面向管理需要的能耗監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)*

李寶華

(中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司， 北京 100044)

0 前言

2008年我國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、教育部、財(cái)政部編制發(fā)布《高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》，并結(jié)合各個(gè)高校實(shí)際情況開展了高校節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)示范工作。雖然在全國(guó)范圍內(nèi)大部分高等院校已完成了能耗監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)工作。但早期建設(shè)的能耗監(jiān)管平臺(tái)不好使用、無(wú)人使用、無(wú)人會(huì)用甚至廢棄不用的情況屢見不鮮。因此建設(shè)能耗監(jiān)管平臺(tái)需要面向管理需要，讓平臺(tái)吸引管理者使用、樂于參與管理，甚至隨著高校發(fā)展主動(dòng)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)整，成為新型能耗監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)的主要目標(biāo)之一。

1 項(xiàng)目概況

北京外國(guó)語(yǔ)大學(xué)是教育部直屬院校，截至2016年9月，大學(xué)開設(shè)專業(yè)97個(gè)，在校師生共計(jì)約1萬(wàn)人。校園分為東、西兩校區(qū)，除教工住宅外東校區(qū)包括33棟單體建筑、西校區(qū)包括21棟單體建筑。兩校區(qū)燃?xì)忮仩t和供熱管網(wǎng)、變配電站和電纜管線、校園網(wǎng)絡(luò)中心和通信管線、自來(lái)水、中水、雨污水等給排水管線和機(jī)房各自獨(dú)立，兩校區(qū)所有管線均為地下敷設(shè)。主要能源和資源消耗包括電力、燃?xì)?、自?lái)水、中水。

北京外國(guó)語(yǔ)大學(xué)作為住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部2014年節(jié)約型校園能耗計(jì)量監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)示范單位，為提升對(duì)校園正常教學(xué)、科研能源的管理水平，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能，需開展能耗監(jiān)管平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施和相應(yīng)配套工程建設(shè)工作，協(xié)助校園后勤管理部門掌握校園實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)，對(duì)校園各種能源系統(tǒng)進(jìn)行分散監(jiān)管和集中管理。

2 校園能耗管理需求調(diào)研

2.1 學(xué)校建筑數(shù)量較多，功能不一

(1)該校院系專業(yè)數(shù)量多，學(xué)科特殊，教職工及在校學(xué)生國(guó)家文化不盡相同。

(2)部分校內(nèi)建筑及房間與學(xué)校管理存在產(chǎn)權(quán)分界。

以上現(xiàn)狀給學(xué)校的用能管理加大了難度，要求平臺(tái)應(yīng)能夠真實(shí)清楚地顯示學(xué)校用能的層級(jí)和權(quán)屬關(guān)系，使學(xué)校做到能源精細(xì)化管理。

2.2 學(xué)校采用傳統(tǒng)的抄表方式

(1)傳統(tǒng)的人工抄表入戶難、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、容易出錯(cuò)。

(2)抄表數(shù)據(jù)僅用于上報(bào)和收費(fèi)，面對(duì)眾多的抄表數(shù)據(jù)和供電、供暖、自控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析難度大。

由此可見，以往的能耗計(jì)量與監(jiān)管方式已不能滿足學(xué)校對(duì)管理的需求。為使學(xué)校能夠全面、實(shí)時(shí)掌握學(xué)校的用能數(shù)據(jù)，滿足學(xué)校能耗分析、能耗診斷、用能管理等方面的要求，需通過(guò)對(duì)學(xué)校的供配電系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)加裝智能遠(yuǎn)傳表計(jì)，并結(jié)合對(duì)校園現(xiàn)有能源領(lǐng)域弱電自控系統(tǒng)的整合方式，建立能源監(jiān)管的網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗數(shù)據(jù)和設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)情況自動(dòng)化采集，滿足能耗監(jiān)管系統(tǒng)和學(xué)校自身用能管理的需求。

2.3 學(xué)校地下管線復(fù)雜

歷經(jīng)多次基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)改造，管線路由、計(jì)量點(diǎn)位及計(jì)費(fèi)方式幾經(jīng)變動(dòng)，地下繁雜的廢棄管線與使用中的管線交錯(cuò)埋設(shè)，經(jīng)驗(yàn)豐富的后勤人員有時(shí)也難以梳理清楚，給學(xué)校的用能管理和安全造成了諸多麻煩和隱患。因此，能夠直觀顯示地下管網(wǎng)垂直方向上的層次信息提高學(xué)校管線維修和管理效率的三維管網(wǎng)可視化系統(tǒng)若與校園能耗監(jiān)管平臺(tái)進(jìn)行有效對(duì)接，將實(shí)現(xiàn)對(duì)校園復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)簡(jiǎn)單直觀的呈現(xiàn)。

