北方某高校校园电力能耗监测系统方案设计、关键技术

2023-07-02

摘要：校园能源的消耗和浪费占校园总成本的很大比例，而电能的消耗是能源消耗的重中之重。 本文重点研究校园能耗监测系统的方案设计和关键技术。 以北方某大学为例应用该方案，并结合具体能耗特点研究节能措施。

关键词：校园用电； 监视系统; 分项测量

0 前言

目前，随着高等学校的快速发展，校园学生数量和校园建筑面积大幅增加，大量教学设备的引进，现代化办公设备的大量使用，使得高校能源消耗占比较大。 因此，如何科学管理和监测校园能耗已成为建设节能校园的热点问题之一。 本文结合北方某高校实际建设项目的能耗情况，详细阐述了校园用电监控系统的相关问题。

1 方案设计

1.1 研究目标

本文以北方某高校校园用电为研究对象，设计并实现了节能型校园用电监控系统。 以学校23栋单体建筑为监控对象，设置650个监控点，实现监控系统。 科学、有效、自动监测校园用电的管理模式。 本系统的设计方案采用计算机、网络通信技术和智能控制等技术，将传统用能设备系统的自动控制功能与远程集中复制功能相结合。 进行节能控制和能耗监测管理，实现能耗数据的分类、分项统计和分析处理，同时能够与能耗监测系统数据中心连接并上报相关报表能源消费分类和分项数据，以满足相关用能单位节能减排的监管内容和要求，实现节能减排的目标。 其网络结构由现场监控网络层、中间网络传输层、后台上位机监控管理层和终端服务器层组成。 根据住房和城乡建设部2008年6月发布的关于各类建筑能耗统计的相关文件[2008]114号，明确规定了能耗监测制度的具体实施等细节。 能耗监测系统是指通过对政府办公建筑和大型公共建筑安装分类、分项能耗计量设备，采集重点建筑能耗数据，实现重点建筑能耗在线监测和动态分析的系统。通过远程传输实时。 硬件系统和软件系统的总称[1-2].能源监测系统

结构如图1所示。

1.2 系统组成

能耗监测管理系统集成了各种服务器、有线网络设施、数据采集器等计算机硬件以及电能表、水表、燃气表、热量表等计量设备，实现对各种能源的自动采集、监测和监控。能源消耗。 用于统计分析和其他功能的自动化系统。 系统框图如图2所示。

2 关键技术

2.1 节能控制系统

节能控制技术是能耗监测系统的核心技术和特色功能。 该功能主要是利用具有节能效果的网络控制器，按照预定的控制策略来控制相关的耗能设备，从而达到节能的目的。

其中能耗管理系统多少钱，网络节能控制器可以独立完成各种节能控制策略。 它可以对相关传感器采集到的环境、人员和电力信息进行分析，然后根据预设的控制策略进行离线自动节能控制。 通过RS485总线与多个采集设备连接，再通过CAN-BUS总线与上层数据网关连接，可以上报相关数据，还可以接收远程参数修改和控制。 网络节能控制器可节省至少30%的电能。

网络节能控制系统由建筑节能控制子系统和路灯节能控制子系统两部分组成。

(1)建筑节能控制子系统的组成

建筑节能控制子系统由传感器（包括各种感应照度传感器、温度和人体传感器等）、从机（包括节点交换机和学习型遥控器）、远程控制器和网络节能控制器四部分组成。 传感器用于采集室内照度、温度、人员存在及人员数量等，并通过内部RS 485总线传输至网络控制器主机。 从机用于执行主机的控制命令，实现对用电负载的控制。 主要包括学习遥控器、单路节点开关、双路节点开关和多路节点开关。 遥控器用于控制器和从机的远程控制操作，主机与主机之间采用红外传输方式。 主要进行简单的远程操作，如强制打开、关闭、本地IP查询、传感器与从机查询、时间与定时查询、照度查询与设置、温度查询与设置等。网络控制器通过内部RS与传感器进行通信485总线，通过无线（RF）与从机通讯； 控制器本身实现离线节能控制，同时可以通过电脑、USB-485转换器以及电脑上安装的节能控制管理软件进行远程控制。 控制。 节能控制子系统如图3所示。

