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為了滿足數(shù)字化時(shí)代對建筑功能、管理和使用體驗(yàn)等方面提出的多元需求，近年來智能建筑頗受青睞。據(jù)國際市場研究機(jī)構(gòu)Markets and Markets稱，全球智能建筑市場規(guī)模預(yù)計(jì)將從2020年的663億美元增長到2025年的1089億美元，年復(fù)合增長率為10.5%。同時(shí)，該機(jī)構(gòu)通過深入研究發(fā)現(xiàn)，智能建筑的主要增長動(dòng)力包括建筑運(yùn)營者越來越多地采用支持物聯(lián)網(wǎng)的建筑管理系統(tǒng)，對空間利用的意識和節(jié)能水平的更高要求，以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的推動(dòng)。

這一點(diǎn)在中國市場則體現(xiàn)得更為明顯。在數(shù)字化與電氣化相容并進(jìn)的今天，除了對建筑本身的安全性、實(shí)用性和舒適性有較高要求外，在“雙碳”目標(biāo)的推動(dòng)下，行業(yè)更加注重智能建筑的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展。

大學(xué)校園作為一個(gè)典型的建筑類型，因用能體量大、用電復(fù)雜、電力運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)高等特點(diǎn)，已成為建筑能效管理的智能化改造中的重點(diǎn)研究方向。而供配電系統(tǒng)向上連接建筑能源生產(chǎn)，向下連接建筑能源消耗，自然也在院校建筑的智能化改造中首當(dāng)其沖。

從理論而言，所謂智能配電系統(tǒng)，可以理解為是“將數(shù)據(jù)作為語言”的配電系統(tǒng)，通過數(shù)字化手段可使得海量終端設(shè)備與系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，依托對設(shè)備和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集和深度價(jià)值挖掘，讓它們能夠“表達(dá)”自身狀態(tài)，還可以與樓宇管理系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)網(wǎng)從而打造智能化管理平臺，幫助建筑運(yùn)營者隨時(shí)隨地獲取能源使用情況。

那么從實(shí)踐出發(fā)，智能配電如此優(yōu)秀，是否能在院校園區(qū)的能源管理中交出高分“答卷”？

對此，全球能源管理與自動(dòng)化領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的專家施耐德電氣，邀請華南理工大學(xué)廣州國際校區(qū)綜合事務(wù)辦公室鄭浩奕老師、華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司的電氣總工程師俞洋，以及華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司電氣設(shè)計(jì)師過仕佳，做客業(yè)內(nèi)首檔面向電氣設(shè)計(jì)師的高端知識分享類系列對話——大師說。三位大咖立足華南理工大學(xué)廣州國際校區(qū)這一成功應(yīng)用智能配電解決方案的明星項(xiàng)目，共同探尋上述問題的答案。

高端定位 打造智慧校園樣板工程

華南理工大學(xué)廣州國際校區(qū)是由教育部、廣東省、廣州市、華南理工大學(xué)四方共建的一所在地國際化的教育新高地，在規(guī)劃之初就被給予厚望——廣州第一個(gè)城市街區(qū)式大學(xué)校園，第一個(gè)以設(shè)計(jì)牽頭的EPC項(xiàng)目，第一個(gè)借助國家重點(diǎn)研究項(xiàng)目探討珠三角地區(qū)氣候適應(yīng)性的綠色建筑項(xiàng)目......該項(xiàng)目總占地面積1700畝，一期工程50萬平方米，投資36億人民幣，目前主要設(shè)有微電子學(xué)院、吳賢銘智能工程學(xué)院、聲音學(xué)院、分子學(xué)院及未來技術(shù)學(xué)院等。

華南理工大學(xué)廣州國際校區(qū)

從學(xué)科配置上不難看出，國際校區(qū)正在重點(diǎn)發(fā)展以大數(shù)據(jù)、人工智能、生物材料為代表的前沿的交叉學(xué)科。因此，這個(gè)全新設(shè)計(jì)的校園對電氣化以及配電智能化方面有著同樣高標(biāo)準(zhǔn)要求。“我們之前的舊校區(qū)和后來的大學(xué)城校區(qū)采用的都是比較傳統(tǒng)的電力運(yùn)維模式，已不適用于國際校區(qū)的高端定位。”鄭浩奕解釋道，“我們希望基于對校園配電安全隱患進(jìn)行預(yù)警，對能源利用率進(jìn)行精細(xì)化調(diào)控，以及實(shí)現(xiàn)無人值守模式這三大智能化嘗試，讓運(yùn)維由被動(dòng)變主動(dòng)，更有效地管理這個(gè)規(guī)模龐大、綜合不同區(qū)域運(yùn)維需求的校園，助力國際校區(qū)成為一個(gè)安全、高效、綠色的智慧校園樣板工程。”

