摘要：近年來，高校宿舍建筑不斷增多，然而高校宿舍能耗管理卻沒有得到改善，使得能源浪費嚴重。分析高校宿舍的能耗現狀，提出合適的能耗評價指標，是改善高校宿舍能源浪費問題的關鍵所在。以湘潭某高校的宿舍樓為例，以日單位面積能耗和日人均能耗作為基礎能耗評價指標，對學年各季節(jié)的綜合能耗、分項能耗分別進行評價，找出各棟宿舍的節(jié)能潛力。同時運用SPSS軟件以各項能耗影響因素作為自變量，以日人均平均能耗作為因變量進行多元回歸分析，結果表明人均居住面積在湘潭地區(qū)高校宿舍能耗評價中是不可忽視的影響因素，能耗評價中需進行修正。該結論可有效指導湘潭地區(qū)宿舍節(jié)能工作的開展，同時也可為其他地區(qū)高校宿舍節(jié)能工作的開展提供理論基礎。
關鍵詞：高校宿舍;能耗評價;節(jié)能潛力;多元回歸分析
0引言
伴隨著高校規(guī)模不斷擴張，高校成為人口密度很高的能源集中消耗單位。從高校能源利用狀況的統(tǒng)計調查可知，高校能耗占全國總能耗的10%，而宿舍作為高校建筑中面積占比*大的建筑之一，由于用能者節(jié)能意識淡薄以及建筑運行管理粗放等原因，使得高校宿舍節(jié)能形式相當嚴峻，節(jié)能工作亟待開展。
對于高校建筑節(jié)能工作的開展，國內外學者主要通過能耗模擬軟件和實測研究兩種途徑對高校各類建筑能耗現狀展開研究。在能耗模擬方面，朱麗等人采用EnergyPlus軟件對天津某高校的宿舍樓、教學樓和食堂這三類建筑進行能耗特性分析;王偉等人采用能耗模擬分析軟件DeST對武漢地區(qū)某高校教學樓進行能耗計算和分析;楊志偉等人利用DeST－C能耗模擬軟件對沈陽某高校辦公建筑的能耗變化情況以及通風對建筑能耗的節(jié)能效果進行研究。在實測研究中，趙泰等人以高校既有學生公寓外窗節(jié)能改造方案的評價為研究對象，對某擬改造項目方案進行了實例分析;Desideri對意大利中部某高校宿舍用能情況進行了詳細分析通過收集高校宿舍的電力數據分析其用能特征和影響行為因素;Min等人對韓國某大學的建筑能耗數據進行了統(tǒng)計，根據對各類校園建筑的分類，給出了具體的節(jié)能措施建議，空調系統(tǒng)的耗能*為嚴重。近年來，也有一些學者通過建立節(jié)能監(jiān)管平臺的方法推進高校綠色校園建設。已有的研究大多從宏觀層面同時分析高校多種類型建筑的能耗水平，對宿舍樓用能情況分析不夠具體，因此對實際宿舍節(jié)能工作也缺乏實際指導意見。其次借助能耗模擬軟件，能耗數據的采集也缺乏一定的準確性。
鑒于此，本文以湘潭地區(qū)某高校宿舍為例，選取10棟典型宿舍建筑作為研究對象，建立能耗評價體系，記錄分析宿舍的實際用能狀況，找出具有節(jié)能潛力的宿舍和可能的能耗影響因素。
1能耗現狀
湘潭市某高校學生宿舍作為研究對象代表了湘潭地區(qū)大部分高校宿舍的建筑形式。該高校大部分宿舍為2005年以后新建，于2018年安裝分體空調，表1中統(tǒng)計了10棟宿舍的基本信息。調查發(fā)現學生在宿舍的能源消耗主要表現在空調、插座和照明(插座和照明作為一個類別)兩方面，因此，本文選取2005年以后新建的10棟宿舍樓作為研究對象，記錄了10棟宿舍從2018年9月1日至2019年8月31日在空調、插座和照明兩方面的總能耗，具體從各月和各季節(jié)的能耗狀況作簡要分析。
1.1各月能耗
10棟典型宿舍建筑觀察一學年內逐月能耗的變化如圖1所示。
圖12018－2019學年學生宿舍建筑各月能耗
由圖1可知，11月、12月、6月、7月為全年用能高峰期。整體來說，學生宿舍在冬、夏季的能耗均高于過渡季，2月、8月雖然也處在冬、夏季節(jié)，其能耗處于比較低的狀態(tài)，這是由于2月、8月處在學校寒暑假期間，大部分學生都離校，用能減少。9月、10月、4月由于處在過渡季節(jié)，氣溫比較舒適，學生們使用空調的時間較少，因此能耗也處在一個較低的狀態(tài)。1棟在建筑面積上相對于其他太小，易引起誤差，故不計入研究。
表1宿舍基本信息
1.2各季節(jié)能耗
其中能耗占比較高的是冬季和夏季。夏季占全年能耗比例為32.65%，冬季占全年總能耗比例為28.92%。這是由于夏季氣溫高，學生需要通過開啟空調來降溫，冬季氣溫低學生需要開啟空調制熱。春秋兩季所占全年能耗偏低，春季占全年能耗的比例為21.02%，秋季能耗占全年能耗比例的*少僅為18.42%。這是由于春秋兩季氣溫比較適中，學生開啟空調的頻率大幅度減少，因此春秋兩季的能耗處于一個較低的水平。
圖22018－2019學年學生宿舍建筑各季節(jié)能耗(單位:kW·h)
2能耗評價
鑒于目前對建筑能耗的評價大多基于能耗模擬軟件，基于理想參數下計算得到的結果，并不能反映建筑實際運行下的能耗狀況。因此本文的能耗評價建立在實際能耗數據上，選取合適的評價指標，可以更加明確和客觀地反映建筑運行的實際能耗。
2.1確定評價方法
