郁曉婷（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司， 上海 200032）

高等院校建筑群是集教學(xué)、科研、生活、文娛等于一體的綜合性建筑群，因人員密度高、建筑數(shù)量大、類型多樣、能耗總量高其管理難度大廣受各方關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計，我國高校每年總能耗超過 2 000 萬 t 煤，占全國生活消費總能耗的8.5%，大學(xué)生的人均能耗指標(biāo)明顯高于全國居民的人均能耗指標(biāo)。國家發(fā)改委、教育部、建設(shè)部等多部委和地方各級政府均十分重視高校節(jié)能降耗問題，高等院校的能耗監(jiān)測系統(tǒng)成為高校節(jié)能的重中之重。只有建立一套完整、可靠、準(zhǔn)確的能耗監(jiān)測系統(tǒng)，各高校才能清晰、迅速、精準(zhǔn)地分析和判斷校園用能現(xiàn)況，并做出科學(xué)節(jié)能降耗措施。

能耗監(jiān)測系統(tǒng)自身的技術(shù)應(yīng)用已十分成熟，在社會各個領(lǐng)域的大型公共建筑中也切實發(fā)揮了非常重要的作用。從表面上看，高等院校的建筑群不過是社會各個領(lǐng)域的縮影，但其在實際項目運行過程中依然存在很多難以解決的問題和應(yīng)用效果不理想的情況。

作為非營利性機構(gòu)，高等院校能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)費常依賴各級政府的專項撥款，學(xué)?？蛇M行自籌經(jīng)費的能力非常有限。從 985 重點院校至普通?？祁愒盒?，普遍存在建設(shè)經(jīng)費不足的情況，而校園內(nèi)的既有老建筑開展能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)所需經(jīng)費更是幾倍于新建建筑。

針對上述問題，本文將以某高校為例，探討如何在有限的資源投入下，通過對監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案的優(yōu)化，結(jié)合自身運行特點投入監(jiān)測硬件和數(shù)據(jù)通信方法提升，達(dá)到能耗監(jiān)測系統(tǒng)真正發(fā)揮出效果的目的。

1 高校能耗特點和能耗監(jiān)測現(xiàn)狀分析

高等院校建筑群雖體量很大、類型復(fù)雜，但使用者類型單一，又實行統(tǒng)一管理，其建筑群整體用能特征顯著。目前大部分的高等院校均完成了第一輪的能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，但未能很好地把握住學(xué)校自身的用能特性，導(dǎo)致能耗監(jiān)測系統(tǒng)效率低下，并不能真正成為學(xué)校節(jié)能降耗的風(fēng)向標(biāo)。

1.1 高校能耗特點

高校類建筑消耗的能源種類主要是電和天然氣。從能源使用終端來劃分，電力主要用于學(xué)校的空調(diào)、照明、動力、插座，天然氣主要用于廚房炊事、鍋爐。從使用區(qū)域劃分，用電區(qū)域包含了整個校園，包括教學(xué)區(qū)域、學(xué)生宿舍區(qū)域、科研實驗區(qū)域和其他區(qū)域，天然氣主要使用于食堂廚房區(qū)域和鍋爐房。以上兩種方式是較為常規(guī)的分類方法，本文提出一種立足能源管理層面的新分類方法，將校園能源消耗分為3 種，即：直接管理的能源消耗、間接管理的能源消耗、單向供給的能源消耗。

（1）直接管理的能源消耗。直接管理的能源消耗是指由學(xué)校能源管理部門可 100% 開展管理的能源消耗。如學(xué)校圖書館、游泳館、食堂等區(qū)域。此類區(qū)域使用的能源設(shè)備、每天開啟時間等所有能源消耗事宜均由學(xué)校直接開展管理。

（2）間接管理的能源消耗。間接管理的能源消耗是指校方可對產(chǎn)生能源消耗的用能設(shè)備和消耗方式開展間接管理，如提出限制要求，制定規(guī)章制度等。但無法直接開展能源管理工作。如學(xué)生宿舍、教職工辦公區(qū)域的插座用能等。

（3）單向供給的能源消耗。單向供給的能源消耗是指校方能源管理部門原則上需要根據(jù)能源消耗的需求給予能源供給，在非特殊情況下無法對其開展任何管理或者約束工作。如高校內(nèi)科研設(shè)備的用能。

高校建筑群的能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計時首先需考慮學(xué)校能源管理部門對每個區(qū)域和每個垂直分類的管理權(quán)限。應(yīng)充分結(jié)合建成后的使用價值來分配建設(shè)時投入的資源，再根據(jù)高校能源的使用終端和使用區(qū)域的情況依照相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)開展設(shè)計工作。