來自項(xiàng)目主要牽頭方的華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司的電氣總工程師俞洋，在建筑領(lǐng)域可謂身經(jīng)百戰(zhàn)，近十多年來參與了全國將近200所院校的設(shè)計(jì)。他說：“基于該項(xiàng)目高端定位需要，我們的總體設(shè)計(jì)思路強(qiáng)調(diào)底層設(shè)備數(shù)據(jù)采集要全、數(shù)據(jù)分析要有效、運(yùn)維操作要便捷。”他進(jìn)一步解釋道，數(shù)據(jù)采集的目的不是采集，而是用于挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，給決策以參考。以往，配電系統(tǒng)只對系統(tǒng)回路采集數(shù)據(jù)，可一旦發(fā)現(xiàn)問題，且無法定位問題是回路中的哪個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生。因此，國際校區(qū)的智能配電解決方案，不僅會采集回路數(shù)據(jù)，還會將包括設(shè)備、配電元器件、ITS、SPD等所有數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與分析，通過充分利用數(shù)字化手段，對數(shù)據(jù)價(jià)值進(jìn)行深度挖潛，從而為設(shè)備與系統(tǒng)的后續(xù)運(yùn)維工作提供行動(dòng)參考。

從傳統(tǒng)到智能 讓電能管理更有據(jù)可依

隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，商業(yè)化和信息化的深度融合，對于智能建筑來說，可以通過引進(jìn)具有“自我感知”能力的設(shè)備，并以數(shù)據(jù)作為其狀態(tài)反饋信息的載體，配合智能化系統(tǒng)對不同區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以更加精細(xì)化和動(dòng)態(tài)的方式，提升部署與樓宇內(nèi)電氣設(shè)備的能效和管理水平，才能為智慧、綠色校園帶來強(qiáng)健的基底。

具體到華南理工大學(xué)項(xiàng)目，在明確整體設(shè)計(jì)思路后，過仕佳詳細(xì)介紹了華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院從供配電系統(tǒng)采集層、通訊層和控制層實(shí)現(xiàn)智能化升級的具體措施。

在采集層，施耐德電氣采用傳感技術(shù)、無線通訊技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)讓設(shè)備和元器件實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，以全I(xiàn)P架構(gòu)，打造從中壓到終端，從母線到電源，從能效到溫度的全路徑配電網(wǎng)絡(luò)。如MTZ空氣斷路器和NSX塑殼斷路器，能夠時(shí)刻向上反饋斷路器在不同環(huán)境和使用影響下的壽命狀態(tài)和使用情況，從而時(shí)刻反饋電氣回路運(yùn)行情況，提升運(yùn)維的主動(dòng)性。“作為設(shè)計(jì)師，我們一直強(qiáng)調(diào)，為了掌握系統(tǒng)全局狀態(tài)，數(shù)據(jù)采集應(yīng)該盡量向末端靠近。利用施耐德電氣的智能斷路器，運(yùn)維人員可以從后臺了解開關(guān)本體內(nèi)的數(shù)據(jù)，比如開關(guān)觸頭磨損的情況，并由此分析出斷路器的壽命，從而能夠提前安排一些具有預(yù)見性的維護(hù)動(dòng)作。而這是不具備互聯(lián)互通能力的斷路器無法實(shí)現(xiàn)的。”身為資深電氣設(shè)計(jì)師的過仕佳一語中的。

在通訊層，基于底層元器件設(shè)備具有的互聯(lián)互通屬性，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可通過總線以及以太網(wǎng)連通，上傳至部署于控制層的施耐德電氣PSO電力監(jiān)控系統(tǒng)，隨后依托電力監(jiān)控模塊和電力診斷模塊的協(xié)作，從細(xì)節(jié)出發(fā)，對不同區(qū)域開關(guān)、系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和簡單分析，為該項(xiàng)目運(yùn)維管理團(tuán)隊(duì)提供配電系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制，以實(shí)現(xiàn)及時(shí)故障排除，從而最大限度地提高電源可用性，優(yōu)化運(yùn)維效率。對此，過仕佳深有體會，“在施工調(diào)試階段，我們利用施耐德電氣的軟件系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)比對，發(fā)現(xiàn)了一些潛伏在系統(tǒng)中的簡單故障，如接線錯(cuò)誤，儀表掉線，或者測量的數(shù)據(jù)有偏差等。而這在沒有數(shù)字化手段支持的施工調(diào)試運(yùn)行過程中很難發(fā)現(xiàn)。可以說，施耐德電氣為項(xiàng)目提供的電力監(jiān)控方案不僅讓運(yùn)維化繁為簡，更為主動(dòng)，也讓調(diào)試效率穩(wěn)步提升。” 另外，通過電力監(jiān)控，配電柜如電容補(bǔ)償柜、出線柜中因功率因數(shù)、諧波的變動(dòng)等，也能夠被及時(shí)捕捉，從而幫助運(yùn)維人員迅速做出反應(yīng)。

