吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：高校能耗問題突出，節(jié)能潛力巨大，倘若能有的放矢，以點(diǎn)帶面，各個擊破，將會協(xié)助節(jié)約型校園建設(shè)取得理想的節(jié)能、降耗、減排效果。就上海地區(qū)某高校情況，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，對電功率通過多元統(tǒng)計分析法和上門訪問問卷調(diào)查法，就生活熱水能耗現(xiàn)狀以及節(jié)能潛力進(jìn)行綜合分析與評估，探尋學(xué)生宿舍高能耗源頭，量化熱水節(jié)能潛力。相關(guān)研究將對上海地區(qū)以及長三角及長江流域高校學(xué)生宿舍生活熱水節(jié)能改造提供參考依據(jù)，推動夏熱冬冷地區(qū)區(qū)域節(jié)能科學(xué)性、可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：上海地區(qū)；節(jié)約型校園；生活熱水；節(jié)能潛力

0引言

上海屬于夏熱冬冷氣候區(qū)，四季分明，除去每年*熱的7月、8月（平均*高氣溫31.6℃，平均氣溫27.8℃）外，其余時間洗澡皆需要熱水，熱水的使用量較大，在熱水器的選擇上需要綜合考慮安全、投入及運(yùn)營成本。

截至2005年，全國普通高校共1794所，建筑面積達(dá)到5.08億m2；在校學(xué)生數(shù)超過2300萬人，教職工數(shù)189.1萬人，占全國城鎮(zhèn)總?cè)丝跀?shù)的4.4%，而且人均能耗高。經(jīng)統(tǒng)計，全國45所高校人均生活用水量是145.2t，是全國人均用水量的1.95倍。45所高校的人均年能耗折算為0.775噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于人均能耗用電折算為2152kW·h，是全國人均生活用能的4.32倍。實(shí)際電耗占總能耗26.8%。人均電耗2152×26.8%為576kW·h，是2003年全國人均電耗(173kW·h)的3倍；是上海(484kW·h)、北京(483kW·h)人均電耗的1.2倍；是2006年全國生活能源電力人均消費(fèi)量(3252億kW·h÷13億人=250kW·h)的2.3倍。

能耗如此高，如此集中，節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材的節(jié)約型校園需求勢在必行。上海地區(qū)生活水平較高且高校云集，各高校新校區(qū)及部分老校區(qū)基本實(shí)現(xiàn)宿舍附帶獨(dú)立衛(wèi)生間，大部分的學(xué)生宿舍都安裝有電加熱器，每年校方以及學(xué)生本人在此處的電費(fèi)支出較大，與使用集中浴室的學(xué)生相比，高出幾倍。但集中浴室大多在宿舍外，洗澡極不方便，這跟日益提高的生活水平相矛盾，越來越多的學(xué)生已經(jīng)感覺到不適應(yīng)，迫切希望足不出戶即能解決洗澡問題，并且教育部、教委也在積極地推動提高學(xué)生生活質(zhì)量的政策與部署，顯然集中浴室也非長久之計。目前需要尋求一種既能符合高校學(xué)生日益增長的物質(zhì)文化生活需求，又具有安全、高效、節(jié)能的宿舍熱水系統(tǒng)。本文就傳統(tǒng)熱水加熱方式之電加熱器能耗現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探尋學(xué)生宿舍高能耗源頭，量化熱水節(jié)能潛力，將為下一輪的校園節(jié)能改造點(diǎn)提供依據(jù)。

恰逢上海某高校學(xué)生宿舍洗澡使用電加熱器和使用公共浴室兼而有之，從能源中心拿到了2010年7#～15#樓以及16#～20#樓兩組宿舍組團(tuán)電耗，兩個組團(tuán)內(nèi)都混合了使用電加熱器的和未使用電加熱器的樓棟，通過多元統(tǒng)計分析法和上門訪問問卷調(diào)查法對以下數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分離出有無電加熱器兩種情況的實(shí)際電耗。

