分析高校能消耗管理平臺的應(yīng)用與產(chǎn)品選型

摘要：近年來，高校宿舍建筑不斷增多，然而高校宿舍能耗管理卻沒有得到改善，使得能源浪費嚴(yán)重。分析高校宿舍的能耗現(xiàn)狀，提出合適的能耗評價指標(biāo)，是改善高校宿舍能源浪費問題的關(guān)鍵所在。以湘潭某高校的宿舍樓為例，以日單位面積能耗和日人均能耗作為基礎(chǔ)能耗評價指標(biāo)，對學(xué)年各季節(jié)的綜合能耗、分項能耗分別進(jìn)行評價，找出各棟宿舍的節(jié)能潛力。同時運用SPSS軟件以各項能耗影響因素作為自變量，以日人均平均能耗作為因變量進(jìn)行多元回歸分析，結(jié)果表明人均居住面積在湘潭地區(qū)高校宿舍能耗評價中是不可忽視的影響因素，能耗評價中需進(jìn)行修正。該結(jié)論可有效指導(dǎo)湘潭地區(qū)宿舍節(jié)能工作的開展，同時也可為其他地區(qū)高校宿舍節(jié)能工作的開展提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高校宿舍;能耗評價;節(jié)能潛力;多元回歸分析

0引言

伴隨著高校規(guī)模不斷擴(kuò)張，高校成為人口密度很高的能源集中消耗單位。從高校能源利用狀況的統(tǒng)計調(diào)查可知，高校能耗占全國總能耗的10%，而宿舍作為高校建筑中面積占比*大的建筑之一，由于用能者節(jié)能意識淡薄以及建筑運行管理粗放等原因，使得高校宿舍節(jié)能形式相當(dāng)嚴(yán)峻，節(jié)能工作亟待開展。

對于高校建筑節(jié)能工作的開展，國內(nèi)外學(xué)者主要通過能耗模擬軟件和實測研究兩種途徑對高校各類建筑能耗現(xiàn)狀展開研究。在能耗模擬方面，朱麗等人采用EnergyPlus軟件對天津某高校的宿舍樓、教學(xué)樓和食堂這三類建筑進(jìn)行能耗特性分析;王偉等人采用能耗模擬分析軟件DeST對武漢地區(qū)某高校教學(xué)樓進(jìn)行能耗計算和分析;楊志偉等人利用DeST－C能耗模擬軟件對沈陽某高校辦公建筑的能耗變化情況以及通風(fēng)對建筑能耗的節(jié)能效果進(jìn)行研究。在實測研究中，趙泰等人以高校既有學(xué)生公寓外窗節(jié)能改造方案的評價為研究對象，對某擬改造項目方案進(jìn)行了實例分析;Desideri對意大利中部某高校宿舍用能情況進(jìn)行了詳細(xì)分析通過收集高校宿舍的電力數(shù)據(jù)分析其用能特征和影響行為因素;Min等人對韓國某大學(xué)的建筑能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計，根據(jù)對各類校園建筑的分類，給出了具體的節(jié)能措施建議，空調(diào)系統(tǒng)的耗能*為嚴(yán)重。近年來，也有一些學(xué)者通過建立節(jié)能監(jiān)管平臺的方法推進(jìn)高校綠色校園建設(shè)。已有的研究大多從宏觀層面同時分析高校多種類型建筑的能耗水平，對宿舍樓用能情況分析不夠具體，因此對實際宿舍節(jié)能工作也缺乏實際指導(dǎo)意見。其次借助能耗模擬軟件，能耗數(shù)據(jù)的采集也缺乏一定的準(zhǔn)確性。

鑒于此，本文以湘潭地區(qū)某高校宿舍為例，選取10棟典型宿舍建筑作為研究對象，建立能耗評價體系，記錄分析宿舍的實際用能狀況，找出具有節(jié)能潛力的宿舍和可能的能耗影響因素。

1能耗現(xiàn)狀

湘潭市某高校學(xué)生宿舍作為研究對象代表了湘潭地區(qū)大部分高校宿舍的建筑形式。該高校大部分宿舍為2005年以后新建，于2018年安裝分體空調(diào)，表1中統(tǒng)計了10棟宿舍的基本信息。調(diào)查發(fā)現(xiàn)學(xué)生在宿舍的能源消耗主要表現(xiàn)在空調(diào)、插座和照明(插座和照明作為一個類別)兩方面，因此，本文選取2005年以后新建的10棟宿舍樓作為研究對象，記錄了10棟宿舍從2018年9月1日至2019年8月31日在空調(diào)、插座和照明兩方面的總能耗，具體從各月和各季節(jié)的能耗狀況作簡要分析。

