淺談云能耗管理系統(tǒng)在某高校建筑系統(tǒng)平臺的開發(fā)與應用

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：依據(jù)本項目依托某學院的電能計量管理系統(tǒng)、給水計量監(jiān)管系統(tǒng)以及供熱計量管理系統(tǒng)等基礎平臺，制訂了高等學校建筑能耗綜合管理系統(tǒng)平臺應用的總體框架和方案，該系統(tǒng)可以對校園建筑的各種用能情況進行實時監(jiān)測、統(tǒng)計能耗、進行能效分析，并可以對系統(tǒng)進行評估和故障診斷等應用研究，達到數(shù)據(jù)可視化、分析圖表化、能耗指標化、管理數(shù)字化、消費合理化，為實現(xiàn)長效有序校園節(jié)能管理，建設節(jié)約型校園提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

關鍵詞:建筑能耗管理；電能計量；給水計量；供熱計量；節(jié)約型校園

0引言

我國高度重視節(jié)能減排工作，在十六屆五中全會上確定了加快建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的重大決定，標志著我國全面開始實施節(jié)能減排工作。在創(chuàng)建節(jié)約型社會的背景下，為有序而全面地推進校園節(jié)能減排的工作，教育部于2007年發(fā)出《教育部關于開展節(jié)能減排學校行動的通知》，標志著高校校園建筑節(jié)能減排工作全面開始實施。近些年節(jié)能減排成為全國校園建設的一大主題。高校能耗計量及其管理的研究，是降低高校能耗、建設節(jié)約型校園的關鍵基礎。高等學校建筑規(guī)模大、人員密集，屬于大型公共建筑，能源消耗大，節(jié)約型校園建設意義重大。建設節(jié)約型校園建筑節(jié)能監(jiān)管體系能夠對建筑能耗實施動態(tài)監(jiān)測、能耗統(tǒng)計、能源審計、能效公示、用能結算，加強用能管理，實施節(jié)能改造，落實新建建筑物節(jié)能規(guī)劃與建設，推進大學節(jié)約型校園建設各項工作，為全面推進我國高等學校節(jié)約型校園建設積累經(jīng)驗，為促進建筑節(jié)能、創(chuàng)建節(jié)約型和諧社會、落實科學發(fā)展觀提供有力的支持。依據(jù)相關標準和導則，建成后的學校建筑節(jié)能監(jiān)管體系以綜合能耗(水、電、熱等)遠程監(jiān)測平臺為基礎，實現(xiàn)對全校建筑物用能數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析與統(tǒng)計，根據(jù)校園建筑用能特點，為高校用能分類、分層次能耗定額制定提供數(shù)據(jù)支撐；總結高等學校的普遍用能規(guī)律，為高校建設、管理、改造提供管理經(jīng)驗；通過數(shù)據(jù)整理和分析，為新時期國家開展建筑節(jié)能研究、規(guī)劃設計提供數(shù)據(jù)資料。

1建筑能耗管理系統(tǒng)平臺架構及應用框架

某學院是某市屬一所全日制普通本科高等院校，學校占地面積64.9×10m，建筑面積44.7x10m，擁有教學樓、辦公樓、體育館、運動場、圖書館、教學實驗的數(shù)據(jù)傳感和采集設備、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)庫技術，開發(fā)了建筑能耗監(jiān)管綜合平臺，高校建筑能耗管理系統(tǒng)平臺架構如圖1所示，系統(tǒng)包括設備層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)層、基礎平臺層、開放接口層、應用系統(tǒng)層和交互層。采用此能耗管理系統(tǒng)可對某學院的幾十棟校園建筑進行遠程、實時的能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集，從而進行能耗監(jiān)測、統(tǒng)計、分析、診斷，為全面實施校園能耗管理的可視化監(jiān)測、數(shù)字化管理、定額管理、量化評價等提供了強有力的支撐平臺。建筑能耗管理系統(tǒng)平臺從2014年開始建設，現(xiàn)水、電、供熱等初期工程已經(jīng)建設完畢并開始正式運行，運行效果良好。

2高校建筑能源管理系統(tǒng)平臺應用的總體框架和實現(xiàn)功能

某學院建筑能源監(jiān)管綜合服務平臺近、遠期規(guī)劃主要包含如下若干子系統(tǒng),該平合應用的總體框架和實現(xiàn)功能如圖2所示

1. 建筑電能計量管理系統(tǒng)

建筑電能監(jiān)測管理系統(tǒng)實現(xiàn)用電管理、費用結算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、指標執(zhí)行情況監(jiān)督等多項功能。主要用于為各樓宇及用電部門進行電能數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)的分析對比，為實現(xiàn)各部門用電的量化管理提供了基礎條件。

1. 建筑給水計量監(jiān)管系統(tǒng)