1.2 高校能耗監(jiān)測現(xiàn)狀和問題

目前上海市大部分高校雖然均設(shè)有能耗監(jiān)測系統(tǒng)，但大部分高校依然無法通過監(jiān)測數(shù)據(jù)科學(xué)分析學(xué)校節(jié)能潛力，進而對學(xué)校開展有效的能源管理。其中存在的問題主要有如下幾點。

（1）監(jiān)測點位廣而不精。將有限的建設(shè)資源平均投入至全校園，在設(shè)計時通常未對學(xué)校進行深入了解，僅憑建筑面積大小和能耗高低的原則進行布點?；蛘呤敲織澖ㄖ间侀_布點，但每棟建筑都計量不到位，監(jiān)測數(shù)據(jù)缺乏針對性。

（2）監(jiān)測點位精而無用。將有限的建設(shè)資源投入到重點用能區(qū)域內(nèi)，在設(shè)計時選擇單位面積能耗最高的重點區(qū)域開展高密度建設(shè)。但在系統(tǒng)使用過程中發(fā)現(xiàn)，這區(qū)域大量是單向供給的能源消耗和間接管理類的能耗消耗。雖有比較精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，但無法進一步開展節(jié)能降耗工作。

（3）監(jiān)測點位既不廣也不精。有部分高校的大量既有建筑是上個世紀(jì)末期（或中期）建成的，建筑原設(shè)計并未考慮能耗監(jiān)測的需求。在老式既有建筑中加裝能耗監(jiān)測系統(tǒng)的配套工程成本巨大，導(dǎo)致某些校區(qū)在投入同等建設(shè)經(jīng)費時能耗監(jiān)測點位既不廣也不精，建成后的運行效果也非常不理想。

2 高校能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)化原則

高校能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的作用是診斷校園能耗效率的情況，目標(biāo)是通過科學(xué)客觀的診斷結(jié)果指導(dǎo)開展科學(xué)合理的節(jié)能降耗工作。高等院校的校園是一個非常復(fù)雜的建筑群，其能源消耗的方向和意義也非常復(fù)雜。學(xué)校的能源管理部門對于每幢建筑、每個區(qū)域、每個設(shè)備的管理權(quán)限也各有不同。在建設(shè)資源有限的情況下，開展能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)將充分考慮建成后是否可以直觀地開展降耗管理工作為第一要旨，應(yīng)最大限度地將資源投入到節(jié)能降耗效率更好的區(qū)域內(nèi)。

2.1 直接管理的能源消耗

能源管理部門在該區(qū)域內(nèi)對所有建筑用能設(shè)施、設(shè)備的采購、維修及管理均有著直接的權(quán)限。這一類型的建筑或設(shè)備應(yīng)當(dāng)是能耗監(jiān)測硬件投入的重點，也是日后節(jié)能降耗措施推進的第一戰(zhàn)場。在能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)從重點用能設(shè)備和重點用能區(qū)域按國家或上海市實行的公共建筑能耗監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，開展逐級監(jiān)測。對于廣泛使用的同一種用能設(shè)備，應(yīng)實行典型設(shè)備監(jiān)測，無須全面鋪開。如教學(xué)樓內(nèi)安裝的分體式空調(diào)，可根據(jù)采購品牌、型號、批次監(jiān)測典型設(shè)備的能耗效率。

2.2 間接管理和單向供給的能源消耗

能源管理部門對于間接管理和單向供給的能源消耗類的建筑用能設(shè)施、設(shè)備管理權(quán)限有限，在建設(shè)資源有限的情況下，應(yīng)盡力避免監(jiān)而無用的情況。如學(xué)校的科研區(qū)域、學(xué)校的外租賓館、商鋪、學(xué)生宿舍樓、教室公寓等。能源管理部門應(yīng)對該類型能源消耗，實行總量監(jiān)測。如消耗總量超出合理范圍，則可通知相關(guān)負(fù)責(zé)人開展巡查和整改工作。

2.3 小型節(jié)能設(shè)備的能耗監(jiān)測原則

對于能源管理部門有權(quán)限管理的小型節(jié)能設(shè)備，也應(yīng)根據(jù)實際的建設(shè)資源，總量控制能耗監(jiān)測點位的投入比例。如公共區(qū)域的照明已經(jīng)采用 LED 的光源，在照明效率已經(jīng)非常良好的情況下，無需特地設(shè)置監(jiān)測點位再行監(jiān)測。

2.4 常規(guī)高耗能設(shè)備的能耗監(jiān)測原則

對于能源管理部門有權(quán)限管理的常規(guī)高耗能設(shè)備，應(yīng)盡力設(shè)置較為詳細(xì)的監(jiān)測方案，如中央空調(diào)。該能源管理部門不具備管理該常規(guī)高耗能設(shè)備的權(quán)限，在建設(shè)資源允許的情況下也應(yīng)該優(yōu)先考慮設(shè)置基礎(chǔ)計量點位，并將監(jiān)測情況和診斷建議提供給相關(guān)管理人員。

