簡析基于建筑周期性校園能耗監(jiān)管平臺及應(yīng)用

摘 要：文章基于建筑全壽命周期概念，從規(guī)范管理建筑運(yùn)營能耗角度出發(fā)，針對學(xué)生用能現(xiàn)狀，提出通過構(gòu)建校園能耗監(jiān)管平臺對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、上傳、儲存、分析，提升校園能耗管理水平，為構(gòu)建節(jié)約型生態(tài)校園提供一定支持。

關(guān)鍵詞：建筑能耗；能耗監(jiān)管平臺；全壽命周期；綠色校園

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化腳步加快，中國建筑業(yè)進(jìn)入高速增長階段，建筑全壽命周期能耗隨之增加。根據(jù)中國建筑能耗研究報(bào)告2020的測算，2005至2018年間。全國建筑全壽命周期能耗由2005年的9.34億t標(biāo)準(zhǔn)煤上升到2018年的21.41億t標(biāo)準(zhǔn)煤，擴(kuò)大2.3倍，年均增長6.6%。2018年全國建筑全壽命周期能耗總量為21.47億t標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能源消費(fèi)總量的比重為46.5%。建筑運(yùn)行階段能耗為10億t標(biāo)準(zhǔn)煤，占建筑全壽命周期能耗46.6%，占全國能源消費(fèi)總量的比重為21.7%?；谖覈鴩?yán)峻的人均能源占有量現(xiàn)狀，除了以開發(fā)清潔能源為主的“開源”節(jié)能，也采取減少能源浪費(fèi)、提高能效等舉措的“節(jié)流”節(jié)能也發(fā)揮出重要作用。在當(dāng)前能源和環(huán)境的巨大壓力條件下，作為能源消耗巨頭的建筑行業(yè)急需從建筑全壽命周期角度走出一條綠色健康發(fā)展之路。

1 建筑全壽命周期能耗監(jiān)管

建筑全壽命周期是指從建筑材料生產(chǎn)、建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)、建筑施工與運(yùn)輸、運(yùn)營維護(hù)直到拆除處理的全循環(huán)過程。近些年已有不少針對低碳排放建材、綠色建筑設(shè)計(jì)、建筑節(jié)能設(shè)備等前期建筑設(shè)計(jì)建設(shè)階段進(jìn)行的節(jié)能建筑研究，但對建筑建成后的運(yùn)營階段缺少相應(yīng)管理方式和管理平臺。相比起建筑建設(shè)期間的一次性能源消耗，建筑運(yùn)營能耗具有長期性，且受到建筑使用者和建筑管理水平影響較大，是具有較大節(jié)約潛力的部分。建立健全建筑能耗監(jiān)

控平臺，對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、上傳、儲存，并通過數(shù)據(jù)分析進(jìn)行后續(xù)節(jié)能規(guī)劃對完善建筑全壽命周期管理、降低建筑運(yùn)營能耗具有重要意義。

2 校園節(jié)能現(xiàn)狀

高校建筑作為公共建筑的一部分，擁有較大建筑存量和增長空間以4.4%全國人口占比數(shù)消耗了約8%的社會能。相較于全國居民人均能耗指標(biāo)，大學(xué)生生均能耗、水能耗分別是其四倍和兩倍，這表明高校校園擁有巨大的節(jié)能潛力。早期高校校園建設(shè)缺少技術(shù)與設(shè)備支持，導(dǎo)致各類建筑、各種能耗數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺失，很大影響開展校園節(jié)能工作。近年來我國加強(qiáng)了對校園建筑能耗監(jiān)管，致力于打造節(jié)約型校園。2013年，《綠色校園評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》開始實(shí)施，并作為我國開展綠色校園評價(jià)工作的指導(dǎo)文件和技術(shù)依據(jù)，綠色校園的建設(shè)發(fā)展。為加強(qiáng)校園可持續(xù)發(fā)展建設(shè)，國家相關(guān)部門提出建設(shè)校園建筑節(jié)能監(jiān)管體系的原則和思路，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)對校園建筑能耗進(jìn)行計(jì)量、控制和管理，并基于大數(shù)據(jù)對未來能耗消耗量進(jìn)行預(yù)測，對校園節(jié)能減排，打造節(jié)約型校園具有重大價(jià)值和意義。為響應(yīng)國家政策，不少高校已經(jīng)試點(diǎn)安裝校園建筑能耗監(jiān)管平臺，提高能耗管理水平，挖掘校園節(jié)能潛力。如浙江大學(xué)在紫金港校區(qū)建成了節(jié)約型校園能耗管理平臺，已率先通過驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)了各類建筑能耗監(jiān)控和數(shù)據(jù)全覆蓋。此后寧夏大學(xué)、北京外國語大學(xué)等高校也紛紛建立本校節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)，為全國高校能耗監(jiān)管體系建立拉開序幕。相關(guān)調(diào)查研究顯示，已建成校園能耗監(jiān)管平臺的高校其單位建筑平均電耗為17.7kWh/m2，相較于一般高校單位建筑平均電耗降低67%?？梢园l(fā)現(xiàn)，我國高校蘊(yùn)含巨大節(jié)能潛力，而設(shè)立運(yùn)用節(jié)約型校園能耗管理平臺可以有效改善能耗情況，起到節(jié)能作用。

