基于節能減排理念的校園電氣設計研究

摘要 我國“十三五"規劃綱要中明確提出建設資源節約型、環境友好型社會，因此為貫徹節能減排相關規劃，在校園電氣設計中，要重點關注節能降耗，優化相關設計。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能減排技術設計，包括供配電系統節能設計、智能照明系統設計、光伏發電、采用新型電氣設備、建設校園節能監管平臺等措施，為高校校園節能減排建設起到一定探索意義和參考作用。

一、引言

        國務院《十三五節能減排綜合工作方案》中明確提出了節能減排的發展理念，住建部也相應發布了《建筑節能與綠色建筑發展“十三五"規劃》。《工作方案》對未來五年全國節能減排工作做了全面部署和細致安排，明確了“十三五"時期節能減排總體目標，是指導新時期全國節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展，對電力資源的需求量持續增大，導致社會整體的電力資源也愈發緊缺。但國家發電結構仍然以火力發電為主，不可避免存在投入成本高、環境污染嚴重等問題，節能減排就成了長效發展的必然趨勢。因此，為了緩解用能緊張、實現節能減排，加強電氣設計節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，據統計，高校年耗能量當前已占據社會總能耗的8%，那么作為國家節能戰略的重要組成部分。本文中以某新建學校為例，探討其電氣設計中部分節能化設計，確定其對于節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、柴油發電機系統、供配電系統、照明及動動系統、建筑物防雷接地及安全措施、安防系統、綜合布線系統、火災自動報警系統等。其中采用的節能降耗措施主要有：

        光伏發電：光伏建筑一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電系統，總裝機容量為146.575kWP，光伏白天所發電能為學校優先使用，發電不足或晚上不發電時由市電作為學校的補充用電。146.575kWP光伏電站年發電量可達17萬度。

        智能照明及空調系統：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"一類的現象，從而達到節能減排的效果。

        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，這樣不僅節約能源，同時也可減少汽車尾氣對環境的污染。

        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，有效提高了學生節能意識，減少了宿舍內亂用濫用水電的現象。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約。

        能效管理平臺：校內智能電表、水表、充電樁、電能質量監測裝置統一上傳至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，結合往年數據更清晰的了解校園用能規律及節能方向。

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、數據層、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據，并以以太網或4G、NB等方式通過校園網將數據傳送至數據層。

         數據層（一般部署在校園服務器中）處理傳輸層上傳數據，并為服務層業務做服務，可與校園一卡通系統和其他相關系統做數據對接。

          服務層（一般部署在校園服務器中）提供數據查看、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/綜合數據:綜合展示校園能源用能概況，包括異常報警情況（數據異常/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據動態展示。

圖4 AcrelEMS-EDU校園3D模型圖

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

        用水綜合監控：對覆蓋校區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測。通過一級、二級、三級水表計量數據實時分析水平衡情況，存在異常水情時能夠立即發出警情。

         商業/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、違規電器使用監測和預付費管理。

         分布式光伏監測：提供光伏電站運行監視，逆變器運行監視，電站發電統計，逆變器發電統計，光伏電站配電監測，逆變器曲線分析等功能。

          空調節能監管：實現對中央空調的用能監測和分體式空調的用電監測及控制。

          路燈/照明智能監管：實現對室內照明和室外路燈照明的用電監測和照明控制，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：能夠實現能耗監管、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、整體監管和計量設備工作狀態、同比數據、環比數據等進行專業分析，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，實現對校內各類能源系統進行計量、監測、控制、狀態反饋、報警等功能，對校園水電等能耗進行實時監管。

五、討論及思考

         資源節約型、環境友好型社會建設中，建筑能耗控制，電氣設計節能化已經成為當前電氣工程發展的必然趨勢。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、用水綜合監管等節能減排相關功能，對校園節能減排具體重要參考價值，用于相關建筑節能設計，可對節能環保理念進行有效實踐，協調可持續發展，盡快實現人與自然的和諧相處。