現有學校宿舍建筑常用的能耗評價方法通常為學年能耗評價、典型日能耗評價兩種。對于學年能耗評價，考慮到在一個完整的學年內會有寒暑假、國慶等長假期，從圖1已經了解到各宿舍在2月、8月的能耗處于比較低的狀態(tài)，原因是這些長假期會使得宿舍內學生的入住率產生較大的變化，各宿舍留校人數比例不一樣，從而影響其占全學年能耗的比例，綜上原因，僅對其學年能耗進行評價來判定各棟宿舍能耗水平是不合理的。因此本研究選定在一學年內學員滿員時的日能耗來進行能耗評價，即學年典型日能耗評價作為該高校宿舍能耗評價方法。
2.2選擇評價指標
各宿舍的實際能耗數據來源于學校搭建的能耗監(jiān)測平臺，結合表1中10棟宿舍的建筑面積和居住人數的統(tǒng)計數據，采用單位面積能耗和人均能耗指標作為基礎能耗指標。此外考慮到宿舍能耗數據的采集來源于空調能耗、照明與插座這兩項，因此引入典型日分項能耗評價指標;從圖2宿舍各季節(jié)的能耗現狀了解到，能耗受季節(jié)波動較大，因此引入各季節(jié)典型日能耗評價指標。
2.3建立評價體系
評價體系的建立基于上述評價指標和評價方法，具體運用典型日單位面積能耗與典型日人均能耗這兩個基礎能耗指標對每棟宿舍綜合能耗、分項能耗、學年能耗、各季節(jié)能耗進行能耗評價，建立如圖3所示的能耗評價體系。
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圖3能耗評價體系
2.4能耗評價指標計算方法
下面為此能耗評價體系中能耗評價指標計算公式，主要包含典型日日單位面積各項能耗計算方法和典型日日人均能耗計算方法兩個方面。
典型日日單位面積各項能耗計算方法見式(1):E=Q
(1)A·d式中:E為(學年、冬季、夏季、過渡季)典型日單位面積綜合(分項)能耗，kW·h/(m2·d);Q為(學年、冬季、夏季、過渡季)典型日綜合(分項)能耗，kW·h;R為宿舍人數，人數;d為典型日數量，d。
2.5分析評價結果
利用上述能耗評價體系和能耗評價方法，分別從綜合能耗和分項能耗展開分析評價結果。
2.5.1綜合能耗
2018年－2019年期間2～9棟宿舍各學年和各季節(jié)分別在典型日日單位面積和日人均綜合能耗結果分析如圖4、5所示。
由圖4和圖5中數據可知，日單位面積綜合能耗和日人均綜合能耗在夏季和冬季相對于過渡季較高，其中
圖4典型日日單位面積綜合能耗圖5典型日日人均綜合能耗
第六棟宿舍夏季能耗較高，其可能的原因是該棟宿舍住著男生。調查發(fā)現男生在夏天通常比女生晚關燈，因為大部分男生喜好電競游戲的原因，一方面游戲設備導致插座和照明的能耗大大增加，另一方面追求舒適度導致了空調能耗的增加。
2.5.2分項能耗
2018年－2019年期間2～9棟宿舍各學年和各季節(jié)分別在典型日日單位面積空調能耗和日人均空調能耗結果分析見圖6、7。
根據圖6和圖7中數據可以看出，宿舍間空調的能耗變化不大，但受季節(jié)波動的影響很大，夏季日單位面積和日人均空調能耗遠遠高于學年、過渡季、冬季，冬季緊隨其后。這是因為夏季天氣炎熱，冬季天氣寒冷，空調需要開啟以進行制冷和供暖。過渡季節(jié)空調能耗*少，因為過渡季節(jié)氣候舒適，空調開啟時間很少。
2018年－2019年期間2～9棟宿舍各學年和各季節(jié)分別在典型日日單位面積照明和插座能耗與日人均照明和插座能耗結果分析見圖8、9。
圖6典型日日單位面積空調能耗圖7典型日日人均空調能耗
圖8典型日日單位面積照明和插座能耗圖9典型日日人均照明和插座能耗
從圖8和圖9中數據可知，照明和插座能耗隨季節(jié)變化較小，但宿舍間能耗差異較大，其中5、6、7宿舍的照明和插座能耗較大。可能的原因是這些宿舍是由男生住的，游戲等電子設備的能源消耗也包括在插座的能耗中。此外，在學年和每個季節(jié)的照明插座能耗中，冬季能耗占比例*高，這是由于冬季熱水消耗的增加，電熱水器的能耗計入照明插座能耗。
2.5.3節(jié)能潛力分析
人均每日平均分項能耗對分析宿舍學生的能源使用習慣和主要能耗設備更有幫助，因此建筑物的節(jié)能潛力通過學年和各季節(jié)內人均每日各項能耗指數的平均值來判斷。結合上述各項日人均能耗數據，計算平均能耗，以平均值作為分界點，當高于該值時，認為具有節(jié)能潛力，平均值越高節(jié)能潛力越大。
結合表1和圖5、7、9，通過對空調、照明和插座的日人均綜合能耗分析，獲得各宿舍樓的節(jié)能潛力。未超過學年和各季節(jié)能耗的平均值時表示現有狀態(tài)很節(jié)能，用“0"表示;超過時，用“1"表示。
3多元回歸分析
多元線性回歸是反應多個因素對同一結果的影響，不少學者基于多元線性回歸方法分析建筑能耗。現有能耗評價體系中，建筑設計因素和氣候因素對能耗結果的評價會產生一定的影響。本節(jié)以這些能耗影響因素作為自變量，以日人均綜合能耗作為因變量通過多元回歸模型的建立得出湘潭某高校宿舍能耗評價中需要修正的因素。
3.1影響因素
建筑設計因素包括圍護結構傳熱系數、人均居住面積、體型系數、單個寢室設計面積、單個寢室居住人數等。多元回歸分析中自變量與因變量之間的關系是線性的。從表1宿舍基本信息中可以看出，設計變量與因變量之間的關系是線性的，可以直接進行回歸分析。
