摘 要：應(yīng)用電子和通信技術(shù)設(shè)計(jì)合理的高校建筑節(jié)能監(jiān)測(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，有利于促進(jìn)學(xué)生對(duì)校園節(jié)能的感官認(rèn)識(shí)，了解節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和重要作用，發(fā)現(xiàn)校園能源利用可能存在的不合理現(xiàn)象，進(jìn)而采取有效措施加以改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生良好的用能習(xí)慣，以滿足當(dāng)今社會(huì)和學(xué)校發(fā)展要求。

關(guān)鍵詞：高校建筑；節(jié)能；監(jiān)測(cè)；實(shí)訓(xùn)；設(shè)計(jì)

建筑節(jié)能已成為國(guó)家的基本國(guó)法，建筑節(jié)能監(jiān)測(cè)也已成為國(guó)家各級(jí)政府落實(shí)建筑節(jié)能減排目標(biāo)的重要抓手和措施。為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，響應(yīng)國(guó)家政策，從實(shí)際出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生既具有專業(yè)技術(shù)技能，又懂得實(shí)際應(yīng)用和良好節(jié)能習(xí)慣，本文結(jié)合本專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的具體情況，以校園真實(shí)建筑為模擬對(duì)象，設(shè)計(jì)了完全符合實(shí)際應(yīng)用和《高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》的高校建筑節(jié)能監(jiān)測(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)克服了節(jié)約型高校建設(shè)過(guò)程中應(yīng)克服的傳統(tǒng)能耗計(jì)費(fèi)和采集缺點(diǎn)，提高計(jì)量精度和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，探討為提高校園電能管理效率減少教學(xué)各項(xiàng)工作中的電能消耗，降低校園電能利用方面的可能性，從而導(dǎo)出設(shè)計(jì)合理的建筑節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)推動(dòng)校園建筑節(jié)能具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 模擬目標(biāo)項(xiàng)目概況

實(shí)際模擬的高校屬于我國(guó)重點(diǎn)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(gè)方面：首先該校園處于建設(shè)發(fā)展時(shí)期，因此每年用能量均處在不斷增長(zhǎng)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(huì)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(guò)2300萬(wàn)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(gè)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(diǎn)進(jìn)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(xiàng)編碼，以對(duì)應(yīng)校園建筑的不同使用功能和用途。子項(xiàng)編碼分為以下14類。

a.行政辦公建筑

b.教學(xué)樓建筑

c.實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)樓建筑

d.學(xué)術(shù)報(bào)告廳建筑

e.綜合樓建筑

f.信息中心樓建筑

g.校企合作科研實(shí)驗(yàn)室、工廠

h.體育場(chǎng)館類建筑

i.食堂餐廳

j.學(xué)生活中心

k.學(xué)生宿舍

l.學(xué)生創(chuàng)業(yè)園

m.醫(yī)療中心

n.其他

2 節(jié)能監(jiān)測(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

通過(guò)合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)主要實(shí)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(guò)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(duì)用電信息進(jìn)行處理和分析，進(jìn)而為校園各用電部門提供參考。另外，設(shè)計(jì)時(shí)為了減少投資成本，要求以“因校制宜，簡(jiǎn)約可靠”為原則，充分利用已有資源。

3 節(jié)能監(jiān)測(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)架構(gòu)

節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)主要適用于對(duì)校園建筑設(shè)施能耗的計(jì)量、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、節(jié)能分析及節(jié)能指標(biāo)管理，區(qū)別與一般以對(duì)建筑設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)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(fèi)管理為主要目的的水電氣表遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)。但鼓勵(lì)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(jì)量表具、數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換裝置（本導(dǎo)則簡(jiǎn)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(shí)時(shí)采集和通訊、遠(yuǎn)程傳輸、自動(dòng)分類統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、指標(biāo)比對(duì)、圖表顯示、報(bào)表管理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)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(jì)量類型

為了滿足國(guó)家相關(guān)部門制定的節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)要求，前端計(jì)量裝置應(yīng)進(jìn)行分類、分區(qū)、分戶的電能統(tǒng)計(jì)。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(jì)量設(shè)備。該校園用電類型主要分為照明、空調(diào)、動(dòng)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(jī)組等；動(dòng)力用電指生活用水、自來(lái)水加壓、電梯等能夠提供動(dòng)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(shí)驗(yàn)設(shè)備等。

