基于節(jié)能減排理念的校園電氣設計研究

安科瑞 劉秋霞

摘要 我國“十三五”規(guī)劃綱要中明確提出建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，因此為貫徹節(jié)能減排相關規(guī)劃，在校園電氣設計中，要重點關注節(jié)能降耗，優(yōu)化相關設計。本文以某新建學校工程為例，探討了該工程電氣設計中采用的節(jié)能減排技術設計，包括供配電系統(tǒng)節(jié)能設計、智能照明系統(tǒng)設計、光伏發(fā)電、新型電氣設備、建設校園節(jié)能監(jiān)管平臺等措施，為高校校園節(jié)能減排建設起到一定探索意義和參考作用。

關鍵詞 節(jié)能減排 校園電氣設計 節(jié)約型校園 綠色建筑

一、引言

國務院《十三五節(jié)能減排綜合工作方案》中明確提出了節(jié)能減排的發(fā)展理念，住建部也相應發(fā)布了《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》。《工作方案》對未來五年全國節(jié)能減排工作做了全面部署和細致安排，明確了“十三五”時期節(jié)能減排總體目標，是指導新時期全國節(jié)能減排工作深入開展的綱領性文件。

近幾年來，隨著全國經濟的快速發(fā)展，對電力資源的需求量持續(xù)增大，導致社會整體的電力資源也愈發(fā)緊缺。但國家發(fā)電結構仍然以火力發(fā)電為主，不可避免存在投入成本高、環(huán)境污染嚴重等問題，節(jié)能減排就成了未來發(fā)展的必然趨勢。因此，為了減緩用能緊張、實現(xiàn)節(jié)能減排，加強電氣設計節(jié)能化已成為當前建筑電氣設計的關注重點。

高校教育工作對于社會發(fā)展起著重要推進作用，但高校擴招過程中，能源浪費也一直與之相伴。截止當前，據(jù)統(tǒng)計，高校年耗能量當前已占據(jù)社會總能耗的8%，那么作為國家節(jié)能戰(zhàn)略的重要組成部分，高校的節(jié)能減排工作。本文中以某新建學校為例，探討其電氣設計中部分節(jié)能化設計，確定其對于節(jié)能型建筑電氣設計的參考價值。

二、案例分析

以某實驗學校為例，作為新建學校，該學校*以省綠色示范校園為標準進行設計，計劃總建筑面積達41970㎡。本工程電氣設計內容主要包括10kV/0.4kV變配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明及動動系統(tǒng)、建筑物防雷接地及安全措施、安防系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)等。其中采用的節(jié)能降耗措施主要有：

光伏發(fā)電：光伏建筑整體化技術的使用能夠降低建筑的電力消耗。在小學部和中學部部分屋頂裝設光伏發(fā)電系統(tǒng)，總裝機容量為146.575kWP，光伏白天所發(fā)電能為學校優(yōu)先使用，發(fā)電不足或晚上不發(fā)電時由市電作為學校的補充用電。146.575kWP光伏電站年發(fā)電量可達17萬度。

智能照明及空調系統(tǒng)：采用空調、照明智能控制，結合校園綜合能效管理平臺可實現(xiàn)定時通斷，在自然光滿足使用要求或者深夜時，自動關閉相應燈具，避免學校教室、圖書館等場所可能存在“空調常開，燈具長明”一類的現(xiàn)象，從而達到節(jié)能減排的效果。

配備電動汽車充電樁：校內安裝配備有50臺電動汽車充電樁，用于方便電動汽車停放及充電使用，鼓勵老師購置新能源汽車，這樣不僅節(jié)約能源，同時也可減少汽車尾氣對環(huán)境的污染。

預付費管理：校內宿舍及商配均配備預付費智能電表，通過這樣的繳費用電方式，合理提高了學生節(jié)能意識，減少了宿舍內亂用濫用水電的現(xiàn)象。另外宿舍專用智能終端還配備有大功率限電、惡性負載禁用、時間管理等功能，進一步保障了宿舍用電安全和節(jié)約。

能效管理平臺：校內智能電表、水表、充電樁、電能質量監(jiān)測裝置統(tǒng)一上傳至AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理平臺，由平臺集中展示校園用能情況，結合往年數(shù)據(jù)更清晰的了解校園用能規(guī)律及節(jié)能方向。

