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高校建筑節(jié)能監(jiān)測的設(shè)計論文
1模擬目標(biāo)項目概況
實際模擬的高校屬于我國重點高校，隨著建設(shè)規(guī)模的不斷增大能源消耗量非常大，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：首先該校園處于建設(shè)發(fā)展時期，因此每年用能量均處在不斷增長中。例如，不斷改善校園環(huán)境以及辦公、科研、后勤軟硬件等，均導(dǎo)致耗能的增加。另外，學(xué)校不但從事正常的教學(xué)工作，而且在服務(wù)社會以及科技創(chuàng)新方面的投入不斷增加致使能源消耗增加。當(dāng)前學(xué)校年用電量超過2300萬kWh，其中生活用電占40%，科研用電將近48%，其余為教學(xué)用電；其次，學(xué)校擁有多個校區(qū)且多數(shù)小區(qū)年代已久很多設(shè)備性能老化，一方面增加了管理難度，另一方面耗能量較為嚴(yán)重。模擬高校建筑分類參照已經(jīng)公布的大型公共建筑分類方法，結(jié)合校園特點進行修訂。即在大型公共建筑的關(guān)于建筑分類的“學(xué)校建筑”編碼后增設(shè)子項編碼，以對應(yīng)校園建筑的不同使用功能和用途。子項編碼分為以下14類。
2節(jié)能監(jiān)測實訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)
通過合理的規(guī)劃和設(shè)計主要實現(xiàn)以下目標(biāo)：利用數(shù)字電表采集用電數(shù)據(jù)信息，并經(jīng)過智能電表網(wǎng)關(guān)傳送到能耗管理中心，管理人員借助相關(guān)軟件對用電信息進行處理和分析，進而為校園各用電部門提供參考。另外，設(shè)計時為了減少投資成本，要求以“因校制宜，簡約可靠”為原則，充分利用已有資源。
3節(jié)能監(jiān)測實訓(xùn)系統(tǒng)架構(gòu)
節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)主要適用于對校園建筑設(shè)施能耗的計量、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、節(jié)能分析及節(jié)能指標(biāo)管理，區(qū)別與一般以對建筑設(shè)備系統(tǒng)進行自動控制為主要目的的建筑智能控制系統(tǒng)（BA系統(tǒng)）和以收費管理為主要目的的水電氣表遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)。但鼓勵共享建筑智能控制系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)由計量表具、數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換裝置(本導(dǎo)則簡稱網(wǎng)關(guān)設(shè)備)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理軟件組成。系統(tǒng)應(yīng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、采用BS軟件構(gòu)架。系統(tǒng)應(yīng)具備能耗數(shù)據(jù)實時采集和通訊、遠(yuǎn)程傳輸、自動分類統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、指標(biāo)比對、圖表顯示、報表管理、數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)上傳等功能；滿足校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求。
3.1計量類型
為了滿足國家相關(guān)部門制定的節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)要求，前端計量裝置應(yīng)進行分類、分區(qū)、分戶的電能統(tǒng)計。因此，應(yīng)將校園用電劃分為不同的類型，并根據(jù)不同類型配備專門電能計量設(shè)備。該校園用電類型主要分為照明、空調(diào)、動力以及特殊用電四種類型，其中照明用電包括各建筑物以及照明區(qū)域中的用電；空調(diào)用電指為校園各建筑物提供采暖、空調(diào)服務(wù)的設(shè)備用電，例如鍋爐、冷凍機組等；動力用電指生活用水、自來水加壓、電梯等能夠提供動力服務(wù)的用電；特殊用電指校園常規(guī)用電之外的用電，例如洗衣房、信息中心、實驗設(shè)備等。
3.2劃分計量單元
根據(jù)該校園建筑分布特點，在參考不同的計量分類的基礎(chǔ)上劃分不同的計量單元。首先，為了實現(xiàn)對用電負(fù)荷運行情況的實時監(jiān)測，為電能的計量和管理提供方便，學(xué)校后勤應(yīng)結(jié)合教學(xué)區(qū)樓群分布和樓層的實際情況，劃分合理的計量單元；其次，將辦公區(qū)、院系樓、學(xué)科等部門劃分不同的計量單元。該校辦公區(qū)大部分為單相用戶，因此應(yīng)根據(jù)不同的房間劃分計量單元，尤其應(yīng)注重細(xì)節(jié)方面的設(shè)計。例如在不同的辦公室安裝剩余電流保護裝置，并在不同樓層集中安裝數(shù)字電表，而在群樓安裝三相數(shù)字電表，進而能夠評估和掌握不同單元耗能情況。該校實驗室安裝有動力配電箱，從而能夠為室內(nèi)的動力裝置和空調(diào)提供電能，為此需要對該部分電路進行一定的改造，即將室內(nèi)的插座和照明負(fù)荷均接入動力配電箱中，并將三相和單相數(shù)字電表集中安裝在不同樓層中，將三相數(shù)字電表設(shè)置在樓群中。針對實驗室公共部分的用電應(yīng)進行分開計量；最后，劃分學(xué)生宿舍、服務(wù)實體、教學(xué)生活輔助用房計量單元。其中考慮到學(xué)生宿舍不同房間已安裝計量裝置，設(shè)計時為實現(xiàn)對原有設(shè)施用電情況的計量，應(yīng)安裝三相數(shù)字電表進而能夠?qū)⒂秒姅?shù)據(jù)傳輸?shù)接秒姽芾碇行模徊蛷d、禮堂、圖書館服務(wù)實體以及生活輔助用房，均應(yīng)在樓群中按照三相數(shù)字電表。
4監(jiān)測實訓(xùn)系統(tǒng)硬件設(shè)計
4.1監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