給水計量監(jiān)測管理系統(tǒng)可實時監(jiān)測和采集用水管網(wǎng)各部位的積算水量,供控制中心及有關部門分析制定指標決策使用還可以及時發(fā)現(xiàn)漏水點，為故障檢修爭取時間并*大限度的減少浪費提高水資源使用效率和用水管理水平，從而實現(xiàn)給水管理的信息化、現(xiàn)代化。

1. 建筑供熱計量管理系統(tǒng)

基于溫度面積法的供熱計量管理系統(tǒng)，具有計量、系統(tǒng)管理兩大功能,系統(tǒng)由計*系統(tǒng)和遠程終端管理系統(tǒng)組成可以實現(xiàn)遠程監(jiān)測每棟樓供熱的即時數(shù)據(jù),如采暖房間溫度、供水、回水溫度等數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行匯總、統(tǒng)計分析，為供熱管理部門的科學供熱管理提供依據(jù)。

1. 網(wǎng)預付費管系統(tǒng)

網(wǎng)絡預付費管理系統(tǒng)采用基于校園網(wǎng)的實時通信與數(shù)據(jù)采集技術，結合內嵌加密通信協(xié)議的智能預付費水、電表該系統(tǒng)可實現(xiàn)網(wǎng)絡化實時操作實時計量監(jiān)控，可實現(xiàn)實時售退、實時通斷，有效地解決了收費難的問題，并對用戶節(jié)約用水用電起到促進作用。

1. 能效綜合分析系統(tǒng)

經(jīng)過大量基礎能耗數(shù)據(jù)的積累后，通過能效綜合分析系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)提取與模型化處理可進一步結合氣候變化等因素，實現(xiàn)能源指標的合理度評價、能耗走勢的科學預測。該系統(tǒng)的應用將為節(jié)能管理中長期部署提供專家化的決策支持,為減少碳排放，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展提供全面的信息支撐。

1. 能源計管理系統(tǒng)

主要用于為校內各樓宇及用能部門分配月度季度、年度用能計劃指標，并以分配的指標作為能耗使用情況超標預警、用能考核及獎懲的依據(jù)其中能耗數(shù)據(jù)模擬預測可實現(xiàn)功能:根據(jù)往期能源計劃指標完成情況及增長數(shù)據(jù),模擬生成當期及未來能耗指標預測數(shù)據(jù)，為管理層提供決策支持。

1. 能耗公系統(tǒng)

能耗公示分為社會公示和校園內部公示兩部分。提供單位的用能情況診斷信息;針對建筑、設備、部門等的用能情況評估。針對單體建筑單位面積能耗量、分類能耗量、人均能耗量等指標進行監(jiān)管，動態(tài)展示能耗排名、能耗成本排名等;提供能耗成本、年度節(jié)能率等報告，公示單位內部能耗情況及排名,以及本年度和上年度的能耗對比信息。

3用水、用電能耗監(jiān)測與分析

3.1用水用電能監(jiān)測

針對某學院的建筑實際情況，對具備設備安裝條件的17幢建筑樓宇進行水、電能耗監(jiān)測，并完成每棟樓宇的用水量、用電*總計量,對具備分類分項條件的樓宇進行分項計量。水、電能耗監(jiān)測的建筑類型包括:教學樓、食堂、學生公寓、行政樓、圖書館、后勤樓、鍋爐房、變電所等。該系統(tǒng)于2014年12月開始試運行。

圖3(A)(B)分別是某學生公寓2015年6月25日~6月27日3(分別是星期四星期五星期六)的照明插座逐時用電量和逐時用水量變化柱狀圖。工作日6月25和26日和星期六27日的日用電*和日用水量均差別不大,3d平均的照明插座日用電量為77.0kW·h;3d平均的日用水量為34.4m。

圖4(A)(B)分別是某學生公寓2015年8月6日~8月8日3d(分別是星期四星期五、星期六)的照明插座逐時用電量和逐時用水量變化柱狀圖。此三天是暑假期間,3d平均的照明插座日用電*為32.1kw·h;3d平均的日用水量為5.54m與圖3中2015年6月25日~6月27日3d用電和用水相比分別減少58.3%和83.4%。

3.2用水、用電能耗對比分析

能耗管理系統(tǒng)可以對各建筑分項能耗數(shù)據(jù)進行同比、環(huán)比對比分析[圖56分別為行政樓從2014年12月~2016年4月的月用電用水量對比圖對比分析圖中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)2016年3月和2015年3月相比用水和用電分別減少39.3%和19.4%兩的4月份節(jié)能率與3月份類似。經(jīng)過調研，行政樓節(jié)電主要是因為采用了新型的LED節(jié)能燈具學校正在對各棟樓的燈具陸續(xù)進行更換。學校后勤維修部門對系統(tǒng)監(jiān)測到的一些可能漏水點進行排查,發(fā)現(xiàn)并修復了一些漏水點，與往年相比,系統(tǒng)同期的用水量也有所降低圖56中2015年2月和2016年1月的月用電量和月用水量都為0是因為放寒假期間沒有管理人員值班，關閉了水電能耗管理系統(tǒng)，已向相關工作人員反映此問題，以后會有所改進。

