简析在高校能源管理中建筑 节能监管平台的实践与应用

　　刘丹
 

　　安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
 

　　摘要：以节约型校园建设示范工程———宁夏大学节能监管平台项目建设为例，对系统的总体构架、关键技术、管理软件功能进行了详细的介绍。同时针对项目建设、运行和管理过程中出现的一些问题，提出有针对性的解决措施，为节能监管平台今后的运行管理以及功能的提升提供了一定的理论和经验支持。
 

　　关键词：校园节能；节能监管平台；用能管理
 

　　0 前言
 

　　近年来，随着我国高等教育办学规模的不断扩大，在校学生人数的不断攀升，高校能(资)源消耗总量的不断增加，对高校内部的资源配置和能源管理也提出了新的要求。对此，住房和城乡建设部下发了《关于推进高等学校节约型校园建设进一步加强高等学校节能节水工作的意见》(建科[2008]90号)及《高等学校节约型校园建设与管理技术导则(试行)》等相关文件，将创建节约型校园的任务真正提上了学校的议事日程。在节约型校园建设工作中，节能监管平台建设是一项重要的基础性工作。本文以住房和城乡建设部、教育部、财政部节约型校园建设示范工程———宁夏大学节能监管平台项目建设为背景，对电力载波技术及物联网技术在宁夏大学节能监管平台系统设计中的应用进行系统的分析和介绍。
 

　　1 节能监管平台建设目标及总体架构
 

　　1.1 建设目标
 

　　利用节能监管平台对校园各种能耗水耗数据进行实时采集、监测，对能耗数据进行统计分析、审计和公示，并以此为依据开展用能用水定额化、指标化、科学化管理，进行节能改造和评价工作，大限度地降低全校单位生均能耗水耗。争取开展太阳能、地热、中水等绿色清洁能源、资源的开发和利用，在实现建设节约型校园的基础上向绿色校园、低碳校园、生态校园转变。
 

　　1.2 节能监管平台总体架构
 

图1 节能监管平台总体架构图
 

　　宁夏大学节能监管平台建设基于校园网和低压载波远程抄表技术，通过远端数据采集实现对能耗单位及公共设施的水、电、暧、蒸汽等能源的监控和管理，为学校能源利用提供详备的数据分析和完善的辅助决策，同时根据设置条件对电、水进行节能控制。节能监管平台按结构主要分为3部分：计量控制系统、通信传输系统、主控中心(如图1所示)。
 

　　1.2.1计量控制系统。
 

　　计量控制系统实现水、电、暧、蒸汽能耗的数据采集及对水、电、暧、蒸汽使用的控制。用电实现三级监测，到楼，二级到楼层，三级到房间，其中，以办公教学单位为单位实现三级监测；供水、供暖实现到楼。计量控制系统主要负责能耗数据的采集，硬件控制的实现，状态信息的展示等。
 

　　主要设备：电子式载波一体表、多功能电表、智能水表、智能热计量表、涡街流量计、电动调节阀等。
 

　　1.2.2通信传输系统。
 

　　通信传输系统包括底层传输、校园网传输两部分，两者之间实现计量控制系统与主控中心的数据交互。
 

　　通信传输设备：智能数据网关、采集(控制)器。
 

　　1.2.3主控中心。
 

　　主控中心负责基础数据的管理，维系通讯服务，采集并管理计量数据，与客户端进行交互，下载系统参数，实现对管理任务的控制要求，对所有数据进行必要管理，根据业务逻辑产生各种分析数据，对系统的运行所产生的数据进行审计和管理等。
 

　　主控中心设备：应用服务器、数据库服务器、WEB服务器、交换机、防火墙、监控工作站、打印机等。
 

　　2 节能监管平台关键技术
 

　　2.1 数据传输方式
 

　　在节能监管平台建设过程中，选择采用何种数据传输方式是非常重要的一项技术环节。目前使用较多数据传输方式有，电力载波技术、RS485、无线传输。3种传输技术的对比及适用范围，如表1所示。
 