3.2 劃分計(jì)量單元

根據(jù)該校園建筑分布特點(diǎn)，在參考不同的計(jì)量分類的基礎(chǔ)上劃分不同的計(jì)量單元。

首先，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)用電負(fù)荷運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為電能的計(jì)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(shí)際情況，劃分合理的計(jì)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(jì)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(jì)量單元，尤其應(yīng)注重細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)。例如在不同的辦公室安裝剩余電流保護(hù)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(jìn)而能夠評(píng)估和掌握不同單元耗能情況。該校實(shí)驗(yàn)室安裝有動(dòng)力配電箱，從而能夠?yàn)槭覂?nèi)的動(dòng)力裝置和空調(diào)提供電能，為此需要對(duì)該部分電路進(jìn)行一定的改造，即將室內(nèi)的插座和照明負(fù)荷均接入動(dòng)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(duì)實(shí)驗(yàn)室公共部分的用電應(yīng)進(jìn)行分開計(jì)量；最后，劃分學(xué)生宿舍、服務(wù)實(shí)體、教學(xué)生活輔助用房計(jì)量單元。其中考慮到學(xué)生宿舍不同房間已安裝計(jì)量裝置，設(shè)計(jì)時(shí)為實(shí)現(xiàn)對(duì)原有設(shè)施用電情況的計(jì)量，應(yīng)安裝三相數(shù)字電表進(jìn)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(wù)實(shí)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(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

為了保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的合理性，應(yīng)對(duì)其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的把握。該校園節(jié)能監(jiān)測(cè)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(jì)費(fèi)系統(tǒng)。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)用電信息的統(tǒng)計(jì)和用電費(fèi)用的結(jié)算，另外，還能對(duì)網(wǎng)損、線損以及電量平衡等進(jìn)行考核；為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(gè)智能電表網(wǎng)關(guān)可接入256×128臺(tái)數(shù)字電報(bào)，并按照Modbus-RTU協(xié)議要求進(jìn)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(jì)的雙絞線結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場(chǎng)電能信息的采集是整個(gè)監(jiān)測(cè)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(guò)電表網(wǎng)關(guān)連接在校園上。

4.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件評(píng)估

首先，經(jīng)過(guò)全面的分析，設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)符合國(guó)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(shì)較為明顯。另外數(shù)據(jù)信息傳輸主要以有線和無(wú)線結(jié)合方式進(jìn)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(jì)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(shí)，能夠有效解決可變波特率、沖突、尋址等問(wèn)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(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件體系

節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中管理系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮能浖M(jìn)行管理，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用功能將服務(wù)對(duì)象劃分不同的類型。設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)象。另外，在節(jié)能技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，管理平臺(tái)可對(duì)框架中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，以滿足節(jié)能的各項(xiàng)要求。

5.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件組成

監(jiān)測(cè)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(xiàng)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(chǔ)智能電表網(wǎng)的數(shù)據(jù)包，主要通過(guò)Socket協(xié)議實(shí)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(chǔ)在對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中；數(shù)據(jù)處理主要負(fù)責(zé)三個(gè)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(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和合理性進(jìn)行檢查；最后，將用電設(shè)備的日結(jié)算記錄以及各項(xiàng)能耗用量計(jì)算出來(lái)；分項(xiàng)能耗結(jié)算服務(wù)負(fù)責(zé)分項(xiàng)能耗用量的讀取以及能耗日志記錄的計(jì)算工作。

6 預(yù)測(cè)節(jié)能目標(biāo)

根據(jù)模擬建筑可能的不同用電運(yùn)行模式，通過(guò)制定節(jié)能工作計(jì)劃，應(yīng)用節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并結(jié)合使用加強(qiáng)供電設(shè)備維護(hù)，不斷優(yōu)化低成本控制措施等方法，對(duì)該系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算評(píng)估可知該體系可節(jié)約能耗超過(guò)20%，累計(jì)節(jié)約用電2100萬(wàn)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(yǔ)

通過(guò)在該校建筑節(jié)能監(jiān)測(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)和使用，以及利用實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的各種運(yùn)行模式下的能耗監(jiān)測(cè)結(jié)果，使學(xué)校師生生動(dòng)地感覺到校園節(jié)能的巨大潛力，以及專業(yè)技術(shù)的實(shí)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(shí)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(dòng)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。總之，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(hào)召，不斷增加節(jié)能方面的投入，通過(guò)科學(xué)合理的節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)電能利用中存在的不足，進(jìn)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)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.《高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》.2009年10月.

[2]趙斌.節(jié)約型校園建筑節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)系統(tǒng)分析及功能設(shè)計(jì)探討[J].廣西城鎮(zhèn)建設(shè).2013（07）.

[3]路明.高校校園建筑節(jié)能設(shè)計(jì)探討[J].山西建筑.2009（02）.

[4]孫國(guó)林，鹿世化，李奇賀.高校校園建筑能耗定額研究初探[J].南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011年04期.