3 平臺(tái)建設(shè)方針

在對(duì)學(xué)校概況進(jìn)行調(diào)研、與校方溝通了解管理需要并總結(jié)學(xué)校能耗管理痛點(diǎn)后，確定了平臺(tái)監(jiān)視數(shù)據(jù)、管理、服務(wù)與應(yīng)用有機(jī)統(tǒng)一的建設(shè)方針。建設(shè)面向管理需要的能耗監(jiān)管平臺(tái)，使學(xué)校能耗管理部門對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)管和管理，為學(xué)校節(jié)能降耗研究、設(shè)計(jì)和改(建)造提供參考數(shù)據(jù)。開發(fā)三維可視化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能耗(包括水耗)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和通訊、遠(yuǎn)程傳輸、自動(dòng)分類統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、指標(biāo)對(duì)比、圖表顯示、報(bào)表管理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)管理、共享、交換、融合及與其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的集成。

4 平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容

根據(jù)平臺(tái)建設(shè)方針，為北京外國(guó)語(yǔ)大學(xué)的能耗監(jiān)管平臺(tái)設(shè)計(jì)如下內(nèi)容。

4.1 平臺(tái)的硬件

平臺(tái)由監(jiān)管中心、主干通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、各種智能計(jì)量裝置、智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、校園網(wǎng)等組成。通過(guò)平臺(tái)對(duì)校園內(nèi)各用能單位，采用具有遠(yuǎn)程傳輸功能的熱表、水表、電表、燃?xì)獗淼饶芎挠?jì)量?jī)x器，對(duì)不同種類、不同功能的能耗水耗進(jìn)行分類、分項(xiàng)、分戶計(jì)量，并結(jié)合數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)燃夹g(shù)手段，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)與分析，作為能耗統(tǒng)計(jì)、能源審計(jì)、能效公示的基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)作為建筑節(jié)能改造措施的依據(jù)。

4.2 平臺(tái)的軟件

系統(tǒng)軟件采用B/S架構(gòu)與C/S架構(gòu)有機(jī)結(jié)合的方式，用C/S架構(gòu)的軟件實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量平臺(tái)的能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)管和自動(dòng)化控制功能，用B/S架構(gòu)的軟件實(shí)現(xiàn)用戶能耗統(tǒng)計(jì)分析、定額管理、報(bào)表等管理需求。

能耗監(jiān)管平臺(tái)的軟件開發(fā)應(yīng)根據(jù)用戶實(shí)際需求制作完成。合理設(shè)置防火墻，防止惡意攻擊、網(wǎng)絡(luò)病毒對(duì)平臺(tái)的破壞。軟件具有較強(qiáng)兼容性，協(xié)議開放。軟件操作界面應(yīng)簡(jiǎn)單、方便、易于維護(hù)。

4.3 監(jiān)管中心

在學(xué)校內(nèi)設(shè)置監(jiān)管中心，室內(nèi)設(shè)置能源管理控制平臺(tái)顯示屏及監(jiān)控上位機(jī)，平臺(tái)管理專用服務(wù)器、存儲(chǔ)器等設(shè)備可統(tǒng)一設(shè)置在校園網(wǎng)絡(luò)機(jī)房。管理平臺(tái)收集學(xué)校水、電、供熱等能源消耗數(shù)據(jù)，并能夠接收各個(gè)變配電站監(jiān)控系統(tǒng)用能數(shù)據(jù)，兼容供熱監(jiān)控管理系統(tǒng)等。

4.4 平臺(tái)管理功能

高校領(lǐng)導(dǎo)、能源主管、部門領(lǐng)導(dǎo)與后勤運(yùn)維人員作為平臺(tái)的使用者，需要了解學(xué)校的現(xiàn)狀，能夠?qū)δ芎膶?shí)時(shí)監(jiān)控，包含能效對(duì)標(biāo)、能耗審計(jì)、超標(biāo)預(yù)警、統(tǒng)計(jì)報(bào)警、成本核算等功能。因此設(shè)計(jì)平臺(tái)功能如圖1所示。

圖1 平臺(tái)功能

(1)能耗現(xiàn)狀簡(jiǎn)介

全面展示學(xué)校節(jié)能監(jiān)管的整體情況，包括校內(nèi)所涉及到的所有相關(guān)設(shè)備以及學(xué)校用電總量、用水總量、用氣總量、用熱總量、用冷總量、其他總量、能耗指標(biāo)、節(jié)能指標(biāo)、能耗費(fèi)用、用電能耗等，以柱狀圖和餅狀圖的形式實(shí)時(shí)顯示學(xué)?？傮w用能概括。

(2)數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集為學(xué)校提供能耗(包括水耗)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和通訊、遠(yuǎn)程傳輸、自動(dòng)分類統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、指標(biāo)對(duì)比、圖表顯示、報(bào)表管理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)管理、地下管線的綜合信息查詢、統(tǒng)計(jì)、分析和維護(hù)等高質(zhì)量的服務(wù)和專家級(jí)的領(lǐng)導(dǎo)決策輔助依據(jù)。

為方便學(xué)校管理，平臺(tái)應(yīng)能夠反映學(xué)校當(dāng)前的基本信息、分類能耗以及分項(xiàng)能耗。數(shù)據(jù)計(jì)量系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)包括：

