能源辦 金 彥
(南京理工大學(xué) 江蘇南京 210094)
基于智慧能源管理,建設(shè)綠色校園
能源辦 金 彥
(南京理工大學(xué) 江蘇南京 210094)
隨著高校規(guī)模的不斷擴(kuò)大,校區(qū)的新建或擴(kuò)建,高等院校的能源消耗量和污染排放量不斷增長。建設(shè)綠色校園可以有助于節(jié)約學(xué)校資源消耗,對(duì)社會(huì)起到示范和帶動(dòng)作用,同時(shí)也有利于培養(yǎng)在校學(xué)生的節(jié)能減排意識(shí)。本文擬從可持續(xù)發(fā)展的角度,對(duì)綠色校園的發(fā)展要求和校園能源管理系統(tǒng)的發(fā)展形勢(shì)進(jìn)行介紹。此外,基于智慧能源管理系統(tǒng)的主要內(nèi)容和技術(shù)路線,詳細(xì)闡述了智慧能源管理系統(tǒng)對(duì)于綠色校園建設(shè)的支撐作用。
綠色校園 智慧能源管理
為貫徹科學(xué)發(fā)展觀,加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì),促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,2008年,住建部、教育部聯(lián)合發(fā)布了《高等學(xué)校節(jié)約型校園建設(shè)管理與技術(shù)導(dǎo)則》等一系列指導(dǎo)節(jié)約型校園建設(shè)的導(dǎo)則、規(guī)范,2013年,中國城市科學(xué)研究會(huì)綠色建筑與節(jié)能專業(yè)委員會(huì)發(fā)布了《綠色校園評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》,對(duì)于綠色校園的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營提出了一系列評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
隨著近年來教育部、住建部組織的建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)示范和建筑節(jié)能綜合改造示范工作推進(jìn)和發(fā)展,已經(jīng)逐步形成了高校節(jié)能領(lǐng)域的節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)→節(jié)能綜合改造→綠色校園建設(shè)的三階段發(fā)展目標(biāo)。
目前,全國高校已經(jīng)立項(xiàng)實(shí)施節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)的約有三百所左右,部分通過節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)驗(yàn)收的高校已經(jīng)開始節(jié)能綜合改造項(xiàng)目立項(xiàng)和實(shí)施,但綠色校園建設(shè)目前還未有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。
綠色校園是指在實(shí)現(xiàn)其基本教育功能的基礎(chǔ)上,以可持續(xù)發(fā)展思想為指導(dǎo),在學(xué)校全面的日常管理工作中納入有益于環(huán)境的管理措施,并持續(xù)不斷地改進(jìn),充分利用學(xué)校內(nèi)外的一切資源和機(jī)會(huì)全面提高師生環(huán)境素養(yǎng)的學(xué)校[1]。
因此,其主要目標(biāo)就是最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地。
本文主要從節(jié)能、節(jié)水角度來闡述智慧能源管理對(duì)于綠色校園建設(shè)的支撐作用。
節(jié)約型校園節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)從2008年開始,經(jīng)過六年的技術(shù)發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)積累,有較成功的典范,也有失敗的案例。總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)和案例,考慮技術(shù)前瞻性,校園能源管理系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展,可以分為以下三個(gè)層次:
1)能源數(shù)據(jù)集抄系統(tǒng)
以電、水等能源數(shù)據(jù)集中抄表系統(tǒng)為主,表計(jì)采集以RS485或電力載波為主,不具備控制功能。
2)能源監(jiān)控管一體化