1.1各月能耗

10棟典型宿舍建筑觀察一學(xué)年內(nèi)逐月能耗的變化如圖1所示。

圖12018－2019學(xué)年學(xué)生宿舍建筑各月能耗

由圖1可知，11月、12月、6月、7月為全年用能高峰期。整體來說，學(xué)生宿舍在冬、夏季的能耗均高于過渡季，2月、8月雖然也處在冬、夏季節(jié)，其能耗處于比較低的狀態(tài)，這是由于2月、8月處在學(xué)校寒暑假期間，大部分學(xué)生都離校，用能減少。9月、10月、4月由于處在過渡季節(jié)，氣溫比較舒適，學(xué)生們使用空調(diào)的時間較少，因此能耗也處在一個較低的狀態(tài)。1棟在建筑面積上相對于其他太小，易引起誤差，故不計入研究。

表1宿舍基本信息

1.2各季節(jié)能耗

其中能耗占比較高的是冬季和夏季。夏季占全年能耗比例為32.65%，冬季占全年總能耗比例為28.92%。這是由于夏季氣溫高，學(xué)生需要通過開啟空調(diào)來降溫，冬季氣溫低學(xué)生需要開啟空調(diào)制熱。春秋兩季所占全年能耗偏低，春季占全年能耗的比例為21.02%，秋季能耗占全年能耗比例的*少僅為18.42%。這是由于春秋兩季氣溫比較適中，學(xué)生開啟空調(diào)的頻率大幅度減少，因此春秋兩季的能耗處于一個較低的水平。

圖22018－2019學(xué)年學(xué)生宿舍建筑各季節(jié)能耗(單位:kW·h)

2能耗評價

鑒于目前對建筑能耗的評價大多基于能耗模擬軟件，基于理想?yún)?shù)下計算得到的結(jié)果，并不能反映建筑實際運行下的能耗狀況。因此本文的能耗評價建立在實際能耗數(shù)據(jù)上，選取合適的評價指標(biāo)，可以更加明確和客觀地反映建筑運行的實際能耗。

2.1確定評價方法

現(xiàn)有學(xué)校宿舍建筑常用的能耗評價方法通常為學(xué)年能耗評價、典型日能耗評價兩種。對于學(xué)年能耗評價，考慮到在一個完整的學(xué)年內(nèi)會有寒暑假、國慶等長假期，從圖1已經(jīng)了解到各宿舍在2月、8月的能耗處于比較低的狀態(tài)，原因是這些長假期會使得宿舍內(nèi)學(xué)生的入住率產(chǎn)生較大的變化，各宿舍留校人數(shù)比例不一樣，從而影響其占全學(xué)年能耗的比例，綜上原因，僅對其學(xué)年能耗進(jìn)行評價來判定各棟宿舍能耗水平是不合理的。因此本研究選定在一學(xué)年內(nèi)學(xué)員滿員時的日能耗來進(jìn)行能耗評價，即學(xué)年典型日能耗評價作為該高校宿舍能耗評價方法。

2.2選擇評價指標(biāo)

各宿舍的實際能耗數(shù)據(jù)來源于學(xué)校搭建的能耗監(jiān)測平臺，結(jié)合表1中10棟宿舍的建筑面積和居住人數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用單位面積能耗和人均能耗指標(biāo)作為基礎(chǔ)能耗指標(biāo)。此外考慮到宿舍能耗數(shù)據(jù)的采集來源于空調(diào)能耗、照明與插座這兩項，因此引入典型日分項能耗評價指標(biāo);從圖2宿舍各季節(jié)的能耗現(xiàn)狀了解到，能耗受季節(jié)波動較大，因此引入各季節(jié)典型日能耗評價指標(biāo)。

2.3建立評價體系

評價體系的建立基于上述評價指標(biāo)和評價方法，具體運用典型日單位面積能耗與典型日人均能耗這兩個基礎(chǔ)能耗指標(biāo)對每棟宿舍綜合能耗、分項能耗、學(xué)年能耗、各季節(jié)能耗進(jìn)行能耗評價，建立如圖3所示的能耗評價體系。

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圖3能耗評價體系

2.4能耗評價指標(biāo)計算方法

下面為此能耗評價體系中能耗評價指標(biāo)計算公式，主要包含典型日日單位面積各項能耗計算方法和典型日日人均能耗計算方法兩個方面。

典型日日單位面積各項能耗計算方法見式(1):E=Q

(1)A·d式中:E為(學(xué)年、冬季、夏季、過渡季)典型日單位面積綜合(分項)能耗，kW·h/(m2·d);Q為(學(xué)年、冬季、夏季、過渡季)典型日綜合(分項)能耗，kW·h;R為宿舍人數(shù)，人數(shù);d為典型日數(shù)量，d。