1宿舍電耗現(xiàn)狀淺析

用電設(shè)備包含：電熱水器、電腦、照明、風(fēng)扇、插座。2月、7月、8月正值假期，用電量為留校生產(chǎn)生，因人數(shù)不確定，地點(diǎn)不集中，不足以衡量所有學(xué)生用電情況，暫不參與分析。3月～7月、9月～1月為學(xué)習(xí)期間，1月、3月、4月、10月、11月、12月這幾個月用電量從圖1中可看出遠(yuǎn)高于9月，根據(jù)上海氣候以及生活習(xí)慣，除了7月、8月會洗冷水澡外，其余月份基本洗熱水澡，較冷的3月、4月、11月、12月尤為突出，從表1中看到用電量明顯高于其余月份。以12月為例，其耗電量甚至是9月的2倍，7月份的3倍。通過圖1、表1分析，可初步判斷，電熱水器耗電量在學(xué)生宿舍電耗中的比例遠(yuǎn)高于其他電器的電耗。

2有無使用電加熱器宿舍電耗分離

在16～20#樓內(nèi)，其中16#～18#樓無電加熱器，洗澡依賴公共浴室；19#、20#樓有電熱水器，如果能將這兩種情況進(jìn)行拆分，即可得到本研究想要的數(shù)據(jù)。

2.1電器功率多元統(tǒng)計分析法

16#～18#樓宿舍類型一致，用電設(shè)備包含：電腦、照明、風(fēng)扇、插座，現(xiàn)對宿舍各種電器通過電功率以及每天使用運(yùn)行時間進(jìn)行分析。

2.1.1電腦全年能耗

通過對這3棟公寓120個宿舍、235人的隨機(jī)調(diào)研得知，電腦的普及率為94%，筆記本占到了97%，在計算中可視為人均1臺筆記本電腦，筆記本電腦的功率(P)平均為0.04kW/h，每天工作從18：00－23：00，工作時間(H)為5h，每年工作時間為270s(D)，3棟公寓一共1696人(N)。

電腦全年能耗：

T電腦=P×H×N×D=0.04kW/h×5h×1696×270=91548kW·h(1)

2.1.2照明全年能耗

每個宿舍2個節(jié)能燈管，每個燈管的功率(P)平均為0.03kW/h，每天工作從17：00－23：00，工作時間(H)為6h，每年工作時間為270d(D)，3棟公寓一共848間宿舍(B)。

照明全年能耗：

T照明=P×H×B×2×D=0.03kW/h×6h×848×2×270=82425kW·h(2)

2.1.3風(fēng)扇全年能耗

每個宿舍1臺吊扇，每臺吊扇的功率(P)平均為0.08kW/h，每天工作從18：00－6：00，工作時間(H)為12h，每年工作時間為60d(D)，3棟公寓一共848間宿舍(B)。

風(fēng)扇全年能耗：

T風(fēng)扇=P×H×B×D=0.08kW/h×12h×848×60=48845kW·h(3)

2.1.43棟公寓樓2010年各電器總電耗及總電費(fèi)

3棟公寓總電耗：

T1總耗=T電腦+T照明+T風(fēng)扇+T插座(暫不考慮)

=91548+82425+48845

=222818kW·h(4)

3棟公寓總電費(fèi)：

T1總電費(fèi)=T總耗×電費(fèi)單價(0.617元/kW·h)

=222818kW·h×0.617=137478元(5)

2.2上門訪問問卷調(diào)查法

在對這3棟公寓120個宿舍、235人的隨機(jī)調(diào)研的過程中，有82個宿舍明確告知了每個月的電費(fèi)繳費(fèi)情況，總和平均之后，算得每個人月均繳納電費(fèi)(M)10元。

3棟公寓總電費(fèi)：

T2總電費(fèi)=人月均電費(fèi)M×人數(shù)N×9個月

=10×1696×9=152640元(6)

3棟公寓總電耗：

T2總電耗=T2總電費(fèi)/電費(fèi)單價(0.617元/kW·h)

=152640/0.617=247390kW·h(7)

2.3兩種方法對比、分析

功率多元統(tǒng)計分析法*終算得2010年T1總電費(fèi)為137478元，上門訪問問卷調(diào)查法*終算得2010年T2總電費(fèi)為152640元。兩種算法相差15162元。由于功率多元統(tǒng)計分析法在計算過程中，插座無規(guī)律可循，暫未考慮在內(nèi)，可將兩種算法的差價定義為插座電耗，因此，16～18#學(xué)生公寓樓2010年總電耗為247390kW·h，電力總消費(fèi)為152640元(不含寒暑假)。