三、方案建議

圖1 安科瑞能效管理方案拓撲

安科瑞能效管理方案由設備層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、服務層組成。

設備層（水電表、空調控制器等末端設備）通過RS485專線或無線（Lora）通訊。

傳輸層（邊緣計算網關）可通過RS485專線或無線通訊采集末端設備數(shù)據(jù)，并以以太網或4G、NB等方式通過校園網將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)層。

數(shù)據(jù)層（一般部署在校園服務器中）處理傳輸層上傳數(shù)據(jù)，并為服務層業(yè)務做服務，可與校園一卡通系統(tǒng)和其他相關系統(tǒng)做數(shù)據(jù)對接。

服務層（一般部署在校園服務器中）提供數(shù)據(jù)查看、預付費管理、惡性負載管理、作息時間管理、分布式光伏監(jiān)測等功能。

四、平臺介紹

圖2 AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理平臺功能拓撲

圖3 AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理平臺駕駛艙展示圖

首頁/綜合數(shù)據(jù):綜合展示校園能源用能概況，包括異常報警情況（數(shù)據(jù)異常/設備異常）、水、電等能源用能情況、校園3D模型定制、并可加入校園用能數(shù)據(jù)動態(tài)展示。

圖4 AcrelEMS-EDU校園3D模型圖

   用電綜合監(jiān)控：對校園35KV-10KV-0.4KV各級用能進行監(jiān)測和分析；對進線電能質量及關鍵實驗室電能質量進行監(jiān)測分析；對變配電室內的環(huán)境進行監(jiān)測和報警；能夠對變壓器進行監(jiān)控，保證用電安全和穩(wěn)定。

用水綜合監(jiān)控：對覆蓋校區(qū)所有建筑的總進水量進行一級計量；對單棟建筑進水量進行二級計量。個別實驗樓進行三級計量監(jiān)測。通過一級、二級、三級水表計量數(shù)據(jù)實時分析水平衡情況，存在異常水情時能夠立即發(fā)出警情。

商業(yè)/宿舍預付費：對校園內的各類商鋪用水、用電進行預付費管理。對學生宿舍用電進行定時用電控制、違規(guī)電器使用監(jiān)測和預付費管理。

分布式光伏監(jiān)測：提供光伏電站運行監(jiān)視，逆變器運行監(jiān)視，電站發(fā)電統(tǒng)計，逆變器發(fā)電統(tǒng)計，光伏電站配電監(jiān)測，逆變器曲線分析等功能。

空調節(jié)能監(jiān)管：實現(xiàn)對中央空調的用能監(jiān)測和分體式空調的用電監(jiān)測及控制。

路燈/照明智能監(jiān)管：實現(xiàn)對室內照明和室外路燈照明的用電監(jiān)測和照明控制，可按照預先設定的邏輯進行自動管理或遠程群控管理。

校園能耗分析：能夠實現(xiàn)能耗監(jiān)管、能耗查詢、能耗報警、能耗公示、能耗審計等功能，能夠幫助學校清晰、直接的了解到用能情況，并輔助學校做好審計公示工作。

校園用能分析報告：能夠對整體用能、整體監(jiān)管和計量設備工作狀態(tài)、同比數(shù)據(jù)、環(huán)比數(shù)據(jù)等進行分析，幫助校方了解到校園綜合能效情況。

綜合手機端：相關人員可通過手機客戶端的方式隨時登陸能源管控系統(tǒng)，實現(xiàn)對校內各類能源系統(tǒng)進行計量、監(jiān)測、控制、狀態(tài)反饋、報警等功能，對校園水電等能耗進行實時監(jiān)管。

五、討論及思考

資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設中，建筑能耗控制，電氣設計節(jié)能化已經成為當前電氣工程發(fā)展的必然趨勢。而AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理方案等中的能耗統(tǒng)計、分析體系，宿舍商鋪用電預付費管理、路燈空調等公用設備管控、宿舍大功率電器及惡性負載設備限制、用水綜合監(jiān)管等節(jié)能減排相關功能，對校園節(jié)能減排具體重要參考價值，用于相關建筑節(jié)能設計，可對節(jié)能環(huán)保理念進行合理實踐，協(xié)調可持續(xù)發(fā)展，盡快實現(xiàn)人與自然的和諧相處。