　　宁夏大学节能监管平台在建设过程中，结合自身实际，数据传输选择了以电力载波技术为主，RS485技术为辅的方式，具体的工作原理是：载波电表和采集器随时抄录水、电、气、热量表读数及状态并按表号存放，数据网关通过低压电力载波定时自动抄录并存储数据，利用校园网与数据中心通信，将数据存入服务器，再根据需求进行用水、电、气、热等能耗监测、统计、分析等工作。
 

　　表1  电力载波技术、RS485、无线传输技术的对比
 

 

　　宁夏大学校园网已经覆盖到了校园内的每栋建筑，节能监管平台主干通信网络采用校园专用局域网络。现场底层各分散计量设备通过低压电力载波技术或RS485总线、上层的以太网总线方式将能耗数据上传至节能监管平台数据中心。
 

　　2.3系统安全
 

　　2.3.1网络安全。
 

　　宁夏大学节能监管平台软件部分采用B/S结构设计，应用服务器是面向外网开放的，所有服务器及备份设备都运行在有硬件防火墙隔离的内网中，内外网间的数据交换都通过防火墙过滤，以保护内部网络的安全。
 

　　2.3.2数据安全。
 

　　宁夏大学节能监管平台的数据安全主要体现在以下几点：所有收集数据资料分类存储在数据库中，数据库有专人管理，同时制订了定期备份策略以及灾难恢复计划，数据资料按照预定备份策略进行备份至备份服务器以及磁盘阵列中。
 

　　2.4 信息资源整合
 

　　节能监管平台侧重于能耗数据的分析、展现，通过建立符合学校管理模式的各类能耗计算模型，对能耗进行系统深入的分析，实现数字图形化处理，以WEB发布的方式对校园的整体能耗情况。节能监管平台预留扩展接口，下一步还可将学校后勤的其他系统进行资源整合，比如，GIS地图、短信平台、房屋管理系统、公寓管理系统、地下管线监测管理系统以及向上级管理单位的数据上报系统。
 

　　3 节能监管平台软件功能
 

　　宁夏大学节能监管平台软件有基于C/S和B/S结构两种C/S结构的软件主要用于收集汇总各测点的能耗数据、显示系统运行状况、下达命令对用能、用水进行控制。B/S结构的软件主要功能有能耗数据实时监测、分类、分项、分区域能耗统计及分析、定额管理及能效考核、统计报表、系统安全等。如图2节能监管平台软件结构及功能示意图。
 

图2 节能监管平台软件结构及功能示意图
 

　　3.1能耗数据实时监测
 

　　根据《办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》和《高等学校节约型校园建设管理与技术导则 》要求，对供电、供水、供热系统及各建筑物实时能耗数据进行监测。宁夏大学节能监管平台软件通过二维校园图、供水、供暖管网图和配电系统图这4个模块对学校能耗情况进行实时在线监测分析，如图3二维校园图。
 

图3 二维校园图
 

　　3.2 能耗统计分析
 

　　统计及分析功能由：分类统计、分区域统计、分功能统计和分项统计4个模块，图4全校统计图。
 

图4 全校统计图
 

　　3.3 定额管理及能效考核
 

　　宁夏大学节能监管平台的建设将进一步完善各单位、各楼宇的用能信息，在此基础上学校可以根据各单位的办公、教学、科研工作量完成各单位用电、用水指标测算及定额制定工作，为实行“指标管理、定额包干、节余留用、超支自负”的用电管理模式做好准备。定额管理及能效考核功能由：KPI对标、用能定额管理两个模块组成。
 

　　3.4 统计报表
 

　　统计报表功能由：电水暖能日报、成本分摊、综合报表、逐点分析、对比分析5个模块组成。
 

　　3.5 能耗公示
 

　　能耗公示由：建筑总能耗排名公示、同类建筑单位面积能耗排名公示、同类建筑分项用能统计数据公示、同类建筑分时用能统计公示、同类建筑人均用能排名公示、同类建筑人均年度用能公示6个模块组成。
 