為了保證監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計的合理性，應(yīng)對其整體結(jié)構(gòu)進行全面的把握。該校園節(jié)能監(jiān)測準(zhǔn)備利用集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由管理中心、通信網(wǎng)絡(luò)、采集設(shè)備三部分構(gòu)成。其中管理中心在遵守TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上連接在校園網(wǎng)絡(luò)中，其較為重要的部分為計費系統(tǒng)。計費系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)用電信息的統(tǒng)計和用電費用的結(jié)算，另外，還能對網(wǎng)損、線損以及電量平衡等進行考核；為實現(xiàn)自動化通信，數(shù)字電表的接口方式為異步半雙工RS485接口，在該接口下每個智能電表網(wǎng)關(guān)可接入256×128臺數(shù)字電報，并按照Modbus-RTU協(xié)議要求進行通信，距離可達(dá)一千米。通信網(wǎng)絡(luò)架設(shè)主要利用較為經(jīng)濟的雙絞線結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場電能信息的采集是整個監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)由數(shù)字電表和斷路器組成，其中數(shù)字電表分布在不同房間和樓層、樓中，設(shè)置在配電柜中并通過電表網(wǎng)關(guān)連接在校園上。
4.2監(jiān)測系統(tǒng)硬件評估
首先，經(jīng)過全面的分析，設(shè)計時系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)符合國家規(guī)范關(guān)于建設(shè)節(jié)約型校園的要求；其次，智能電表網(wǎng)關(guān)通信方式多種多樣，不管用電信息的采集還是傳輸優(yōu)勢較為明顯。另外數(shù)據(jù)信息傳輸主要以有線和無線結(jié)合方式進行，因此保證了用電信息傳輸?shù)目煽啃�；再次，智能電表網(wǎng)擁有較高的數(shù)據(jù)采集速度，能夠接入不同計量設(shè)備的接入。而且數(shù)字電表和位于網(wǎng)關(guān)中的數(shù)字采集器連接形式為星形，該結(jié)構(gòu)不但工作性能穩(wěn)定，而且當(dāng)有大量數(shù)字電表接入時，能夠有效解決可變波特率、沖突、尋址等問題；最后，通常情況下，不同類型的數(shù)字電表采用的通信協(xié)議和串口參數(shù)不同，而智能電表網(wǎng)關(guān)可以接入不同類型的數(shù)字電表，并且不同端口之間的工作互不影響。
5監(jiān)測實訓(xùn)系統(tǒng)軟件設(shè)計
5.1監(jiān)測系統(tǒng)軟件體系
節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)中管理系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮能浖M行管理，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用功能將服務(wù)對象劃分不同的類型。設(shè)計時最為重要的部分為將服務(wù)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)框架搭建完成，接著在其中加載各種服務(wù)對象。另外，在節(jié)能技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，管理平臺可對框架中的數(shù)據(jù)進行更新，以滿足節(jié)能的各項要求。
5.2監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用軟件組成
監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用軟件能夠提供數(shù)據(jù)采集通信、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理、分項能耗結(jié)算服務(wù)。其中數(shù)據(jù)采集通信服務(wù)接收和存儲智能電表網(wǎng)的數(shù)據(jù)包，主要通過Socket協(xié)議實現(xiàn)（軟件流程如圖1所示）；數(shù)據(jù)解析服務(wù)主要任務(wù)在于讀取智能電網(wǎng)卡數(shù)據(jù)包，并將其解析成結(jié)構(gòu)化的記錄，并將解析后的數(shù)據(jù)信息存儲在對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中；數(shù)據(jù)處理主要負(fù)責(zé)三個方面工作：首先，讀取出解析后的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；其次，對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和合理性進行檢查；最后，將用電設(shè)備的日結(jié)算記錄以及各項能耗用量計算出來；分項能耗結(jié)算服務(wù)負(fù)責(zé)分項能耗用量的讀取以及能耗日志記錄的計算工作。
6預(yù)測節(jié)能目標(biāo)
根據(jù)模擬建筑可能的不同用電運行模式，通過制定節(jié)能工作計劃，應(yīng)用節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)并結(jié)合使用加強供電設(shè)備維護，不斷優(yōu)化低成本控制措施等方法，對該系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)進行計算評估可知該體系可節(jié)約能耗超過20%，累計節(jié)約用電2100萬kWh，能為學(xué)校節(jié)省大量用電成本開支，符合建設(shè)節(jié)約型校園的目標(biāo)要求。
7結(jié)束語
通過在該校建筑節(jié)能監(jiān)測實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)和使用，以及利用實訓(xùn)平臺實現(xiàn)的各種運行模式下的能耗監(jiān)測結(jié)果，使學(xué)校師生生動地感覺到校園節(jié)能的巨大潛力，以及專業(yè)技術(shù)的實際作用，從而激發(fā)學(xué)生鉆研專業(yè)技術(shù)，感覺到節(jié)能從我做起、從身邊做起的現(xiàn)實意義，培養(yǎng)良好的用能習(xí)慣，積極為校園建筑節(jié)能建言獻(xiàn)策，推動學(xué)校節(jié)能工作，極大的提高用電管理效率，達(dá)到節(jié)約能源的目的�？傊�，學(xué)校作為用電大戶應(yīng)積極響應(yīng)建設(shè)節(jié)約型校園號召，不斷增加節(jié)能方面的投入，通過科學(xué)合理的節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)電能利用中存在的不足，進而采取有效措施加以控制，為節(jié)約能源做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
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