作為業(yè)主方，鄭浩奕對 “充分利用數(shù)據(jù)”的必要性也有深刻體會。“有一次因?yàn)橐粋€(gè)元件溫度過高導(dǎo)致低壓柜開關(guān)斷開，運(yùn)維人員無法準(zhǔn)確進(jìn)行故障定位，立即把這一問題通過手機(jī)app上傳到施耐德電氣電力監(jiān)控系統(tǒng)的后臺。施耐德電氣的技術(shù)專家結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)，進(jìn)行了快速分析，并提供了一份詳細(xì)的分析報(bào)告，從而幫助我們的工程師及時(shí)解決了故障。”

總體而言，國際校區(qū)項(xiàng)目通過采用施耐德電氣的智能配電整體解決方案，為對D地塊學(xué)院樓、科研及網(wǎng)絡(luò)中心所需的安全、穩(wěn)定的環(huán)境，提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

此外，數(shù)據(jù)的采集和分析還為國際校區(qū)二期的運(yùn)行提供了優(yōu)化建議。鄭浩奕表示：“不包括數(shù)據(jù)中心在內(nèi)，國際校區(qū)一期的變壓器安裝容量是61800kVA，我們的用電指標(biāo)大概在110W/㎡左右。通過一年的運(yùn)行，我們注意到，除去新校區(qū)實(shí)驗(yàn)室的使用并沒有達(dá)到滿負(fù)荷的情況外，部分區(qū)域的變壓器負(fù)載率并不是特別高。這些發(fā)現(xiàn)為我們在校區(qū)二期規(guī)劃時(shí)，提供了更為合理的推斷和調(diào)整參考。”

三校區(qū)聯(lián)動(dòng) 構(gòu)建智慧校園數(shù)字化生態(tài)

華南理工大學(xué)廣州國際校區(qū)一期工程的目標(biāo)是通過電能質(zhì)量管理和電力監(jiān)控的整體解決方案，在確保供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測性運(yùn)維，提高能源效率和可持續(xù)發(fā)展。目前，一期已經(jīng)運(yùn)營了一年時(shí)間。“與舊校區(qū)超30人且依賴人力運(yùn)維的方式不同，依托施耐德電氣智能配電整體解決方案的支持，我們得以實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)控化、能源使用精細(xì)化、運(yùn)維少人值守化的 ‘三化合一’模式，讓整體效率更高，管理成本更低。當(dāng)前，國際校區(qū)僅需5名運(yùn)維人員即可完成日常巡檢工作。” 鄭浩奕對國際校區(qū)一期項(xiàng)目配電智能化的成效給予了充分的肯定。

據(jù)介紹，國際校區(qū)項(xiàng)目也預(yù)留了接入專家級應(yīng)用分析與服務(wù)的空間，為未來更好地利用數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)三個(gè)校區(qū)整體能源管理，提供更多可能。“這也是我們二期建設(shè)的目標(biāo)，即基于三大校區(qū)聯(lián)動(dòng)管理需求，從電能質(zhì)量管理和電力監(jiān)控一點(diǎn)出發(fā)，通過數(shù)據(jù)價(jià)值的更深度挖掘，實(shí)現(xiàn)更高等級、更全面的能源管理。”過仕佳表示。

對此，俞洋補(bǔ)充道：“智能配電的目的，是使供配電系統(tǒng)更可靠、更安全、更節(jié)能、更易于管理。國際校區(qū)二期的智能配電，仍將延用一期搭建的框架平臺，目前已經(jīng)開始逐步部署階段。同時(shí)，老舊校區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施和通訊設(shè)備的改造也是重中之重，將成為一校三區(qū)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一平臺管理的關(guān)鍵。可以想象，當(dāng)所有校區(qū)都能通過一個(gè)平臺進(jìn)行管理的時(shí)候，那才是智能配電系統(tǒng)發(fā)揮最大作用的時(shí)候。”

從末端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，到利用數(shù)據(jù)分析并解決問題，智能配電的整體解決方案，不僅可以讓配電系統(tǒng)變聰明，也能夠全面滿足智慧校園對能源管理和可持續(xù)發(fā)展的核心訴求，從而為管理聚合力，為環(huán)境增活力，為學(xué)習(xí)添動(dòng)力。