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高校建筑節(jié)能監(jiān)測的設計論文
1模擬目標項目概況
實際模擬的高校屬于我國重點高校，隨著建設規(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，均導致耗能的增加。另外，學校不但從事正常的教學工作，而且在服務社會以及科技創(chuàng)新方面的投入不斷增加致使能源消耗增加。當前學校年用電量超過2300萬kWh，其中生活用電占40%，科研用電將近48%，其余為教學用電；其次，學校擁有多個校區(qū)且多數(shù)小區(qū)年代已久很多設備性能老化，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，結合校園特點進行修訂。即在大型公共建筑的關于建筑分類的“學校建筑”編碼后增設子項編碼，以對應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)測實訓系統(tǒng)設計目標
通過合理的規(guī)劃和設計主要實現(xiàn)以下目標：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)關傳送到能耗管理中心，管理人員借助相關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)測實訓系統(tǒng)架構
節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)主要適用于對校園建筑設施能耗的計量、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、節(jié)能分析及節(jié)能指標管理，區(qū)別與一般以對建筑設備系統(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程集抄系統(tǒng)。但鼓勵共享建筑智能控制系統(tǒng)的相關數(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(本導則簡稱網(wǎng)關設備)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、數(shù)據(jù)服務器、管理軟件組成。系統(tǒng)應基于互聯(lián)網(wǎng)技術、采用BS軟件構架。系統(tǒng)應具備能耗數(shù)據(jù)實時采集和通訊、遠程傳輸、自動分類統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、指標比對、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
為了滿足國家相關部門制定的節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)建設要求，前端計量裝置應進行分類、分區(qū)、分戶的電能統(tǒng)計。因此，應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)服務的設備用電，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上劃分不同的計量單元。首先，為了實現(xiàn)對用電負荷運行情況的實時監(jiān)測，為電能的計量和管理提供方便，學校后勤應結合教學區(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，因此應根據(jù)不同的房間劃分計量單元，尤其應注重細節(jié)方面的設計。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)字電表設置在樓群中。針對實驗室公共部分的用電應進行分開計量；最后，劃分學生宿舍、服務實體、教學生活輔助用房計量單元。其中考慮到學生宿舍不同房間已安裝計量裝置，設計時為實現(xiàn)對原有設施用電情況的計量，應安裝三相數(shù)字電表進而能夠?qū)⒂秒姅?shù)據(jù)傳輸?shù)接秒姽芾碇行�；餐廳、禮堂、圖書館服務實體以及生活輔助用房，均應在樓群中按照三相數(shù)字電表。
4監(jiān)測實訓系統(tǒng)硬件設計
4.1監(jiān)測系統(tǒng)硬件結構
為了保證監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計的合理性，應對其整體結構進行全面的把握。該校園節(jié)能監(jiān)測準備利用集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由管理中心、通信網(wǎng)絡、采集設備三部分構成。其中管理中心在遵守TCP/IP協(xié)議的基礎上連接在校園網(wǎng)絡中，其較為重要的部分為計費系統(tǒng)。計費系統(tǒng)主要負責用電信息的統(tǒng)計和用電費用的結算，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，距離可達一千米。通信網(wǎng)絡架設主要利用較為經(jīng)濟的雙絞線結構；現(xiàn)場電能信息的采集是整個監(jiān)測系統(tǒng)的基礎由數(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，設置在配電柜中并通過電表網(wǎng)關連接在校園上。
4.2監(jiān)測系統(tǒng)硬件評估
首先，經(jīng)過全面的分析，設計時系統(tǒng)硬件結構符合國家規(guī)范關于建設節(jié)約型校園的要求；其次，智能電表網(wǎng)關通信方式多種多樣，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備的接入。而且數(shù)字電表和位于網(wǎng)關中的數(shù)字采集器連接形式為星形，該結構不但工作性能穩(wěn)定，而且當有大量數(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)測實訓系統(tǒng)軟件設計
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)不同的應用功能將服務對象劃分不同的類型。設計時最為重要的部分為將服務數(shù)據(jù)基礎框架搭建完成，接著在其中加載各種服務對象。另外，在節(jié)能技術不斷發(fā)展的基礎上，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)應用軟件組成
監(jiān)測系統(tǒng)應用軟件能夠提供數(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、分項能耗結算服務。其中數(shù)據(jù)采集通信服務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)解析服務主要任務在于讀取智能電網(wǎng)卡數(shù)據(jù)包，并將其解析成結構化的記錄，并將解析后的數(shù)據(jù)信息存儲在對應的數(shù)據(jù)庫中；數(shù)據(jù)處理主要負責三個方面工作：首先，讀取出解析后的結構化數(shù)據(jù)；其次，對結構化數(shù)據(jù)的準確性和合理性進行檢查；最后，將用電設備的日結算記錄以及各項能耗用量計算出來；分項能耗結算服務負責分項能耗用量的讀取以及能耗日志記錄的計算工作。
6預測節(jié)能目標
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，應用節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)并結合使用加強供電設備維護，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，能為學校節(jié)省大量用電成本開支，符合建設節(jié)約型校園的目標要求。
7結束語
通過在該校建筑節(jié)能監(jiān)測實訓系統(tǒng)的設計、建設和使用，以及利用實訓平臺實現(xiàn)的各種運行模式下的能耗監(jiān)測結果，使學校師生生動地感覺到校園節(jié)能的巨大潛力，以及專業(yè)技術的實際作用，從而激發(fā)學生鉆研專業(yè)技術，感覺到節(jié)能從我做起、從身邊做起的現(xiàn)實意義，培養(yǎng)良好的用能習慣，積極為校園建筑節(jié)能建言獻策，推動學校節(jié)能工作，極大的提高用電管理效率，達到節(jié)約能源的目的�？傊�，學校作為用電大戶應積極響應建設節(jié)約型校園號召，不斷增加節(jié)能方面的投入，通過科學合理的節(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)約能源做出應有的貢獻。
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