摘   要：校園中能源的消耗與浪費占用了校園總費用支出的很大比例，而電能的消耗又是能源消耗的重中之重，重點闡述了校園能耗監控系統方案設計、關鍵技術。以北方某高校為例應用該方案，并結合具體的耗能特點對節能措施進行研究。

關鍵詞：校園電力能耗; 監控系統; 分項計量

 

當前，隨著高校的快速發展，校園學生人數及校園內建筑面積大幅度地增加，教學設備的大量引入，現代化辦公設備的大量使用等使得高校在能源的消耗中占有很大的比重。因此，如何對校園能耗進行科學管理和監控已經成為建設節約型校園中關注的熱點問題之一。本文結合北方某高校的實際建筑工程的能耗情況，對校園電力能耗監測系統的相關問題進行了詳細闡述。

 

1.1研究目標

本文以北方某大學的校園電力能耗為研究對象，對節約型校園電力能耗監控系統進行了設計與實現，以該校23個單體建筑為監控對象，安裝650個監控點，以實現對校園電力能耗科學、有效及自動化監控的管理模式。本系統的設計方案采用計算機、網絡通信技術和智能化控制等技術，將傳統的用能設備系統自動控制功能和遠程集抄功能結合起來，對相關用能單位區域內的各類建筑、公共設施進行節能控制和能耗監測管理，實現能耗數據的分類分項統計和分析處理，同時能與能耗監測系統數據中心接軌并上報相關能耗分類分項數據，從而滿足相關用能單位的節能監管內容及要求，實現節能減排的目標。其網絡結構由現場監測網絡層、中間網絡傳輸層、后臺上位機監控管理層和終端服務器層組成。根據住房與城鄉建設部2008年6月制定的[2008]114號關于對各類建筑進行能耗統計的相關文件，對能耗監測系統的具體實施等細節做了明確的規定。能耗監測系統被定義為通過對機關辦公建筑和大型公共建筑安裝分類和分項能耗計量設備，采用遠程傳輸等方式實時采集能耗數據，對重點建筑能耗實現在線監測和動態分析功能的硬件系統和軟件系統的統稱[1-2] 。能耗監控系統 

結構如圖1所示。

1.2系統構成

能耗監測管理系統是集各種服務器等計算機硬件、有線網絡設施、數據采集器以及電能表、水表、氣表和熱量表等表計設備于一體，實現各種能耗的自動采集、監測和統計分析等功能的自動化系統。系統圖如圖2所示。

 

2.1節能控制系統

節能控制技術是能耗監控系統的核心技術與特色功能，該功能主要是通過采用具有節能效果的網絡控制器按照預定的控制策論對相關用能設備進行控制，從而達到節能目的。

其中網絡節能控制器能夠獨立完成各種節能控制策論，它可以對相關傳感器采集的環境、人員和電量等信息進行分析，然后根據預先設定的控制策論進行離線自動節能控制。通過RS485總線與多個采集設備連接，然后通過CAN－BUS總線與上層數據網關連接，并可上報相關數據，也可接收遠程的參數修改和控制。該網絡節能控制器可至少節約30%的電能。

網絡節能控制系統是由建筑節能控制子系統和路燈節能控制子系統兩部分組成。

（1）建筑節能控制子系統的組成

建筑節能控制子系統由傳感器（包括各種感應照度傳感器、溫度和人數傳感器等）、從機（包括節點開關和學習遙控器）、遙控器和SL863X網絡節能控制器四部分組成。傳感器用于采集室內的照度、溫度、人員存在和人員數量等信息，通過內部RS 485總線傳輸到網絡控制器主機。從機用于執行主機的控制命令，實現對用電負載的控制。主要包括SL8410學習遙控器、SL8411單路節點開關、SL8412雙路節點開關和SL8413多路節點開關。SL8303A遙控器用于控制器和從機的遙控操作，與主機之間采用紅外傳輸方式。主要進行強制開啟、關閉、本機IP查詢、傳感器和從機查詢，時間和定時查詢，照度查詢和設置，溫度查詢和設置等簡單遙控操作。SL863X網絡控制器通過內部RS 485總線與傳感器通信，通過無線（RF）與從機通信；控制器自身離線實現節能控制，同時可以通過計算機、USB－485轉換器和計算機安裝的節能控制管理軟件進行遠程控制。節能控制子系統如圖3所示。

 

（2）路燈節能控制子系統的組成

路燈節能網絡控制子系統主要由節能控制部分、室內其他設備和燈柱部分組成。

節能控制部分主要由路燈節能控制器、照度傳感器和GPRS傳輸設備等組成?？刂破髦饕邮照斩葌鞲衅魉蛠淼恼斩刃盘?，結合自身實時時鐘（RTC）產生的萬年歷，根據控制策論離線執行對路燈的各種控制?？刂破魍ㄟ^RS 485接口采集遠傳電表的電壓、電流、頻率、功率、功率因數和電能等數據。同時接收上位機指令，將照度、電 壓、電流和功率等參數，以及路燈開關開啟、關閉時間和燈具損壞等事件上傳。并可以根據上位機指令，完成控制策論修改，接受并執行遠程控制。控制器對路燈開關的下行控制通過電力載波（PLC）信道進行。路燈節能控制子系統如圖4所示。

2.2 數據采集系統

（1）能耗分項計量

該技術實現電力能耗分項（暖通空調器、一般動力設備、一般照明插座設備和特殊功能設備）遠程計量功能。各種負荷說明如下：

1）暖通空調器用電負荷。空調器用電負荷是為建筑物提供通風、供暖服務用電負荷的總稱。

2）一般動力設備用電負荷。動力用電負荷主要為建筑的使用提供各種動力能源（包括電梯、換熱站、消防水加壓和食堂排煙系統等）的設備用電負荷。

3）一般照明插座設備用電負荷。單位工程中重要的區域照明（含室內照明、室外照明等）負荷，以及插座等室內設備用電負荷。

4）特殊功能設備用電負荷。特殊用電負荷是指不屬于日常生活中建筑常規的用電，其特點是同一時刻電能消耗大、占總電能消耗比重大（含大型通信、實驗設備、信息機房、洗衣間和食堂餐廳等用電）。

             

                  

（2）能耗實時計量該技術的特點是基于無線傳感網技術進行信息采集和傳輸，一方面無線傳感網節點自身采集各種參數；另一方面它們與各種用能設備連接，通過無線自組網方式自動采集分散在各建筑區域內的電、水和暖等實時數據，每10 min更新一次數據，并自動統計耗能峰值，之后上傳服務器，使高校后勤部門能隨時監測現場耗能設備的運行數據，從而使數據能及時、快速和高效地匯總，體現了“瞬時化”的計量特點。電力能耗實時計量 示意圖如圖6所示。

 

 

現以北方某高校2012年與2013年耗電量為例，根據校園電力能耗監控系統獲取的數據進行統計。