　　3.6 能耗审计
 

　　能耗审计由：同类建筑分项用能统计数据审计、同类建筑分时用能统计审计、同类建筑人均年度用能审计、校园建筑概况审计、建筑能耗水耗指标审计、节能指标审计高等学校建筑能耗水耗水平总体评价结论6个模块组成。
 

　　3.7 远程控制
 

　　宁夏大学节能监管平台可以实现实时动态监控，实现对区域、时段的实时动态远程控制关断，对水表、暖表电动阀还可以选择0°(关闭)，15°，30°，45°，60°，90°(全开)的不同角度的调控。
 

　　3.8报警功能
 

　　系统根据不同计量点的历史能耗数据自动设定能耗报警参数，并依据能耗报警参数实现实时监测报警(能耗监测、能耗异常追踪)、短信报警、能耗报警报告自动生成、能耗报警记录查询等功能。
 

　　4 节能监管平台建设和管理中存在的不足及解决措施
 

　　宁夏大学节能监管平台的建设，进一步细化能耗的计量采集，完善用能制度，发现了节能工作中的不足，找到了能源浪费的问题所在，提高了全校师生的节能意识，推进行为节能工作的深入开展，为下一步开展技术节能、管理节能及节约型校园建设、绿色校园建设、生态校园工作打下了坚实的基础。宁夏大学节能监管平台建设以及运行虽然取得了很好的成效，但也存在许多不足。
 

　　4.1 节能监管平台建设和管理中存在的不足
 

　　4.1.1节能监管平台建设宣传工作不到位。
 

　　节能监管平台在建设过程中，由于宣传工作不到位，使得广大师生对其建设的目的、意义理解不够透彻，导致平台的运行和管理效果受到一定的影响。
 

　　4.1.2节能监管平台建设准备工作不够充分计量点覆盖不够。
 

　　节能监管平台在前期建设过程中虽然做了大量的工作，但仍有许多不足，具体有： ①水电暖地下管(网)线路图及控制区域资料不够准确，造成计量点的设置不够合理，出现了漏计量和重复计量现象。 ② 用电仅实现低压配电室以下区域计量，开闭所高压计量暂未完成，致使供电线路线损、变损无法准确计算。 ③ 供热仅实现了建筑物计量，供热中心、换热站、供热主管线计量缺失，无法实现供热平衡计算和调配。
 

　　4.1.3节能监管平台运行和管理制度不够完善。
 

　　节能监管平台在建设过程中，配套制度及运行管理制度建设相对滞后，造成节能监管平台目前作用仅限于对各类建筑能耗的监测、统计、分析，使其功能和作用未能充分显现。
 

　　4.1.4能耗数据的分析、挖掘和利用工作不够深入。
 

　　目前，节能监管平台采集到的能耗数据仅限于统计和分析，对能耗数据的挖掘、利用和整理工作未*展开，尤其是对各单位、各建筑物的用能诊断、用能评估工作未进行深入进行，造成节能监管平台无法对学校建筑节能改造和用能管理工作提供有力的支撑。
 

　　4.2 节能监管平台建设和管理工作今后的需要采取措施
 

　　4.2.1完善节能监管平台系统建设提升平台综合功能。
 

　　节能监管平台建设是一项系统性工作，需对其功能不断的提升，具体有： ① 完善水电暖计量点的优化和调整，实现计量网络大方位覆盖。 ② 对校园水电暖地下管(网)线进行的勘测，在此基础上应用GIS技术建立校园地下管(网)线信息管理系统，实现了校园地下管(网)线的图像化显示，管线信息查询以及爆管分析和断面分析等功能。 ③ 增加节能监管平台配电室无人值守和校园路灯远程监控功能，减少用能管理成本、提升用能管理水平。
 

　　4.2.2完善节能监管平台运行和管理制度建设充分发挥平台的管控作用。
 

　　节能监管平台运行和管理，必须要有完善、可行的制度体系作为保证，今后需做好用能管理办法、能源统计与审计制度、用能公示制度、节能监管平台运行管理制度、用能定额管理制度、能效评价考核及奖惩等一系列制度的建设工作。
 