采用LonWorks、BACnet等現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)能源實(shí)時(shí)在線計(jì)量、監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化控制,達(dá)到監(jiān)控管一體化目標(biāo)。
3)智慧能源管理系統(tǒng)
在能源監(jiān)控管一體化的基礎(chǔ)上,加入智能交互、專家分析系統(tǒng)、能源智能調(diào)度等內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)智慧能源管理。
目前,大多數(shù)節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)水平仍處于能源數(shù)據(jù)集抄階段,有些雖然存在部分子系統(tǒng)的節(jié)能控制功能,但往往與數(shù)據(jù)集抄系統(tǒng)是分割獨(dú)立的,無法達(dá)到能源監(jiān)控管一體化的目標(biāo),受限于RS485和電力載波技術(shù)條件,也無法升級(jí)到監(jiān)控管一體化。這主要是由于《高等學(xué)校節(jié)約型校園建設(shè)管理與技術(shù)導(dǎo)則》等系列文件關(guān)注計(jì)量,未對(duì)節(jié)能控制提出明確指導(dǎo)意見,但從節(jié)能、節(jié)水的角度,僅僅依靠能源管理系統(tǒng)的管理節(jié)能作用,遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到綠色校園要求的最大限度節(jié)約資源的目標(biāo),必須有系統(tǒng)化技術(shù)支撐,采用自動(dòng)化節(jié)能控制,實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng),才有發(fā)展到智慧能源管理的基礎(chǔ)。現(xiàn)在,學(xué)校用戶也逐步認(rèn)識(shí)和接受了節(jié)能控制的重要性,因此,現(xiàn)階段能源監(jiān)控管一體化正逐步成為節(jié)約型校園節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)的主流目標(biāo)。而不久的將來,隨著綠色校園建設(shè)的推廣,集智能交互、專家系統(tǒng)、能源調(diào)度等內(nèi)容的智慧校園能源管理系統(tǒng)將成為業(yè)界努力的方向。
從早期的數(shù)據(jù)集抄發(fā)展到今天的監(jiān)控管一體化的能源管理系統(tǒng),以及將來智慧能源管理系統(tǒng),其中技術(shù)路線的選擇是決定能源管理系統(tǒng)的定位和發(fā)展方向的重要基礎(chǔ)。
電力載波通信和傳統(tǒng)的RS485總線通信可基本滿足能耗數(shù)據(jù)集抄的要求,但是對(duì)于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)多、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、互動(dòng)性強(qiáng)要求高的節(jié)能控制需求如中央空調(diào)系統(tǒng)化節(jié)能控制、供暖系統(tǒng)化節(jié)能控制等無能為力,因此,基于現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù),構(gòu)建監(jiān)控管一體化能源管理系統(tǒng),是當(dāng)前系統(tǒng)化技術(shù)節(jié)能的重要研究方向。
典型的建筑能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下:
關(guān)鍵技術(shù)包括:
·傳感器與執(zhí)行器
·智能計(jì)量儀表與各類監(jiān)控終端
·信息采集接口(水、熱、油、冷凍機(jī)等智能電氣設(shè)備)
·現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)
·遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)
·系統(tǒng)應(yīng)用軟件
·系統(tǒng)可靠性與環(huán)境適應(yīng)性
智慧能源管理系統(tǒng)應(yīng)在能源計(jì)量數(shù)據(jù)、控制和集成技術(shù)等方面提供以上節(jié)能節(jié)水重點(diǎn)工作的支撐,一方面為采用何種節(jié)能技術(shù)或節(jié)能效果驗(yàn)證進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)支撐,另一方面通過系統(tǒng)化控制技術(shù)和系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)對(duì)于各種節(jié)能產(chǎn)品、技術(shù)和系統(tǒng)的綜合集成,如供暖控制系統(tǒng)和空調(diào)控制系統(tǒng)的集中管控,以達(dá)到監(jiān)控管一體化。