(2)路灯节能控制子系统的组成

路灯节能网络控制子系统主要由节能控制部分、其他室内设备和灯杆部分组成。

节能控制部分主要由路灯节能控制器、照度传感器和GPRS传输设备组成。 控制器主要接收照度传感器发送的照度信号，结合自身实时时钟（RTC）生成的万年历，根据控制策略理论对路灯离线进行各种控制。 控制器通过RS 485接口采集远端电表的电压、电流、频率、功率、功率因数、电能等数据。 同时接收上位机指令，上传照度、电压、电流、功率等参数以及路灯开关时间、路灯损坏等事件。 并根据上位机的指令，完成控制策略的修改，接受并执行远程控制。 控制器对路灯开关的下行控制是通过电力载波（PLC）通道进行的。 路灯节能控制子系统如图4所示。

2.2 数据采集系统

(1)能源消耗分项计量

该技术实现了用电分项（暖通空调、通用电力设备、通用照明插座设备和特殊功能设备）的远程计量功能。 各种负载描述如下：

1) 暖通空调电力负载。 空调用电负荷是为建筑物提供通风、供暖服务的总称。

2）一般电力设备用电负荷。 电力用电负荷主要是为建筑物使用提供各种动力源（包括电梯、换热站、消防水增压和食堂排烟系统等）的设备用电负荷。

3）一般照明插座设备的用电负荷。 单位工程中的重要区域照明（包括室内照明、室外照明等）负荷，以及插座等室内设备的用电负荷。

4）特殊功能设备用电负荷。 特殊用电负荷是指日常生活中不属于常规建筑的用电，其特点是同时用电量大、占总用电量比例大（包括大型通信、实验设备等）。 、资料室、洗衣房及食堂餐厅等）电）。

(2)能耗实时测量 该技术的特点是基于无线传感器网络技术的信息采集和传输。 一方面，无线传感器网络节点自行收集各种参数； 无线自组网方式自动采集分散在各个建筑区域的电、水、热等实时数据，每10分钟更新一次数据，并自动统计能耗峰值，然后上传至服务器，因此高校后勤部门可以随时监测现场消耗节能设备的运行数据，使数据能够及时、快速、高效地汇总，体现“瞬时”计量特点。 实时测量功耗示意图如图6所示。

3 案例研究

现以北方某大学2012年、2013年的用电量为例，根据校园用电监测系统获取的数据进行统计。

(1)供热系统电耗

2012年采暖期电耗402.5×104kW·h。 2013年采暖期电耗395.8×104kW·h。 2012年和2013年供暖期间的耗电量详情如表1所示。从表1可以看出，2月是校园月耗电量最低的月份，因为所有学生都在寒假期间放学。 学生公寓和教学设施的正常使用，加上外界气温较低，使得用电量达到12月份最高。

(2)空调系统耗电量

空调系统用电量包括制冷机组、制冷机组、水泵、冷却塔、中央空调和风机盘管等。2012年和2013年供冷期用电量明细见表2。从表2可以看出，夏季空调系统耗电最多，发生在学生未放学的6月和9月。 由于暑假期间学生放学，室外温度最高的8月份用电量相对较低。

(3)建筑照明系统耗电量

某大学2012年和2013年用电量明细如表3所示。从表3可以看出，除寒暑假外，其他月份用电量几乎没有差异。 这是因为寒暑假期间，校园内的教室照明系统和耗能设备全部关闭。

根据2012年、2013年能耗监测系统统计数据，高校非闲置时用电比例最高，达到77.9%。 电力消耗以年均23%的速度增长。 2013年，照明用电量达到17398亿千瓦时，占全国总用电量的19.6%以上。 因此，结合以上两点，建议从降低高校非闲置时间照明耗电量入手开展高校节能研究。

4 节能具体措施

通过以上分析，我们知道，如果某大学将三分之一的照明光源换成LED（可节省60%~70%的电能），每年可节省电力约4000亿千瓦·小时。 综上所述，采用LED照明改造，每年可为学校减少灯具维护成本16050元。

（一）学校LED绿色照明替代计划

通过行业通用照明设计软件的照度模拟计算，本着最大程度节省每一度电的原则，将校园内功率为14W的T5节能灯更换为一盏——与 T8 LED 灯合一。

(2)LED替换方案功耗分析

在区域LED更换计划中，原有3210盏灯具更换为LED灯具后，总功率由45千瓦降低至19.26千瓦，比原照明系统输出功率降低25.74千瓦，节能比例为高达57.2%。 根据学校原有照明情况，LED产品更换计划如表4所示。

由于传统灯具寿命短，光源和镇流器经常损坏，每年需要投入大量资金购买光源、镇流器和人工成本。 LED灯的寿命长达5万小时，5年内的维护成本基本为0。每年的维护成本对比如表5所示。