　　4.2.3强化能耗数据的分析利用工作、建立用能评价机制、提升用能管理水平。
 

　　节能监管平台建设过程中，能耗数据的分析、挖掘和利用是一项关键工作，积极开展各校区、各单位、各建筑物的能耗诊断、用能评估，为既有建筑节能改造、节约型校园建设、绿色校园建设提供支撑。同时，根据能耗数据及用能诊断报告开展校区水平衡测试、供热平衡计算，分析供水、供电、供暖设施(备)的运行状况，提出设备及管线的优化及调配方案，保证供水、供电、供暖设施(备)合理高效的运行。
 

　　4.2.4优化系统资源配置、降低节能监管平台运行管理成本。
 

　　节能监管平台在建设初期，考虑系统的独立性和安全性，建立数据中心配置了数据库、磁盘整列、UPS电源等硬件设备并建立了专用局域网络，在后期平台实际运行过程中逐渐显现出 一些弊端，如网络运行维护成本高、与校园网运行管理不协调、系统网络不够稳定等。对此，建议将节能监管平台专用局域网、数据库统一并入学校网络中心进行集中管理，实现资源的共享共用，同时降低平台的运行和管理成本。
 

　　5 安科瑞能耗在线监测系统介绍
 

　　5.1 系统概述
 

　　Acrel-5000建筑能耗监测系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。
 

　　5.2 应用场所：
 

　　(1)办公建筑(商务办公、办公建筑等)；
 

　　(2)商业建筑(商场、金融机构建筑等)；
 

　　(3)旅游建筑(宾馆饭店、娱乐场所等)；
 

　　(4)科教文卫建筑(文化、教育、科研、医疗卫生、体育建筑等)；
 

　　(5)通信建筑(邮电、通信、广播、电视、数据中心等)；
 

　　(6)交通运输建筑(机场、车站、码头建筑等)。
 

　　5.3系统功能
 

　　(1)登陆界面
 

　　系统可以根据客户要求定制个性化的系统登录界面，登录界面所用的图片、 Logo等由用户提供。
 

　　(2)综合能耗展示
 

　　系统登陆成功进入主页面，主页面显示该建筑的建筑图片，建筑基本信息,建筑当月分项用电饼图和各种能源的消耗量。
 

　　(3)支路能耗概况
 

　　系统可以根据分类能耗的支路名称查询用能情况，显示当日和当月的用能峰值(电能对应最大需量值)、当日用能、当月用能、当年用能以及昨天同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比较情况。
 

　　(4)支路用能
 

　　系统可以统计各支路某段时间内逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。
 

　　(5)分项能耗概况
 

　　系统可以按照动力、空调、插座等分项进行能耗统计与显示，支持用能饼图显示各分项过去31天的用能占比；堆积图显示各分项过去31天的能耗趋势；分项用能排名图显示被选中分项对应能耗值的支路。
 

　　(6)分项用能
 

　　系统可以统计各分项某段时间内逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能(这里的支路须通过基础数据中分类分项的配置。)
 

　　(7)部门能耗概况
 

　　系统可以按照部门进行能耗统计与显示，并进行日同比分析图，饼图显示各部门过去31天的用能占比；堆积图显示各部门过去31天的能耗趋势；部门绩效考核对比图显示实际用能和用能目标值，当实际用能值大于目标值时，实际值标为红色。
 

　　(8)区域能耗概况
 

　　系统可以按照区域进行能耗统计与显示，日分项用能同比分析图显示不同区域的当日与昨日能耗柱状图；饼图显示各区域过去31天的用能占比；堆积图显示各区域过去31天的能耗趋势；区域用能排名图中显示被选中区域对应能耗值位的支路。
 