4供熱能耗監(jiān)測與分析

4.1供熱計量管理系統(tǒng)組成及在線監(jiān)測

供熱計量管理系統(tǒng)應用在某學院的17幢教師住宅中，供熱計量的總建筑面積為197241該系統(tǒng)從2015年10月中開始調試行供熱計量管理系統(tǒng)平臺可實時監(jiān)控,系統(tǒng)可眉夜監(jiān)控記錄各用戶的情況并實時記錄數(shù)據(jù)在整個監(jiān)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)管理員通過計算機界面顯示數(shù)據(jù)，可以直觀地觀察所有用戶熱能使用量、繳費信息、室內溫度等系統(tǒng)運行中的相關數(shù)據(jù)，一且發(fā)生異常情況，系統(tǒng)會自動提供警告信息，實現(xiàn)可視化監(jiān)測和管理[8]供熱計量管理系統(tǒng)由測溫、計量系統(tǒng)和遠程終端管理系統(tǒng)兩部分組成。測溫、計量系統(tǒng)組成及功能實現(xiàn)如下:

1)在每個單元高低供熱區(qū)的熱入口安裝熱計量表,計量該區(qū)域的采暖耗熱量;

2)在每戶的代表房間安裝溫度傳感器，用于測量室內溫度;

3)溫度傳感器將室內溫度數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給無線數(shù)據(jù)接收器，無線數(shù)據(jù)接收器安裝在熱用戶門外的管道井內;

4)無線數(shù)據(jù)接收器把溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集集中器中

5)數(shù)據(jù)采集集中器根據(jù)各個用戶的溫度數(shù)據(jù)、面積數(shù)據(jù)及供熱區(qū)熱計量表的熱能數(shù)據(jù)分攤熱量值，實現(xiàn)前臺分攤;

6)數(shù)據(jù)采集集中器通過GPRS方式將數(shù)據(jù)傳至遠程終端管理系統(tǒng)。

遠程終端管理系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)采集集中器發(fā)送的數(shù)據(jù)，并遠程監(jiān)測每棟樓供熱的即時數(shù)據(jù)如房間溫度、供水、回水溫度,對數(shù)據(jù)進行匯總統(tǒng)計、分析和管理。

供熱計量管理系統(tǒng)還可以對各區(qū)和各戶的實時供熱情況分別進行監(jiān)測圖7為各區(qū)供熱監(jiān)測實時數(shù)據(jù)截圖圖7中各列表示熱計量表編號、熱計景表通訊狀態(tài)、供暖分攤啟動時間、黑計分攤熱量供水溫度、回水溫度數(shù)據(jù)接收時間等。

4.2供熱能耗分析

此供熱能耗管理平臺可實現(xiàn)對全部建筑、各樓、各單元、各區(qū)、各戶的日、月、年供熱量統(tǒng)計。圖8為某幢樓低區(qū)兩個單元的日供熱量對比圖。根據(jù)基本數(shù)據(jù)可以分析采暖耗熱量指標等數(shù)據(jù)。由于供熱計量管理系統(tǒng)是從2015年10月份采暖季開始時進行調試運行，系統(tǒng)調試初期數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，波動較大,待以后有完整的一個或多個采暖季數(shù)據(jù)，可以對相關供熱指標進行深入分析。

5 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

（2）應用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

◆電力集抄

電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖

◆能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機結合起來，運用的數(shù)據(jù)處理與分析技術，進行離線生產(chǎn)分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調度，優(yōu)化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

◆預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數(shù)進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

◆充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術對安裝在城市各區(qū)域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節(jié)能減掛的效果。

監(jiān)控頁面

◆安全用電

安全用電采用剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實現(xiàn)第一時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。***原先針對“九小場所”和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細化”的實際需求。

（5）系統(tǒng)硬件配置

6結束語

在某學院的電能計量管理系統(tǒng)、給水計量監(jiān)管系統(tǒng)和供熱計量管理系統(tǒng)基礎之上,建立了近期和遠期的高校建筑能耗管理平臺的應用框架和實施方案,該平臺可以對建筑的供暖、水電等各種能耗數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測采集,在此基礎上進行數(shù)據(jù)挖掘和多維統(tǒng)計分析，改變原有經(jīng)驗式的宏觀管理模式為精細化的數(shù)字管理模式,實現(xiàn)了高等院校建筑的合理用能及長效有序節(jié)能管理，為校園公共建筑節(jié)能工作的全面落地實施和中、長期節(jié)能規(guī)劃目標的確定提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻

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作者簡介：

李明君，安科瑞電氣股份有限公司