5 大学综合能源效率解决方案

5.1 校园电力监控及运维

整合设备所有数据，综合分析、协同控制、优化运行、集中控制、集中监控、数字巡检、移动运维、团队重新优化整合，减少人力配置。

5.2 物流计费管理

采用先进的网络抄表支付管理技术，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、刷卡等充值支付方式，可以设定补贴计划。 通过能源有偿管理，培养用能群体和部门的节能意识。

5.2.1 宿舍用电管理

学生宿舍用电管控：可批量下达基本用电配额和定时开关功能；

可识别恶意负载，检测非法用电，获取非法用电行程记录。

5.2.2 储存水电费

校园超市、商店、食堂等个人水电费预付费管理

5.2.3 充电桩管理平台

“源、网、充、储、充”的信息能源结构中，充电桩不可或缺。 充电桩应用管理也是校园生活服务中不可或缺的一部分。

5.2.4 智能照明管理

通过对高校路灯的全局监控，提供路灯的灵活智能管理，实现校园内任意线路任意路灯的定时开关、强制开关、亮度调节、定时控制的灵活设置确保路灯照明智能控制的方案。 高效节能。

5.3 能源管理体系

对校园水、电、气等接入能源进行统计分析，包括同比分析、环比分析、损耗分析等，了解能源消耗总量和能源流向。

根据校园建筑分类，采集并统计各类建筑的用电量数据。 如办公楼、教学楼、学生宿舍等用电情况，对数据进行分类分析，提供领导决策，提高管理效率。

建设符合校园节能监管内容和要求的数据库，能够自动完成能耗数据的采集，自动生成各种形式的报表、图表和系统化的能耗审计报告，能够监控能源运行状况消耗设备并制定控制策略以实现节能目标。

5.4 智能消防系统

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、智能烟雾探测器、智能消防水等设备连接成网络，并监控这些设备通过云平台实时动态采集消防信息、数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现火灾科学预警、网格化管理、实施多方责任监管。 实现无人执勤智慧消防，实现智慧消防的“自动化”、“智能化”、“系统化”要求。 从消防、到火警、到控制联动，运行在统一的系统平台上，用户、保安人员、监管单位可以通过平台直观地看到各建筑内各种消防设备和传感器的状态。 当发生详细隐患、火灾等紧急和非紧急情况时，几秒钟之内，可以通过手机短信、语音通话、邮件提醒、APP推送等方式快速发送相关报警和事件信息。 及时通知相关人员。

6. 平台部署硬件选择

6.1 电力监控及运维平台

6.2.2 充电桩管理平台

7 结论

本文以北方某高校校园能源监控系统为例，介绍其方案设计、关键技术及具体节能措施。 系统实现了校园内用电情况的实时采集、监测、管理和控制。 该系统的建立有效降低了高校的运营成本，对于响应国家号召推进节约型校园建设具有重要意义。

很多行业都使用大量的能源，特别是建筑、工业等，为了创造绿色能源，节约能源，很多用户会选择使用能源管理系统，但他们不知道系统是如何实现节能的。 这也是很多人问康盛特小编的问题。 在这篇文章中，我将简单介绍一下能源管理系统的功能以及节能的原理。

针对能耗分析系统，特别是分项计量，依据国家制定的相关能源政策，实现建筑行业能耗统计和能耗管理，建设能耗统计平台和数据库符合自身实际情况，方便在短时间内尽快发现行业存在的问题，可以让运营过程中的很多问题变得透明，并根据现状制定改造方案智能建筑能耗管理系统，不断优化操作过程逐步提高能源利用率。

能源管理系统和能耗分析是从系统监控设备和多个设备、控制器等进行采集，可以积累多个建筑监控和计量数据，并可以将多个数据以图表的形式进行组合和组织，还可以对能源和能源进行优化管理。分析建筑节能的能力。

功耗趋势分析

节能原理：

1、通过能耗监测平台，可以及时发现行业节能潜力，为技术节能管理提供数据依据，也可以对节能管理或节能进行评估分析技术。

2、整个节能潜力环节持续技术创新，可以充分利用可再生资源、环保技术、节能管理，不断减少资源浪费，减少碳排放，提高节能意识。

3、节能管理主要包括系统建设，可以通过能源管理系统监控能源消耗分布和节能潜力。 主要还是以人为本，要提高员工的节能意识，在管理和技术上不断努力，才能落到实处，达到节能效果。

以上是能源管理系统和能耗分析系统的介绍。 主要能够从三个方面实现节能：能源管理与监控、技术节能更新、管理等缺一不可。 要实现节能，就必须及时发现能源消耗情况。有些问题人工可能无法发现，但可以利用系统让工作人员及时处理和调整，从而达到节能降耗的目的。