2.5 數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑瓌t

在校園內(nèi)分散的小建筑群是常見的一種建筑形式，這些建筑群中的無線通信問題對于能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)和運行資源消耗非常大。由于既有的建筑群并未預(yù)埋通信管道，導(dǎo)致小建筑之間需要使用無線設(shè)備開展數(shù)據(jù)通信。在整個無線通信架構(gòu)的設(shè)計中，無線設(shè)備應(yīng)盡可能使用本地電源以及校園內(nèi)網(wǎng)。若不具備這兩種條件，則應(yīng)結(jié)合校園建筑物使用特點的規(guī)律大幅度地降低無線傳輸頻率，以降低網(wǎng)絡(luò)費用和電池更換的人員維護費用。如食堂可以將原則 15 min 上傳一次數(shù)據(jù)的頻率（96 次天），根據(jù)食堂實際的運行情況改為 6點、9 點、11 點、14 點、16 點、18 點、20 點，1 d 7 次。同理浴室、教學(xué)樓、圖書館、游泳館等場所也可結(jié)合自身情況降低頻次。如發(fā)現(xiàn)有異常的用能情況，可以臨時升高頻次用于監(jiān)測診斷。由于校園人群活動規(guī)律化程度高，日常監(jiān)測可以通過降低頻次，提高資源的投入效率。

3 上海某高校能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)采集點位優(yōu)化

上海某高校總共有 3 個校區(qū)，分別為學(xué)生生活園區(qū)、國際教育基地和教學(xué)辦公區(qū)。生活園區(qū)以學(xué)生宿舍為主，還包括了食堂、商鋪、劇院、學(xué)生事務(wù)中心、賓館等。國際教育基地有 2 棟建筑，依次為教學(xué)樓、宿舍樓以及與宿舍樓相連的食堂。教學(xué)辦公區(qū)包括了圖書館、國際交流中心、行政樓、創(chuàng)新樓、實驗樓、科技綜合樓等。

結(jié)合項目實際開展情況，本文根據(jù)直接管理的能源消耗、間接管理的能源消耗、單向供給的能源消耗的分類原則分別選取 6 棟典型建筑作為案例。對其進行設(shè)計方案優(yōu)化、硬件設(shè)備選型優(yōu)化、軟件算法升級。實現(xiàn)能耗采集、監(jiān)測、存儲、對比等基本功能的同時，達(dá)到幫助學(xué)校能源管理部門高效尋找能源利用效率較低的環(huán)節(jié)，從而有針對性地開展節(jié)能降耗措施。

3.1 間接管理區(qū)域的能耗監(jiān)測優(yōu)化方案

本項目中，學(xué)生宿舍區(qū)域建筑消耗的能源是典型的間接管理類能源消耗，校方規(guī)定了一些不可在該區(qū)域使用的設(shè)備，也制定了整個區(qū)域的用能時間。其出發(fā)點是為了園區(qū)的安全和秩序，并非有意限制園區(qū)用能。實際情況中，這 2 個區(qū)域內(nèi)的用能情況主要是取決于使用者如何使用，校方只能間接管理。

（1）13 層電梯學(xué)生宿舍公寓中共 5 路總進線。點位布置為總進線 5 個計量點位、1～13 層樓層電表 26 個、單戶電表 104 個、電梯 2 個、人防 1 個。

（2）6 層學(xué)生宿舍公寓共 2 路總進線。點位布置為總進線 2 個計量點位、1～6層樓層電表 12 個、單戶電表 72個、公共照明 1 個。

以 2 棟典型的宿舍樓為例對比常規(guī)方案與優(yōu)化設(shè)計方案之間的區(qū)別見表 1 。

表 1 常規(guī)方案和優(yōu)化方案之間的對比

本項目根據(jù)實際監(jiān)測情況省略了監(jiān)測后無法開展實際能源管理的監(jiān)測點位。其中，13 層電梯學(xué)生宿舍公寓的常規(guī)基礎(chǔ)方案中 34 個監(jiān)測點位縮減至 5 個。根據(jù)實際調(diào)研，6 層學(xué)生宿舍公寓是每 6 幢樓從配電站供出 2 路配電，所以優(yōu)化方案將計量點位上移至配電站。每 6 幢設(shè)置 2 個計量點位，常規(guī)基礎(chǔ)方案的 90 個監(jiān)測點位縮減至 2 個（折合單樓0.33 個）。