3 校園數(shù)字化監(jiān)管平臺建設(shè)

校園數(shù)字化監(jiān)管平臺通過對校園內(nèi)安裝的智能化能耗計(jì)量表獲取校園內(nèi)各類建筑的分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)，并傳輸回監(jiān)管平臺的數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)對校園能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?；跀?shù)據(jù)中心的歷史數(shù)據(jù)對當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向分析評估，提出適宜的校園節(jié)能目標(biāo)，并對系統(tǒng)故障和異常能耗進(jìn)行預(yù)警。

3.1 設(shè)備安裝與數(shù)據(jù)采集

早期建筑在未安裝智能采集量表前，量表數(shù)據(jù)獲取多是利用人工抄寫后再錄入。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)有建筑大多安裝智能化量表，不僅實(shí)現(xiàn)了對能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和記錄，還包含測量電器實(shí)時(shí)功率、總功率等數(shù)據(jù)。智能化量表的出現(xiàn)和大面積安裝使用，保證了數(shù)據(jù)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，為構(gòu)建數(shù)字化監(jiān)管平臺提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

3.2 能耗分項(xiàng)計(jì)量

校園建筑雖然屬于公共建筑，但各類建筑功能不同，用能水平差異明顯。為便于系統(tǒng)識別和建筑分類，《高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》中按16位編碼方法將建筑分為13類并編碼，內(nèi)容如表1所示。

不同建筑消耗能源種類也不同，如教學(xué)樓、科研樓等主要消耗電能，學(xué)生宿舍消耗水、電，鍋爐房消耗燃?xì)獾取Ｍㄟ^不同種類能耗安裝不同量表已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對校園能耗分類計(jì)量和統(tǒng)計(jì)分析。但每一類能耗的消耗地點(diǎn)、消耗電器無法通過單個(gè)量表體現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)校園節(jié)能，僅有一個(gè)龐大的單類能耗數(shù)據(jù)是不夠的，還需對建筑內(nèi)每個(gè)房間的能耗，甚至房間內(nèi)每類電器的能耗進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量?？筛鶕?jù)《國家機(jī)關(guān)辦公建筑及大型公共建筑分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)

則》，可將電耗分為照明插座用電、空調(diào)用電、動力用電和特殊用電四類進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，以便后續(xù)分析各房間、各電器的節(jié)能潛力。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸與儲存

量表利用有線或無線端口實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的對接，基于已建成的校園網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和WEB技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高效率數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸工作，達(dá)到實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控建筑能耗的目的。能耗數(shù)據(jù)將在數(shù)據(jù)中心完成的分類、分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)和儲存工作，形成該校的能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫并對數(shù)據(jù)安全進(jìn)行保護(hù)。

3.4 數(shù)據(jù)處理與分析

基于校園能耗監(jiān)管平臺建立的能耗數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)對各類建筑、房間、電器能耗的橫向?qū)Ρ群蛯v史數(shù)據(jù)的縱向?qū)Ρ?，從而掌握校園建筑的能耗基礎(chǔ)狀態(tài)和隨時(shí)空變化的特征。管理者根據(jù)分析結(jié)果針對不同建筑、不同能耗類型制定相應(yīng)的能耗基線和節(jié)能措施，做到針對性能耗優(yōu)化。此外，基于數(shù)據(jù)庫的海量數(shù)據(jù)可對校園未來能耗趨勢進(jìn)行預(yù)測，為校園節(jié)能提供目標(biāo)參考。

3.5 數(shù)據(jù)互通與系統(tǒng)聯(lián)動

校園能耗監(jiān)管平臺收集的能耗數(shù)據(jù)可與上級能源管理部門互通，通過對校園能耗水平和全市能耗水平分析，比較能耗差異、發(fā)掘能耗潛力，實(shí)現(xiàn)能源利用和能效水平*大化。同時(shí)，校園能耗監(jiān)管平臺可以延伸到數(shù)字化校園的OA、學(xué)生工作、公寓管理等相關(guān)子系統(tǒng)，通過多平臺數(shù)據(jù)互通展示、指標(biāo)公示、節(jié)能宣傳等方式實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)作，督促師生參與校園節(jié)能，加強(qiáng)環(huán)保節(jié)能意識。

4能耗管理制度建設(shè)健全

配合校園能耗監(jiān)管平臺應(yīng)建立相應(yīng)的能耗設(shè)施管理和使用者管理制度。監(jiān)管平臺難以通過平臺直接實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，需要管理者建立相應(yīng)的管理制度和考核獎(jiǎng)懲制度，根據(jù)平臺數(shù)據(jù)分析設(shè)定對應(yīng)節(jié)能指標(biāo)，層層推進(jìn)落實(shí)，實(shí)現(xiàn)到每一個(gè)用能終端的管理。各地高校可參考已經(jīng)頒布的《高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》，基于本校自身?xiàng)l件和現(xiàn)階段用能水平，因地制宜建立校園能耗管理制度。通過監(jiān)管平臺的系統(tǒng)聯(lián)動和數(shù)據(jù)公開，使用者也能清晰明了地得到相關(guān)建筑的用能水平和用能特征，根據(jù)設(shè)定節(jié)能目標(biāo)采取針對的節(jié)能舉措，形成正向節(jié)能反饋和節(jié)能激勵(lì)。