　　(9)参数查询
 

　　查询各回路戓支路某段时间内的参数，以曲线的形式反映趋势(具体可以查询的参数与安装的仪表有关，查询时不能跨月，且绘制曲线时以1分钟为间隔)，电力参数可以多选。
 

　　(10)数据检查
 

　　系统可以统计某段时间内各回路与下级支路的用能差值，超过一定百分比后醒目显示(红色区域)，确保计量体系的完整性、准确性。
 

　　(11)非工作日用能分析
 

　　系统可统计各支路工作日与非工作日的能耗情况。此处的工作日和非工作日是在基础数据中非工作日设置中配置的非工作日。
 

　　(12)能耗数据同比环比分析
 

　　系统可将各种类型(电、水、气)和各主要耗能设备的能耗与去年同期值和上月值进行同比环比分析，检验节能效果，根据分析结果执行节能绩效考核，以及节能目标的修正。
 

　　(13)分时段用能统计
 

　　在仪表带有复费率统计功能的前提下，系统可以采集电表内尖、峰、平、谷参数，并将数据存储到数据库中方便后期查询。不同时段可以分别设置用电单价，统计报表会呈现出分时段电能值与电费。
 

　　(14)日月年报表
 

　　系统提供方便的日月年报表统计功能，通过选择不同回路，报表类型，查询日期，生成对应报表。选中报表中的某一行数据，会自动显示对应的柱状图。
 

　　(15)仪表网关断线报警
 

　　系统通过能耗网关采集数据时，可以获得仪表的通讯状态。当系统判断仪表通讯中断时间大于10分钟时或网关通讯中断时间大于20分钟时，系统会弹窗或者通过铃铛报警，显示当前通讯中断的仪表或者网关。
 

　　(16)图表导出
 

　　系统可将分析统计的曲线、棒图、报表导出到Excel格式文件，以便于用户数据二次利用。
 

　　(17)用户管理
 

　　系统用户权限管理采用分级模式，为系统管理员、后勤管理人员、设备维护人员三级，进行访问权限管理，防止未授权的访问，并对所有操作自动进行带时标事件记录，可建立良好的反事故措施。
 

　　(18)基础信息配置与维护
 

　　系统可根据项目实际情况配置每块智能仪表所属的能耗类型和分项、归属区域、设备类型，这些数据将作为用能分析的基础信息。
 

　　(19)人工录入数据
 

　　系统提供数据手工录入功能，可录入仪表每天的抄表值与每天的用能值，用于后期报表统计。
 

　　(20)远程访问功能(C/S模式)
 

　　系统采用C/S架构设计，在任意一台连接广域网的计算机上安装Acrel-5000建筑能耗监测系统客户端软件即可实时访问该能耗监测系统。
 

　　5.4 系统网络结构
 

　　AcrelCloud-5000能耗管理云平台采用分层组网架构，将系统分为设备层、网络层、应用层。
 

　　设备层：设备层作为平台数据来源的基础，通过仪表与传感器对参数进行监测和计量。
 

　　网络层：网络层通过强大的协议转换功能将采集到的设备层的数据传递到应用层，起到承上启下的作用。
 

　　应用层：应用层对设备层的数据进行分类、存储、统计分析，通过友好的人机界面为用户提供优质的体验。
 

图5 系统结构
 

　　5.5 能耗监测系统产品选型
 

　　高校建筑节能监管平台建设是一项涉及范围广、建设周期长、影响范围大的系统工程。它的建成将实现高校用能的科学化、制度化、精细化管理模式，有力的提升了高校用能管理水平，实现了高校能源资源的合理配置和高效利用，同时为及今后进技术节能、管理节能、行为节能及节约型校园建设、绿色校园建设、生态校园建设工作打下了坚实的基础。
 

　　6 结束语
 

　　本文讨论了宁夏大学节能监管平台的设计方案，关键技术及软件功能应用，利用校园专用局域网与电力载波技术实现平台能耗数据的采集和传输，基于B/S、C/S框架下建立的管理软件，实现了平台对能耗数据的监测、采集、统计、分析和利用的功能；结合节能监管平台自身建设和运行管理现状以及存在的一些问题，有针对性的提出一些解决措施，为进一提升节能监管平台功能和作用提供了有力的支持，同时也为兄弟院校节能监管平台建设和管理提供了一定的理论和经验支持。
 

　　【参考文献】
 

　　[1]谭洪卫.高校校园建筑节能监管体系建设[J].建筑科技,2010,(2)：15～19.
 

　　[2]黄志国.建筑节能监管平台在高校能源管理中的实践与应用.
 

　　[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.