3電加熱器電耗現(xiàn)狀分析

19#、20#樓共1460人，兩棟公寓年總電耗費(fèi)用：

T3=(16#～20#)樓T總電費(fèi)-(16#～18#)樓T2總電費(fèi)

=654775(不含寒暑假)-152640(不含寒暑假)

=502135元(8)

19#、20#樓電熱水器電耗費(fèi)用：

T電熱水器=T3-其他電耗

=502135-10元/月×9×1460

=502135-131400=370735元(9)

電熱水器電耗費(fèi)用占總電耗比例：

能耗比R=T電熱水器/T3=370735/502135=74%(10)

19#、20#樓電熱水器人均月電耗費(fèi)用：

U電熱水器=T電熱水器/1460人/9=370735/1460人/9=28.2元/人月(11)

4AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺

4.1平臺概述

AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統(tǒng)計、后勤計費(fèi)管理、校園運(yùn)維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網(wǎng)、荷、儲、充"多個角度解析高校當(dāng)下及未來的用能問題及用能需求，在統(tǒng)一的需求下“實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)、信息互通"等管理模式。助力學(xué)校管理智能化、數(shù)字化、綜合化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能校園、綠色校園、低碳校園。

4.2平臺組成

AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開放的分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由設(shè)備層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層組成。平臺融合電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計、電氣安全、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、預(yù)付費(fèi)等功能，用戶通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對企業(yè)用電進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運(yùn)維，同時滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、高效、有序的要求。

4.3平臺架構(gòu)

圖1 安科瑞高校綜合能效管理方案架構(gòu)拓?fù)?/span>

5高校綜合能效解決方案

5.1校園電力監(jiān)控與運(yùn)維

集成設(shè)備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運(yùn)行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動運(yùn)維，班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

5.2后勤計費(fèi)管理

采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、賬單統(tǒng)計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。

5.2.1宿舍用電管理

針對學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時通斷功能；

可進(jìn)行惡性負(fù)載識別，檢測違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄；

5.2.2商鋪水電收費(fèi)

針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理

5.2.3充電樁管理平臺

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充"信息能源結(jié)構(gòu)中是必*。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。

5.2.4智能照明管理

通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。

5.3 能源管理系統(tǒng)

針對校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。

按校園建筑的分類進(jìn)行采集和統(tǒng)計的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導(dǎo)決策，提高管理效能。

構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達(dá)到節(jié)能目的。

5.4 智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報警和事件信息通過手機(jī)短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達(dá)相關(guān)人員。

6平臺部署硬件選型

6.1電力監(jiān)控與運(yùn)維平臺

6.2 后勤計費(fèi)管理

6.2.1 宿舍/商業(yè)預(yù)付費(fèi)平臺

6.2.2充電樁管理平臺

6.2.3智能照明管理

6.3能源管理系統(tǒng)

6.4智慧消防系統(tǒng)

6.4.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

6.4.2消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

6.4.3防火門監(jiān)控系統(tǒng)

6.4.4消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

7結(jié)束語

本文通過電器功率多元統(tǒng)計分析法和上門訪問問卷調(diào)查法對上海地區(qū)高校學(xué)生宿舍生活熱水能耗現(xiàn)狀數(shù)據(jù)量化，并進(jìn)行節(jié)能潛力綜合分析與評估，得到包括電腦、照明、風(fēng)扇、插座、電熱水器的學(xué)生宿舍電耗，電熱水器占到了總電耗的74%能耗指標(biāo)(見圖2)，是其他4種電耗總和的2.8倍(見圖3)，電加熱器電耗過高，在總電耗中比例大，如果能通過切實(shí)有效的方法消除或降低此處電耗，將會從根本上大幅度降低宿舍高能耗問題。并且通過人均熱水器電耗，可推算出人均熱水使用量，對以后學(xué)生公寓熱水水量設(shè)計提供參考依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

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【3】張玲，羅多，李進(jìn)，張博.基于上海地區(qū)高校學(xué)生宿舍生活熱水能耗現(xiàn)狀分析及展望

【4】安科瑞高校綜合能效解決方案2022.5版.

【5】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者簡介

吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事宿舍安全用電研究發(fā)展。