3.2 單向供給區(qū)域的能耗監(jiān)測優(yōu)化方案

本項目中的科研實驗樓和學(xué)校賓館 2 棟建筑消耗的能源是典型的單向供給類的能源消耗。常規(guī)情況下，學(xué)校的能源管理部門無權(quán)管理科研實驗樓內(nèi)所有的科研實驗設(shè)備，科研實驗樓整體的運作時間也應(yīng)是滿足科研工作需求，原則上不受學(xué)校的能源管理部門管理。該科研樓使用 VRV 分體空調(diào)，在日常的工作中能源管理部門只對大樓里的電梯和公共區(qū)域照明進行管理。學(xué)校賓館屬于保障學(xué)校正常運行的教學(xué)、科研、學(xué)術(shù)交流等工作的配套設(shè)施，獨立運營，所有設(shè)備與事宜均不受學(xué)校能源管理部門管理。實際情況中，學(xué)校也僅對于這 2 幢建筑單向供給能源，并無開展任何能源管理類的管理工作。

（1）科研實驗樓中，總進線 2 個，每層空調(diào)、公共照明各 1 個，合計 12 個。實驗插座按東西區(qū)劃分每層 4 個，合計 24 個。低溫實驗室 1 個。電梯 1 個、消控室 1 個、消防設(shè)備 1 個?？傆嫻?40 個點位。

（2）學(xué)校賓館中，總進線 6 個，共計 51 個分項用電回路，詳情見表 2。

表 2 學(xué)校賓館能耗監(jiān)測分項用電回路

本項目根據(jù)實際監(jiān)測情況省略了監(jiān)測后無法開展實際能源管理的監(jiān)測點位。其中，科研實驗樓的常規(guī)基礎(chǔ)方案中40 個監(jiān)測點位縮減至 2 個，學(xué)校賓館的常規(guī)基礎(chǔ)方案中 51個監(jiān)測點位縮減至 6 個。

3.3 直接管理區(qū)域的能耗監(jiān)測優(yōu)化方案

本項目中的教學(xué)樓和學(xué)校食堂兩類建筑消耗的能源是典型的直接管理類的能源消耗，學(xué)校能源管理部門不但負(fù)責(zé)所有設(shè)施設(shè)備的采購與維修，也全面負(fù)責(zé)所有設(shè)備的啟停和運行。學(xué)校能源管理部門可實時根據(jù)能耗監(jiān)測的數(shù)據(jù)情況調(diào)整設(shè)備管理方法，采取科學(xué)合理的節(jié)能降耗措施。

（1）1 棟典型的 5 層教學(xué)樓，點位分布情況如下?？傔M線 1 個，每層的空調(diào)、照明、插座各 1 個，每層樓層用電各 1 個，共計 21 個點位。

（2）某 2 層食堂的點位分布如下?？偩€ 1 個、變電所 1 個、烤箱 1 個、2 層總電源各 1 個、貨梯 1 個、冷庫 1個、面包房 1 個、防火卷簾門 1 個、風(fēng)機 3 個、備用 4 個，總 16 個點位。

在本項目中并未對這兩類建筑的常規(guī)監(jiān)測方案設(shè)置的點位做出任何優(yōu)化調(diào)整，依然是按 21 個和 16 個點位設(shè)置。

4 結(jié) 語

本文對于高校領(lǐng)域的能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)提出了方案優(yōu)化的新設(shè)計思路。以節(jié)能降耗的目的，充分考慮能耗監(jiān)測的應(yīng)用效果結(jié)合不同管理權(quán)限對于 3 類情況給予能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)化方案。基于某高校項目，以 4 棟典型建筑為例，將原先常規(guī)基礎(chǔ)方案合計 215 個監(jiān)測點位，優(yōu)化后降低至 15 個，建設(shè)資源投入下降 93%。參考該項目的實踐情況，原先根據(jù)常規(guī)建設(shè)方案只能滿足 20%～25% 的建設(shè)資源，經(jīng)過合理配置可以完成全校區(qū)的能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)。能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)采集點位和頻率并非一味追求數(shù)量和密度，許多區(qū)域的過度投入對后續(xù)學(xué)校的節(jié)能降耗工作并無響應(yīng)效果。但對于集中浴室、食堂、圖書館、體育館等場館，既是學(xué)校的重點用能建筑，又屬于集中管理的區(qū)域，應(yīng)推行全面細(xì)化的能耗監(jiān)測系統(tǒng)。

作為非營利機構(gòu)，高校能耗監(jiān)測建設(shè)資源不足是普遍存在的情況。通過科學(xué)合理有效配置資源提升校園能耗系統(tǒng)的使用效率是一個非常值得探索和實踐的課題。即使學(xué)校建設(shè)資源充沛也應(yīng)盡可能地提升資源使用效率，避免“應(yīng)節(jié)能帶來不節(jié)能”。在實際實踐中應(yīng)充分結(jié)合校園的實際運行情況和特點因校施策，使校園能耗監(jiān)測系統(tǒng)真正發(fā)揮出監(jiān)測、診斷、改進及長效管理的作用，切實提高能源利用效率。