摘要：高校能耗问题突出，节能潜力巨大，倘若能有的放矢，以点带面，各个击破，将会协助节约型校园建设取得理想的节能、降耗、减排效果。就上海地区某高校情况，结合相关数据，对电功率通过多元统计分析法和上门访问问卷调查法，就生活热水能耗现状以及节能潜力进行综合分析与评估，探寻学生宿舍高能耗源头，量化热水节能潜力。相关研究将对上海地区以及长三角及长江流域高校学生宿舍生活热水节能改造提供参考依据，推动夏热冬冷地区区域节能科学性、可持续发展。
关键词：上海地区；节约型校园；生活热水；节能潜力
0引言
上海属于夏热冬冷气候区，四季分明，除去每年*热的7月、8月（平均*高气温31.6℃，平均气温27.8℃）外，其余时间洗澡皆需要热水，热水的使用量较大，在热水器的选择上需要综合考虑安全、投入及运营成本。
截至2005年，全国普通高校共1794所，建筑面积达到5.08亿m2；在校学生数超过2300万人，教职工数189.1万人，占全国城镇总人口数的4.4%，人均能耗高。经统计，全国45所高校人均生活用水量是145.2t，是全国人均用水量的1.95倍。45所高校的人均年能耗折算为0.775吨标准煤，相当于人均能耗用电折算为2152kW·h，是全国人均生活用能的4.32倍。实际电耗占总能耗26.8%。人均电耗2152×26.8%为576kW·h，是2003年全国人均电耗(173kW·h)的3倍；是上海(484kW·h)、北京(483kW·h)人均电耗的1.2倍；是2006年全国生活能源电力人均消费量(3252亿kW·h÷13亿人=250kW·h)的2.3倍。
能耗如此高，如此集中，节能、节地、节水、节材的节约型校园需求势在必行。上海地区生活水平较高且高校云集，各高校新校区及部分老校区基本实现宿舍附带独立卫生间，大部分的学生宿舍都安装有电加热器，每年校方以及学生本人在此处的电费支出较大，与使用集中浴室的学生相比，高出几倍。但集中浴室大多在宿舍外，洗澡极不方便，这跟日益提高的生活水平相矛盾，越来越多的学生已经感觉到不适应，迫切希望足不出户即能解决洗澡问题，并且教育部、教委也在积极地推动提高学生生活质量的政策与部署，显然集中浴室也非长久之计。目前需要寻求一种既能符合高校学生日益增长的物质文化生活需求，又具有安全、高效、节能的宿舍热水系统。本文就传统热水加热方式之电加热器能耗现状进行分析，探寻学生宿舍高能耗源头，量化热水节能潜力，将为下一轮的校园节能改造点提供依据。
恰逢上海某高校学生宿舍洗澡使用电加热器和使用公共浴室兼而有之，从能源中心拿到了2010年7#～15#楼以及16#～20#楼两组宿舍组团电耗，两个组团内都混合了使用电加热器的和未使用电加热器的楼栋，通过多元统计分析法和上门访问问卷调查法对以下数据进行分析，分离出有无电加热器两种情况的实际电耗。
1宿舍电耗现状浅析
用电设备包含：电热水器、电脑、照明、风扇、插座。2月、7月、8月正值假期，用电量为留校生产生，因人数不确定，地点不集中，不足以衡量所有学生用电情况，暂不参与分析。3月～7月、9月～1月为学习期间，1月、3月、4月、10月、11月、12月这几个月用电量从图1中可看出远高于9月，根据上海气候以及生活习惯，除了7月、8月会洗冷水澡外，其余月份基本洗热水澡，较冷的3月、4月、11月、12月尤为突出，从表1中看到用电量明显高于其余月份。以12月为例，其耗电量甚至是9月的2倍，7月份的3倍。通过图1、表1分析，可初步判断，电热水器耗电量在学生宿舍电耗中的比例远高于其他电器的电耗。
2有无使用电加热器宿舍电耗分离
在16～20#楼内，其中16#～18#楼无电加热器，洗澡依赖公共浴室；19#、20#楼有电热水器，如果能将这两种情况进行拆分，即可得到本研究想要的数据。
2.1电器功率多元统计分析法
16#～18#楼宿舍类型一致，用电设备包含：电脑、照明、风扇、插座，现对宿舍各种电器通过电功率以及每天使用运行时间进行分析。
2.1.1电脑全年能耗
通过对这3栋公寓120个宿舍、235人的随机调研得知，电脑的普及率为94%，笔记本占到了97%，在计算中可视为人均1台笔记本电脑，笔记本电脑的功率(P)平均为0.04kW/h，每天工作从18：00－23：00，工作时间(H)为5h，每年工作时间为270s(D)，3栋公寓一共1696人(N)。
电脑全年能耗：
T电脑=P×H×N×D=0.04kW/h×5h×1696×270=91548kW·h(1)
2.1.2照明全年能耗
每个宿舍2个节能灯管，每个灯管的功率(P)平均为0.03kW/h，每天工作从17：00－23：00，工作时间(H)为6h，每年工作时间为270d(D)，3栋公寓一共848间宿舍(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风扇全年能耗