2.5分析評價結(jié)果

利用上述能耗評價體系和能耗評價方法，分別從綜合能耗和分項能耗展開分析評價結(jié)果。

2.5.1綜合能耗

2018年－2019年期間2～9棟宿舍各學(xué)年和各季節(jié)分別在典型日日單位面積和日人均綜合能耗結(jié)果分析如圖4、5所示。

由圖4和圖5中數(shù)據(jù)可知，日單位面積綜合能耗和日人均綜合能耗在夏季和冬季相對于過渡季較高，其中

圖4典型日日單位面積綜合能耗圖5典型日日人均綜合能耗

第六棟宿舍夏季能耗較高，其可能的原因是該棟宿舍住著男生。調(diào)查發(fā)現(xiàn)男生在夏天通常比女生晚關(guān)燈，因為大部分男生喜好電競游戲的原因，一方面游戲設(shè)備導(dǎo)致插座和照明的能耗大大增加，另一方面追求舒適度導(dǎo)致了空調(diào)能耗的增加。

2.5.2分項能耗

2018年－2019年期間2～9棟宿舍各學(xué)年和各季節(jié)分別在典型日日單位面積空調(diào)能耗和日人均空調(diào)能耗結(jié)果分析見圖6、7。

根據(jù)圖6和圖7中數(shù)據(jù)可以看出，宿舍間空調(diào)的能耗變化不大，但受季節(jié)波動的影響很大，夏季日單位面積和日人均空調(diào)能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于學(xué)年、過渡季、冬季，冬季緊隨其后。這是因為夏季天氣炎熱，冬季天氣寒冷，空調(diào)需要開啟以進(jìn)行制冷和供暖。過渡季節(jié)空調(diào)能耗*少，因為過渡季節(jié)氣候舒適，空調(diào)開啟時間很少。

2018年－2019年期間2～9棟宿舍各學(xué)年和各季節(jié)分別在典型日日單位面積照明和插座能耗與日人均照明和插座能耗結(jié)果分析見圖8、9。

圖6典型日日單位面積空調(diào)能耗圖7典型日日人均空調(diào)能耗

圖8典型日日單位面積照明和插座能耗圖9典型日日人均照明和插座能耗

從圖8和圖9中數(shù)據(jù)可知，照明和插座能耗隨季節(jié)變化較小，但宿舍間能耗差異較大，其中5、6、7宿舍的照明和插座能耗較大。可能的原因是這些宿舍是由男生住的，游戲等電子設(shè)備的能源消耗也包括在插座的能耗中。此外，在學(xué)年和每個季節(jié)的照明插座能耗中，冬季能耗占比例*高，這是由于冬季熱水消耗的增加，電熱水器的能耗計入照明插座能耗。

2.5.3節(jié)能潛力分析

人均每日平均分項能耗對分析宿舍學(xué)生的能源使用習(xí)慣和主要能耗設(shè)備更有幫助，因此建筑物的節(jié)能潛力通過學(xué)年和各季節(jié)內(nèi)人均每日各項能耗指數(shù)的平均值來判斷。結(jié)合上述各項日人均能耗數(shù)據(jù)，計算平均能耗，以平均值作為分界點，當(dāng)高于該值時，認(rèn)為具有節(jié)能潛力，平均值越高節(jié)能潛力越大。各項人均每日能耗平均值見表2。

表2學(xué)年人均每日各項能耗平均值kW·h/(人·d)

結(jié)合表1和圖5、7、9，通過對空調(diào)、照明和插座的日人均綜合能耗分析，獲得各宿舍樓的節(jié)能潛力。未超過學(xué)年和各季節(jié)能耗的平均值時表示現(xiàn)有狀態(tài)很節(jié)能，用“0"表示;超過時，用“1"表示。

3多元回歸分析

多元線性回歸是反應(yīng)多個因素對同一結(jié)果的影響，不少學(xué)者基于多元線性回歸方法分析建筑能耗。現(xiàn)有能耗評價體系中，建筑設(shè)計因素和氣候因素對能耗結(jié)果的評價會產(chǎn)生一定的影響。本節(jié)以這些能耗影響因素作為自變量，以日人均綜合能耗作為因變量通過多元回歸模型的建立得出湘潭某高校宿舍能耗評價中需要修正的因素。

3.1影響因素

建筑設(shè)計因素包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)、人均居住面積、體型系數(shù)、單個寢室設(shè)計面積、單個寢室居住人數(shù)等。多元回歸分析中自變量與因變量之間的關(guān)系是線性的。從表1宿舍基本信息中可以看出，設(shè)計變量與因變量之間的關(guān)系是線性的，可以直接進(jìn)行回歸分析。

