浅谈高校用电能耗分项计量方法

时间：2023-06-15作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：288

摘 要：文章对高校节能监测系统在工程中的实际应用进行了研究，以节能为前提，研究节能监测系统的工程实现、采集方式及相应的节能分析。论文研究了用电能耗分项计量在高校中的应用，并探讨了高校的节能监测系统，为高校节能监测系统在工程中的实现提供参考模型，并通过实际工程设计和施工进行研究探讨。

关键词：公共建筑 ；分项计量 ；监测系统 ；工程模型

0 引言

      随着高校节能工程的不断建设，建筑节能中的能耗数据分类计量显得尤为重要。在实践中发现，各地的分类计量工作存在分类定义不统一、直接计量难度高等一些问题。基于此，针对高校用电能耗分项计量问题进行研究，可利用优化能耗拆分算法对能耗进行拆分，间接计量能耗。

1 用电能耗分项模型

      统一性是高校用电能耗分项模型建立的*重要原则，即所有建筑均采用相同的标准。除统一性外，功能性、通用性、适用性也是高校用电能耗分项模型的建立原则，功能性是指模型中每个分项的划分是以终端用途为原则的；通用性是指建筑能耗分项模型中包含的各种设备种类，即不同的设备种类都能找到对应的模型；适用性是指模型中按照功能尽可能细分各类设备，但要确保与通用性之间不能互相矛盾。

      分项能耗是对同类能耗按照不同用途进行采集和统计的分析。依据相关技术规范规定，建筑能源中，电量的计量分为四个分项。

1.1照明插座用电

      可根据实际情况选子项，如：

①照明和插座用电；

②走廊和应急照明用电；

③室外景观照明用电。

1.2 空调用电

      空调用电是为建筑物提供空调、采暖服务的设备用电的统称。分为冷热源用电和空调末端用电。

1.3 动力用电

       动力用电是除空调、采暖设备外，提供各种动力设备用电的总称。分为电梯用电 、水泵用电 、通风用电及电热水器用电。

1.4 特殊用电

       特殊用电指除了照明插座、空调等建筑物常规功能之外的耗电量，如餐厅厨房、健身房或者其他特殊用电。公共建筑能耗分类、分项计量模型如图1所示。






2 用电分项计量设计原则

2.1 计量回路选择原则

       ①总用电直接计量，且根据变压器数量决定三相表和多功能表的安装数量，假如变压器数量为n,多功能表数量为m，三相表数量为g，则有：若n=2，则m=2，g=2；若n>2，则m=2，g=n-2。

       ②对于 2.1 中提到的 4 大分项用电，可采用直接计量加间接计量的方式，直接计量的分项有空调、动力和特殊用电，即此三项均安装电表，照明插座用电*加表，间接计量即可。

       ③在多个分项中，若其中某一个分项的回路很多，可将该分项作为间接计量，其余直接计量。

2.2 混合回路归属原则

      当出现包含两项或两项以上用电设备的回路，其归属性质应根据运行时间和设备额定功率确定，主归属性质应为全年运行的设备。假如设备运行时间一样，按照额定功率的大小区分设备性质，若设备间歇运行，则比较计算功率。

3 用电分项计量方法

3.1 计量装置

       高校用电计量装置应满足以下几点要求：首先，电能表的正确度等级应不1.0级，并支持数据远传；其次，采用标准串行电气接口；再次，可以监测有功功率或电流；*后，配用电流互感器的精度等级应不0.5级。

3.2 数据采集器

       数据采集器是能够对各类用能计量表具进行实时数据采集，并能与本地系统主机（或远程数据中心）自动交换数据的自动化设备。其功率应不小于10W，平均无故障时间应不小于3×104 h，应使用低功耗嵌入式系统，并符合相关电磁兼容性能指标，具有数据采集、数据处理、数据存储及数据远传功能。

3.3 优化能耗拆分算法

       选择合理的计量装置和数据采集器是高校用电能耗分项计量应用中的基础。建筑能耗监测的重点和难点是拆分混合支路中的不同类型用电设备。一般有直接计量和间接计量两种方法。直接计量方法就是多装计量表，但实际工程中不可能将所有类型的用电设备都装上电表，这样做不仅浪费资源，也会大大提高施工难度。间接计量方法是利用能耗拆分技术将能耗拆分计算，节省电表资源的同时，分项能耗数据值也能较准确。

      论文主要研究*优化能耗拆分算法以及对应的误差分析。

3.4 基于*优化能耗拆分算法的能耗拆分

      优化拆分算法的求解思路如下：






       转化为数学用语：

已知，Y 为支路末端电能耗，xi 为i个末端电耗预估计值，si为预估计不确定度 ，据 Y、xi、si值复估计每个末端电能耗，得到的复估计不确定度值为ui 。

定义xi到xi的修正因数（xi =εi xi ）为εi，

即能耗拆分问题转化为*优化问题，其数学表达式为：



能耗拆分结果由以下 2 部分构成：






优化拆分算法与其他算法相比，优点在于：

①物理意义强，各末端能耗的预测值通过现有知识和数据库就能得到；

②保证支路能耗等于各末端能耗之和；

③由公式2、3可知，能耗拆分结果公式简单，便于快速大量计算。

4 高校综合能效解决方案

4.1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。










4.2后勤计费管理

       采用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。

4.2.1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。











4.2.2商铺水电收费针对校园市、商铺、食堂及其他针对个体的水电用能进行预付费管理











4.2.3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。











4.2.4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*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。











4.3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。









4.4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，就能够通知到达相关人员。




5.平台部署硬件选型

5.1电力监控与运维平台













5.2后勤计费管理

5.2.1宿舍/商业预付费平台







5.2.2充电桩管理平台











5.2.3智能照明管理







5.3能源管理系统








5.4智慧消防系统

5.4.1电气火灾监控系统



5.4.2消防设备电源监控系统






5.4.3防火门监控系统



5.4.4消防应急照明和疏散指示系统



6 结束语

       本文研究了高校用电的能耗分项计量方法，首先对高校能耗分类、分项计量模型进行了分析；其次，分析了用电分项计量设计原则，提出因地制宜地采用直接计量和间接计量、间接计量的观点；*后，分析了用电分项计量方法，利用*优化能耗拆分算法进行能耗拆分，得到*优化拆分算法下的能耗拆分数学模型，该模型不仅能实现快速大量计算，且物理意义强，为高校能耗的间接计量提供了方法。

【参考文献】

【1】 杨建华，董慧芳，杨胜安.公共建筑用电能耗分项计量方法研究[J].建筑节能 , 2020, 03(111-115).

【2】 DBJ/T14-071-2010.高校节能监测系统技术规范[S].

【3】 高校综合能效解决方案2022.5版.

【4】 企业微电网设计与应用手册2022.05版.


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