浅谈高校能源管控系统的设计与应用

　随着我国高等教育的不断发展，大规模、多功能的校园架构日益普及，各类校园建筑物的功能特性也日益丰富。借助互联网、物联网技术的高速发展，建筑物已经不仅仅是智能的建筑，而是“懂得思考”、“独立自主、自治”、一体化的智慧建筑群。伴随着校园信息化的不断深入，高等院校也需要一个更加绿色节能的智慧校园，以满足校园环境、教学、资源、各类师生活动及建筑设备运营的需求。其中，智慧能源管控、智慧安防、绿色低能耗建筑等都被纳入现代化校园建设范畴。高效的能源管控，在智慧校园中扮演着举足轻重的角色，同时，也时刻影响着高校的运营成本。
1 电力能源分配现状
目前，大多数高校对电力能耗的认识仍然停留在“每年用电量是多少”、“总电费是多少”等模糊性计量及核算层次，对校园建筑物用电情况及各类不同系统的用电情况并不清楚，因此，实现校园的高效型能源管控及运营意义重大。现阶段高等院校的能源运维中,常见的能耗体现在以下几个方面:①教室、实训/实验室、办公区域照明系统经常出现人少多开灯的情况，没充分利用自然光照明；②空调设备经常夏季低温、开门窗运行；③校园公共照明经常24 h 运行；④校园景观灯、路灯的开关时间不分季节，控制不合理；⑤体育馆、食堂等公共建筑没有用电、用水计量，常年处于高浪费状态；⑥学生宿舍高功率用电；⑦在假期，教学楼、学生宿舍设施处于无人值守状态。
2 能源具体管控方案
2.1 照明灯光监控
照明可分为自然照明和人工照明两大类。对于校园而言， 教学楼中普通教室可采用自然照明+自动人工照明的管控方式，在灯光自动控制中，通过室内外光照度传感器采集光照强度，并与室内预先设定的亮度标准进行对比，自动控制窗帘开度或灯具开启数量以调节照明亮度，从而减少照明用电。
照明电量采集包括:室内照明、公共照明、景观泛光照明。
对教学楼加装二级联网型智能电力传感器，实现实时计量数据采集，准确计量每个区域或子系统的用电量， 配合管理平台对计量数据进行统计分析，如曲线显示、报表分析等。定期在校内公示相关统计信息，让校园运营者及师生们对各自区域或系统的用电情况有所了解，增强节能意识。运营方可借助校园管理系统，编制具体、精细的节能控制方案，对校园照明系统进行预判断及预管控。
智能电力传感器监控内容: 有功功率、无功功率、功率因数、三相电压、三相电流等。对变配电设备的监控内容:低压进线柜的三相电压、电流、开关状态及故障跳闸状态， 监测发电机的三相电压、电流、频率及运行状态和故障信息，电力负荷动态曲线及报表等。
2.2 暖通管控
暖通空调是建筑物的重点节能对象，对于高校校园而言，暖通空调耗电一般分布在教学楼、办公楼、综合楼及学生公寓建筑物内。
教学区暖通，可采用半集中式空调系统，通过BAS 系统控制，实现冷热源机组、空调末端等设备的精准、智能控制，达到节能效果。在春秋过渡季节尽量采用自然通风调节室温， 减少空调的使用时间。根据室内外气候条件的变化，对空调系统的运行工况进行控制与调整，在满足室内温湿度及空气质量的基础上，最大程度地优化空调系统的运行模式，对不同位置、不同负荷、不同需求的区域进行精准化功能控制，同时增加热交换设备，避免采用以单一运行模式调节所有建筑物空气环境的高能耗控制模式。
在冷源系统监控方面，可包括以下监控内容:冷冻机组的启停、状态、故障、手动-自动等；冷却（冻）水泵的启停、状态、故障、手动-自动及变频等；冷却塔的启停、状态、故障、手动-自动、流量、阀门开度等。在新风/空调机组监控方面，可包括以下监控内容:送排风机的启停、状态、故障、手动-自动及变频等；送排风的温湿度状态；冷、热水阀的PID 控制及状态；空气质量、过滤网堵塞等。
综合楼及体育馆类建筑中,采用中央空调系统；同时结合建筑物特性,采用风冷式热泵冷热源系统；对于大面积出入口通道，采用空气幕帘实现隔断功能，减少冷/热量损失。中央空调系统配备BAS 监控系统，在监控暖通物理参数的同时，对冷水机组、冷冻冷却水泵、冷却塔、新风机组、空调机组、空调末端设备进行精准电量采集。依据室外湿球温度与设定值的关系，全自动化运行可对应采用以下模式:机组群控模式、预冷/热混用模式或自然冷源模式。
办公楼大多使用独立式空调系统，在节能管控中，需要空调使用者有较强的节能意识，适度调节温度，以减少耗电量。同时，在各层或区域空调的电力回路中接入电量采集传感器， 按周/月/季度进行自动计量，为节能管控提供数据依据。
2.3 智慧能源统一管理平台
结合高校实际情况，在管理结构层中部署互联网云架构，以节约平台建设成本，通过智慧能源统一管理平台统一监控校园内能耗设备及各回路用能情况。为了满足本地数据管理的需求，可采用B/S、C/S 模式设计，实时上传校园监控信息。管理人员可在第一时间掌握相关信息,提高解决问题的效率。可节约人力成本、提高运营效率。
智慧能源统一管理平台包括: 设备运营管理系统、能源管理系统、人员配置系统。其中，功能模块包括:系统监控、计量统计、运行日记、用户管理、能源显示、曲线趋势、报表对比、故障处理、用户授权等。
平台监视各回路设备的运行状态、故障状态、使用频率、用电量等，提供各设备的统计分析报表、日/周/季度或年平均能耗分析报表、设备/系统能耗排名报表、设备运行分析曲线、能耗走向曲线、成本分析报表、预测分析报表、电力参数、联动控制、预案设置等。系统架构如图1 所示。

图1 智慧能源统一管理平台系统架构图