理系統服務器。

          二級區域能量計量

          • 采集對象:學校內部分功能區域空調主管道。

          • 采集信號類型:冷能量、熱能量。

          • 采集方法:通過安裝智能熱表,將冷熱量數據以LoRa方式通過數據采集裝置,上傳至能源管理系統服務器。

          (4)用氣能耗采集方案

          用氣能耗在建筑中通常使用較少,系統僅對天然氣入口進行計量,如果用氣部門或區域較多,則考慮進行二級分戶計量。

          • 采集對象:管道入口。

          • 采集信號量類型:天然氣能耗。

          • 采集方法:通過安裝智能燃氣表,將燃氣數據以LoRa方式通過數據采集裝置,上傳至能源管理系統服務器。

          (5)空氣質量數據采集方案

          • 采集對象:醫院公共區域及各科室空氣質量。

          • 采集信號類型:溫度、濕度、PM2.5、CO2、VOC

          • 采集方法:環境傳感器以LoRa無線方式通過數據采集裝置,經由搭建的局域網絡上傳至能耗監管平臺服務器。

          綠色發展、節能型校園建設是我國社會經濟建設的重要保證,更是構建和諧社會的重要基礎,各高校也充分認識到綠色發展與節能建設的重要性,并加大了校園節能建設的力度,在進行校園能源管理建設時對廣大師生進行生態環保宣傳工作,提升師生節能環保意識;同時在進行綠色校園建設時還應不斷引進先進技術、節能設備,構建起一支有專業技術做支持的能源管理團隊;此外,還應加大資金投入與研發力度,提升綠色校園建設水平,加快綠色校園建設步伐。



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