淺談高校用電能耗分項計量方法

0 引言

隨著高校節(jié)能工程的不斷建設，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備種類，即不同的設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)相關技術規(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)、采暖設備外，提供各種動力設備用電的總稱。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。

2 用電分項計量設計原則

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備的回路，其歸屬性質(zhì)應根據(jù)運行時間和設備額定功率確定，主歸屬性質(zhì)應為全年運行的設備。假如設備運行時間一樣，按照額定功率的大小區(qū)分設備性質(zhì)，若設備間歇運行，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。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：

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：

*終能耗拆分結果由以下 2 部分構成：

*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)絡抄表付費管理技術，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設置、 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。

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、強制開關、亮度調(diào)節(jié)，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(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，提供領導決策，提高管理效能。

構建符合校園節(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)測能耗設備的運行狀態(tài)，設置控制策略，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，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監(jiān)控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡，并對這些設備的狀態(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。

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

5.2.3智能照明管理

5.3能源管理系統(tǒng)

5.4智慧消防系統(tǒng)

5.4.1電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.2消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.3防火門監(jiān)控系統(tǒng)

5.4.4消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)

6 結束語

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)設計與應用手冊2022.05版.