3.2建立模型
以這9棟典型宿舍的能耗數據和統(tǒng)計信息作為回歸樣本。以人均居住面積、體型系數、層高、單個寢室人數、單個寢室面積、f(tP)(tP為綜合累積氣溫)作為自變量，以典型日人均綜合能耗作為因變量進行多元回歸分析模型匯總。采用SPSS進行逐步多元回歸分析
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、后勤計費管理、校園運維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網、荷、儲、充"多個角度解析高校當下及未來的用能問題及用能需求，在統(tǒng)一的需求下“實現能源互補、信息互通"等管理模式。助力學校管理智能化、數字化、綜合化，實現節(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絡結構，主要由設備層、傳輸層、數據層、應用層組成。平臺融合電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計、電氣安全、電能質量分析及治理、智能照明控制、預付費等功能，用戶通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可全局、整體的對企業(yè)用電進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調度、統(tǒng)一運維，同時滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、高效、有序的要求。
3.3平臺架構
圖1安科瑞高校綜合能效管理方案架構拓撲
5.1校園電力監(jiān)控與運維
集成設備所有數據，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運行，集中調控，集中監(jiān)控，數字化巡檢，移動運維，班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。
5.2后勤計費管理
采用先進的網絡抄表付費管理技術，實現電、水、氣等能源綜合計費，實現遠程抄表、費率設置、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，可設置補貼方案。通過能源付費管理方式，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
針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發(fā)基礎用電額度和定時通斷功能；
可進行惡性負載識別，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
針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預付費管理
5.2.3充電樁管理平臺
充電樁在“源、網、荷、儲、充"信息能源結構中是必*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必*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，實現校園內任一線路，任一個路燈的定時開關、強制開關、亮度調節(jié)，以及定時控制方案靈活設置，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行采集和統(tǒng)計的各類建筑耗電數據。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數據分門別類的分析，提供領導決策，提高管理效能。
構建符合校園節(jié)能監(jiān)管內容及要求的數據庫，能自動完成能耗數據的采集工作，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)測能耗設備的運行狀態(tài)，設置控制策略，達到節(jié)能目的。
5.4智慧消防系統(tǒng)
智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監(jiān)控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內運行，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備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關報警和事件信息通過手機短信、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相關人員。
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