每个宿舍1台吊扇，每台吊扇的功率(P)平均为0.08kW/h，每天工作从18：00－6：00，工作时间(H)为12h，每年工作时间为60d(D)，3栋公寓一共848间宿舍(B)。
风扇全年能耗：
T风扇=P×H×B×D=0.08kW/h×12h×848×60=48845kW·h(3)
2.1.43栋公寓楼2010年各电器总电耗及总电费
3栋公寓总电耗：
T1总耗=T电脑+T照明+T风扇+T插座(暂不考虑)
=91548+82425+48845
=222818kW·h(4)
3栋公寓总电费：
T1总电费=T总耗×电费单价(0.617元/kW·h)
=222818kW·h×0.617=137478元(5)
2.2上门访问问卷调查法
在对这3栋公寓120个宿舍、235人的随机调研的过程中，有82个宿舍明确告知了每个月的电费缴费情况，总和平均之后，算得每个人月均缴纳电费(M)10元。
3栋公寓总电费：
T2总电费=人月均电费M×人数N×9个月
=10×1696×9=152640元(6)
3栋公寓总电耗：
T2总电耗=T2总电费/电费单价(0.617元/kW·h)
=152640/0.617=247390kW·h(7)
2.3两种方法对比、分析
功率多元统计分析法*终算得2010年T1总电费为137478元，上门访问问卷调查法*终算得2010年T2总电费为152640元。两种算法相差15162元。由于功率多元统计分析法在计算过程中，插座无规律可循，暂未考虑在内，可将两种算法的差价定义为插座电耗，16～18#学生公寓楼2010年总电耗为247390kW·h，电力总消费为152640元(不含寒暑假)。
3电加热器电耗现状分析
19#、20#楼共1460人，两栋公寓年总电耗费用：
T3=(16#～20#)楼T总电费-(16#～18#)楼T2总电费
=654775(不含寒暑假)-152640(不含寒暑假)
=502135元(8)
19#、20#楼电热水器电耗费用：
T电热水器=T3-其他电耗
=502135-10元/月×9×1460
=502135-131400=370735元(9)
电热水器电耗费用占总电耗比例：
能耗比R=T电热水器/T3=370735/502135=74%(10)
19#、20#楼电热水器人均月电耗费用：
U电热水器=T电热水器/1460人/9=370735/1460人/9=28.2元/人月(11)
4AcrelEMS-EDU高校综合能效管理平台
4.1平台概述
AcrelEMS-EDU校园综合能效管理解决方案针对校园能源统计、后勤计费管理、校园运维管理等提供高校的信息化管理平台。从“源、网、荷、储、充”多个角度解析高校当下及未来的用能问题及用能需求，在统一的需求下“实现能源互补、信息互通”等管理模式。助力学校管理智能化、数字化、综合化，实现节能校园、绿色校园、低碳校园。
4.2平台组成
AcrelEMS-EDU高校综合能效管理平台采用开放的分层分布式网络结构，主要由设备层、传输层、数据层、应用层组成。平台融合电力监控、电能统计、电气安全、电能质量分析及治理、智能照明控制、预付费等功能，用户通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对企业用电进行进行集中监控、统一调度、统一运维，满足企业用电可靠、安全、节约、高效、有序的要求。
4.3平台架构
图1安科瑞高校综合能效管理方案架构拓扑
5高校综合能效解决方案
5.1校园电力监控与运维
集成设备所有数据，综合分析、协同控制、优化运行，集中调控，集中监控，数字化巡检，移动运维，班组重新优化整合，减少人力配置。
5.2后勤计费管理
采用先进的网络抄表付费管理技术，实现电、水、气等能源综合计费，实现远程抄表、费率设置、账单统计汇总等，支持微信、支付宝、一卡通等充值支付方式，可设置补贴方案。通过能源付费管理方式，培养用能群体和部门的节能意识。
5.2.1宿舍用电管理
针对学生宿舍用电进行管理控制：可批量下发基础用电额度和定时通断功能；
可进行恶性负载识别，检测违规电气，并可获取违规用电跳闸记录；
5.2.2商铺水电收费
针对校园超市、商铺、食堂及其他针对个体的水电用能进行预付费管理
5.2.3充电桩管理平台
充电桩在“源、网、荷、储、充”信息能源结构中是必不可缺的。充电桩应用管理同样是校园生活服务中必不可缺的一部分。
5.2.4智能照明管理
通过对高校路灯的全局监测，提供对路灯灵活智能的管理，实现校园内任一线路，任一个路灯的定时开关、强制开关、亮度调节，以及定时控制方案灵活设置，确保路灯照明的智能控制和高效节能。
5.3能源管理系统
针对校园水、电、气等各类接入能源进行统计分析，包含同比分析、环比分分析、损耗分析等。了解用能总量和能源流向。