3.2建立模型

以這9棟典型宿舍的能耗數(shù)據(jù)和統(tǒng)計信息作為回歸樣本。以人均居住面積、體型系數(shù)、層高、單個寢室人數(shù)、單個寢室面積、f(tP)(tP為綜合累積氣溫)作為自變量，以典型日人均綜合能耗作為因變量進(jìn)行多元回歸分析模型匯總。采用SPSS進(jìn)行逐步多元回歸分析

4AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺

4.1平臺概述

AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統(tǒng)計、后勤計費管理、校園運維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網(wǎng)、荷、儲、充"多個角度解析高校當(dāng)下及未來的用能問題及用能需求，在統(tǒng)一的需求下“實現(xiàn)能源互補(bǔ)、信息互通"等管理模式。助力學(xué)校管理智能化、數(shù)字化、綜合化，實現(xiàn)節(jié)能校園、綠色校園、低碳校園。

4.2平臺組成

AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開放的分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由設(shè)備層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層組成。平臺融合電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計、電氣安全、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、預(yù)付費等功能，用戶通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對企業(yè)用電進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運維，同時滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、高效、有序的要求。

3.3平臺架構(gòu)

圖1安科瑞高校綜合能效管理方案架構(gòu)拓?fù)?/span>

5高校綜合能效解決方案

5.1校園電力監(jiān)控與運維

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

5.2后勤計費管理

采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)抄表付費管理技術(shù)，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費率設(shè)置、賬單統(tǒng)計匯總等，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。通過能源付費管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。

5.2.1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；

5.2.2商鋪水電收費

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

5.2.3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*。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。

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

5.3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表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達(dá)到節(jié)能目的。

5.4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)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報警設(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，實時動態(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，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，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，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報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。

6平臺部署硬件選型

6.1電力監(jiān)控與運維平臺

6.2后勤計費管理

6.2.1宿舍/商業(yè)預(yù)付費平臺

6.2.2充電樁管理平臺

6.2.3智能照明管理

6.3能源管理系統(tǒng)

6.4智慧消防系統(tǒng)

6.4.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

6.4.2消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

6.4.3防火門監(jiān)控系統(tǒng)

6.4.4消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

7結(jié)束語

本文通過對湘潭某高校宿舍的建筑信息以及用能設(shè)備的統(tǒng)計與分析，掌握了現(xiàn)有湘潭某高校宿舍建筑與用能設(shè)備的基本情況與現(xiàn)有宿舍建筑現(xiàn)狀。主要得到以下結(jié)論:

（1）以典型日單位面積能耗和典型日人均能耗作為基礎(chǔ)評價指標(biāo)，分別從綜合能耗、分項能耗、學(xué)年能耗和各季節(jié)能耗四個方面分別進(jìn)行評價，分析各棟宿舍節(jié)能潛力所在，結(jié)果發(fā)現(xiàn)第7棟的節(jié)能潛力比較大。

（2）各宿舍綜合能耗分析中，日單位面積綜合能耗和日人均綜合能耗在夏季和冬季相對于過渡季較高。分項能耗分析中,日單位面積和日人均空調(diào)能耗受季節(jié)波動的影響很大;照明和插座能耗隨季節(jié)變化較小，但宿舍間能耗差異較大。

（3）軟件SPSS和建立多元回歸模型對可能影響能耗的因素利用數(shù)據(jù)分析進(jìn)行了建模分析，在影響湘潭某高校宿舍能耗的諸多因素中，人均居住面積*終進(jìn)入了回歸模型中。

【參考文獻(xiàn)】

【1】侯興華，李健，何飛．某高校宿舍樓綜合節(jié)能改造設(shè)計方案研究［J］．建筑節(jié)能，

2016，44(11):114－118．

【2】中國建筑能耗研究報告2020［J］．建筑節(jié)能(中英文)，2021，49(2):1－6．

【3】陳淑琴，朱晟煒，譚洪衛(wèi)，等．我國高校校園建筑節(jié)能管理現(xiàn)狀及問題研究［J］．建設(shè)科技，2015，(12):34－38

【4】樊麗軍．基于多元線性回歸模型的建筑能耗預(yù)測與建筑節(jié)能分析［J］．湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，2016，38(1):123－126

【5】李小華，方清清，王平．湘潭地區(qū)某高校學(xué)生宿舍能耗分析.

【6】安科瑞高校綜合能效解決方案2022.5版.

【7】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者簡介

黃琴，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事宿舍安全用電研究發(fā)展。