2.智慧能源管理系統(tǒng)的主要內(nèi)容
除能源管理系統(tǒng)基礎(chǔ)的計(jì)量、監(jiān)測(cè)、控制、安全管理四方面內(nèi)容外,智慧能源管理系統(tǒng)應(yīng)在以下幾方面為綠色校園建設(shè)提供支撐。
1)智能交互
作為科學(xué)管理工具,智慧能源管理系統(tǒng)應(yīng)通過友好的人機(jī)界面與校園內(nèi)的部門管理者、教師、學(xué)生進(jìn)行如下信息的雙向互動(dòng):
*能源費(fèi)用賬單。包括學(xué)校各二級(jí)單位的能源費(fèi)用賬單和學(xué)生的個(gè)人能源費(fèi)用賬單,以直觀清晰的方式展示,包括網(wǎng)絡(luò)查詢、手機(jī)查詢、欠費(fèi)預(yù)警、能耗定額預(yù)警等。并依據(jù)此賬單進(jìn)行校內(nèi)的能源收費(fèi)管理。
*緊急事件響應(yīng)。如水管爆管、電流超限等緊急事件,除采用短信報(bào)警等方式外,還應(yīng)有自動(dòng)應(yīng)急控制措施,如切斷閥門、切斷供電回路等,即報(bào)警信息上傳和依據(jù)設(shè)定的報(bào)警控制策略進(jìn)行響應(yīng)控制雙向進(jìn)行。
*設(shè)備、設(shè)施智能管理。建立能耗設(shè)備臺(tái)賬,結(jié)合校園3D地上地圖和地下管網(wǎng)圖進(jìn)行設(shè)備準(zhǔn)確定位。根據(jù)設(shè)備使用周期、維護(hù)周期進(jìn)行維護(hù)、檢修、更換的定期提醒,輔以壓力、溫度、流量等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段,自動(dòng)提醒設(shè)備故障檢修。
*宣傳教育。以短信、手機(jī)客戶端、校園網(wǎng)個(gè)人界面等方式向?qū)W生實(shí)時(shí)報(bào)送個(gè)人能耗數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)以及全校平均數(shù)據(jù)、最值數(shù)據(jù),以加深學(xué)生對(duì)于能源消耗的直觀感受。
2)專家系統(tǒng)
提供專家分析系統(tǒng),進(jìn)行如下智能分析判斷功能:
*漏水點(diǎn)定位。根據(jù)水平衡分析、用水量歷史數(shù)據(jù)查詢分析,自動(dòng)判斷異常漏水點(diǎn)的范圍。
*通過歷史數(shù)據(jù)分類分項(xiàng)分戶統(tǒng)計(jì)、單位面積能耗、人均能耗等進(jìn)行橫比縱比,對(duì)單棟建筑或獨(dú)立部門自動(dòng)進(jìn)行節(jié)能潛力分析,提出節(jié)能方向(照明、空調(diào)、熱力等)。
3)能源智能調(diào)度
對(duì)校園能源系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度,特別是資源循環(huán)利用和可再生能源的合理調(diào)度,包括以下基本方面:
*冰/水蓄冷、電蓄熱的智能調(diào)度。參照合理的峰谷電價(jià)水平,根據(jù)學(xué)校實(shí)際電力負(fù)荷數(shù)據(jù),對(duì)蓄冷、蓄熱裝置進(jìn)行智能調(diào)度,以實(shí)現(xiàn)移峰填谷。
*光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電、儲(chǔ)能、用電、電能質(zhì)量的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與控制。
4)動(dòng)態(tài)需求側(cè)響應(yīng)
根據(jù)城市電力需求側(cè)管理需要,通過智慧能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)需求側(cè)響應(yīng):
*通過對(duì)空調(diào)、照明的實(shí)時(shí)負(fù)荷調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)高峰避峰。
*通過對(duì)可中斷負(fù)荷的控制,確保重要負(fù)荷回路,使全校電力負(fù)荷維持在電網(wǎng)安全運(yùn)行線以下。
綠色校園是節(jié)約型校園建設(shè)更高的發(fā)展目標(biāo),除加大節(jié)能材料、新能源技術(shù)的使用外,智慧能源管理系統(tǒng)將為用戶提供科學(xué)用能、節(jié)約用能、安全用能的高效管理工具,為最大限度地節(jié)約資源貢獻(xiàn)力量。
[1]韓秋實(shí).綠色校園生態(tài)信息平臺(tái)架構(gòu)[D]天津大學(xué)碩士學(xué)位論文,2012.
[2]高等學(xué)校節(jié)約型校園建設(shè)管理與技術(shù)導(dǎo)則