5 監(jiān)管平臺建設(shè)和管理不足之處

我國建筑節(jié)能領(lǐng)域正處于探索發(fā)展階段，校園能耗監(jiān)管平臺運(yùn)行在取得一定成效的同時(shí)，也出現(xiàn)新的問題等待解決。

5.1高校缺少面向師生的監(jiān)管平臺宣傳

師生作為高校主要用能者，其用能行為對校園能耗水平產(chǎn)生顯著影響。相關(guān)研究表明，高校學(xué)生作為接受了高等教育的群體，整體節(jié)能意識較強(qiáng)，但節(jié)能行為水平較之有明顯下降，表現(xiàn)出意識與行為不同步，具有“知強(qiáng)行弱”的特征，這表明校園建筑能耗可以通過優(yōu)化師生行為達(dá)到節(jié)能目的。而高校管理者疏于對能耗監(jiān)管平臺建設(shè)的目的及意義進(jìn)行宣傳講解，將影響校園節(jié)能工作的開展和平臺運(yùn)營管理的效果。校園能耗監(jiān)管平臺建設(shè)和運(yùn)營期間，管 理者應(yīng)加強(qiáng)校園內(nèi)宣傳工作，擴(kuò)大監(jiān)管平臺的知名度和影響力，一步步增強(qiáng)師生的節(jié)能意識，引導(dǎo)其利用平臺了解用能情況，在必要時(shí)可制定規(guī)范采取經(jīng)濟(jì)手段激發(fā)節(jié)能動力，從而達(dá)到校園節(jié)能目標(biāo)。

5.2監(jiān)管平臺收集的能耗數(shù)據(jù)分析利用不足

校園能耗監(jiān)管平臺建成后，海量能耗數(shù)據(jù)往往只用于基礎(chǔ)用量統(tǒng)計(jì)，缺少針對各項(xiàng)數(shù)據(jù)的整理，挖掘和比較，監(jiān)管平臺的深層分析功能得不到體現(xiàn)，難以進(jìn)一步開展節(jié)能管理工作。甚至由于儲存維護(hù)成本較高，出現(xiàn)數(shù)據(jù)刪除丟失等現(xiàn)象，違背了校園能耗監(jiān)管平臺建設(shè)的初衷。管理者應(yīng)充分發(fā)揮監(jiān)管平臺作用對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘利用，開展各類能效分析和建筑用能評估，為節(jié)約型校園建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，管理者應(yīng)利用高?，F(xiàn)有設(shè)施設(shè)備，合理共享資源配置，降低運(yùn)營管理成本，實(shí)現(xiàn)資源資金雙節(jié)約。

6 高校綜合能效解決方案

6.1校園電力監(jiān)控與運(yùn)維

集成設(shè)備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運(yùn)行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動運(yùn)維， 班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

6.2后勤計(jì)費(fèi)管理

采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計(jì)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、 賬單統(tǒng)計(jì)匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。

6.2.1宿舍用電管理

針對學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時(shí)通斷功能；可進(jìn)行惡性負(fù)載識別，檢測違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄。

6.2.2商鋪水電收費(fèi)

針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個(gè)體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理。

6.2.3充電樁管理平臺

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必不可缺的。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必不可缺的一部分。

6.2.4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(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個(gè)路燈的定時(shí) 開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時(shí)控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。

6.3能源管理系統(tǒng)

針對校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導(dǎo)決策，提高管理效能。

構(gòu)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(bào)表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計(jì)報(bào)告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達(dá)到節(jié)能目的。

6.4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(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時(shí)動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運(yùn)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(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)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(dá)相關(guān)人員。

7 結(jié)束語

校園監(jiān)管平臺的建成和運(yùn)營實(shí)現(xiàn)了高校能耗的數(shù)字化采集儲存和分析，提升了高校能耗管理水平，為技術(shù)節(jié)能、管理節(jié)能和行為節(jié)能提供平臺和數(shù)據(jù)支撐，積極響應(yīng)國家提出的節(jié)約型校園建設(shè)號召。校園監(jiān)管平臺作為建筑全壽命周期體系中重要的一環(huán)，在實(shí)現(xiàn)校園能耗管理數(shù)字化、科學(xué)化、規(guī)范化的同時(shí)也存在宣傳、數(shù)據(jù)挖掘不到位的情況。當(dāng)前我國建設(shè)綠色校園、節(jié)約型校園工作正穩(wěn)步向前。通過前期試點(diǎn)高校的探索實(shí)踐，建立健全校園能耗監(jiān)

管平臺使用管理體系并推廣，實(shí)現(xiàn)綠色校園目標(biāo)任重而道遠(yuǎn)。

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審核編輯黃宇