按校园建筑的分类进行采集和统计的各类建筑耗电数据。如办公类建筑耗电、教学类建筑耗电、学生宿舍耗电等，对数据分门别类的分析，提供领导决策，提高管理效能。
构建符合校园节能监管内容及要求的数据库，能自动完成能耗数据的采集工作，自动生成各种形式的报表、图表以及系统性的能耗审计报告，能够监测能耗设备的运行状态，设置控制策略，达到节能目的。
5.4智慧消防系统
智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。
6平台部署硬件选型
6.1电力监控与运维平台
应用场合 | 产品 | 型号 | 功能 |
变电所运维云平台 | | AcrelCloud-1000 | AcrelCloud-1000变电所运维云平台基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境视频场景等需求，实现数据一个中心，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收报警，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。 |
智能网关 | | Anet系列 | 8个RS485串口2kV隔离，2个以太网接口，支持ModbusRtu、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通讯协议设备的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上传协议、支持多中心不同数据服务要求，支持断点续传，装置电源:220VAC/DC。 |
| ANet-2E4SM | 4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTC、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块,*多可扩展16路。 | |
10KV进/馈线 | | AM6-L | 相间电流速断保护，相间限时电流速断保护（可带低压闭锁），相间过电流保护（可带低压闭锁），两段式零序过流保护，反时限相间过流保护（可带低压闭锁），零序反时限过流保护，过负荷保护，控制回路异常告警。 |
10/0.4KV变压器 | AML-S | 分合闸位置、手车工作/试验位置、接地刀闸位置、硬接点信号(保护跳闸、装置告警、控制回路断线、装置异常、未储能、事故总等)、报文(过流、过负荷、超温报警、过温报警、装置告警、PT断线、CT断线、对时异常等)、遥控开关、故障波形分析(故障录波、故障波形、故障记录、跳闸、故障电流电压)等。 | |
35kV/100kV/6kV 间隔智能操控、 35kV/10kV/ 6kV传感器 | | ASD500 | 一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度控制及显示（标配一路强制加热）、远方/就地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、柜内照明控制、RS485接口、高压柜内电气接点无线测温。 |
35kV/10kV/ 6kV传感器 | | 合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125℃，测量精度±1℃；无线传输距离空旷150米； | |
35kV/10kV/6kV 间隔电参量测量 | | APM810 | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；实时及需量；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示； |
变压器接头测温低压进出线柜接头测温 | | ARTM-Pn | 可至多配套60个ATE400测温传感器，无线温度传感器ATE400适用于手车式动触头，电缆与母排搭接处，隔离刀闸搭接处等电气搭接点的温度测量，采用捆绑式安装。可使用ATC-400无线测温接收器接收数据。该终端可单独安装在高压柜、低压抽屉柜内。 |
中低压回路 | | WHD72-11 | WHD温湿度控制器产品主要用于中高压开关柜、端子箱、环网柜、箱变等设备内部温度和湿度调节控制。工作电源：AC/DC85～265V工作温度：-40.0℃～99.9℃工作湿度：0RH～99RH |
| ADW300 | 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级 | |
| DTSD1352 | 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 |