1)全校用電一級(jí)計(jì)量及監(jiān)管子系統(tǒng)：將學(xué)校的各配電室低壓進(jìn)線計(jì)量作為對(duì)校內(nèi)用電的一級(jí)計(jì)量點(diǎn)，通過(guò)對(duì)各個(gè)變壓器低壓進(jìn)線回路計(jì)量的累加，獲得學(xué)校用電的總計(jì)量。

2)全校用電二級(jí)計(jì)量及監(jiān)管子系統(tǒng)將學(xué)校的各區(qū)域配電室低壓出線回路作為校內(nèi)用電的二級(jí)計(jì)量點(diǎn)。

3)全校典型建筑用電分戶計(jì)量：根據(jù)建筑內(nèi)用電情況，為建筑內(nèi)用能單位用能定額管理提供數(shù)據(jù)支撐。

4)全校建筑樓宇用水計(jì)量及監(jiān)管子系統(tǒng)：對(duì)校內(nèi)自來(lái)水管網(wǎng)建立校園總計(jì)、單棟建筑進(jìn)戶總計(jì)的二級(jí)計(jì)量體系，總進(jìn)水、單棟建筑進(jìn)水等計(jì)量點(diǎn)均配置遠(yuǎn)傳智能水表，所有智能水表通過(guò)水表數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)集成進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。

在智能計(jì)量表具安裝完成后，應(yīng)在規(guī)范的流程下，對(duì)表具的安裝進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)收。

(3)平衡測(cè)試

平衡測(cè)試是確定平臺(tái)能否正確反映學(xué)校用能情況，為用戶提供正確用能參考做出決策的重要一環(huán)。通過(guò)對(duì)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)表數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否真實(shí)并報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)表具、軟件問(wèn)題。平衡報(bào)警信息應(yīng)包括報(bào)警對(duì)象、報(bào)警日期、報(bào)警類型、報(bào)警內(nèi)容以及處理狀態(tài)。

(4)能效對(duì)標(biāo)

能效對(duì)標(biāo)旨在讓學(xué)校相關(guān)管理者對(duì)能源使用情況有所了解。其內(nèi)容包括人均能耗、生均能耗、單位面積能耗及相應(yīng)能效對(duì)標(biāo)。其中：

1)人均能耗對(duì)標(biāo)：根據(jù)設(shè)定好的年份時(shí)間，點(diǎn)擊查詢顯示當(dāng)年校內(nèi)總?cè)藬?shù)人均能耗、電耗、水耗與各級(jí)能耗標(biāo)準(zhǔn)(校標(biāo)、市標(biāo)、國(guó)際)進(jìn)行比對(duì)，以柱狀圖實(shí)時(shí)顯示當(dāng)年能耗是否超出各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2)生均能耗對(duì)標(biāo)：根據(jù)設(shè)定好的年份時(shí)間，點(diǎn)擊查詢顯示當(dāng)年校內(nèi)學(xué)生人數(shù)人均能耗、電耗、水耗與各級(jí)能耗標(biāo)準(zhǔn)(校標(biāo)、市標(biāo)、國(guó)際)進(jìn)行比對(duì)，以柱狀圖實(shí)時(shí)顯示當(dāng)年能耗是否超出各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3)單位面積能耗對(duì)標(biāo)：根據(jù)設(shè)定好的年份時(shí)間，以及選擇的校園建筑，點(diǎn)擊查詢顯示相同類型建筑或者單體建筑的面積能耗與各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(校標(biāo)、市標(biāo)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行比對(duì)，以柱狀圖實(shí)時(shí)顯示所選擇建筑當(dāng)年設(shè)施消耗的能耗是否超出各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(5)能耗審計(jì)

能耗審計(jì)意在了解能源使用趨勢(shì)，為用戶做出用能規(guī)劃提供依據(jù)。

1)同比分析：根據(jù)設(shè)定好的對(duì)比年度時(shí)間、對(duì)比周期、能耗類別，點(diǎn)擊查詢可選擇柱狀圖、曲線圖、表格等形式顯示當(dāng)用與往年同期能耗對(duì)比圖表。

2)環(huán)比分析：根據(jù)設(shè)定好的對(duì)比年份、月份，點(diǎn)擊查詢可選對(duì)柱狀圖、表格的形式顯示建筑設(shè)施消耗能耗與上月消耗能耗環(huán)比圖表。

3)類比分析：根據(jù)設(shè)定好的對(duì)比年份、月份，點(diǎn)擊查詢可選對(duì)柱狀圖、曲線圖、餅狀圖的形式顯示同類型建筑能耗統(tǒng)計(jì)圖。

4)分類匯總：根據(jù)設(shè)定的對(duì)比年度時(shí)間，點(diǎn)擊查詢可選擇柱狀圖、表格的形式顯示每個(gè)月建筑真實(shí)消耗能耗(電、水、暖)值是否超出限額值。

5)分項(xiàng)匯總：根據(jù)設(shè)定的對(duì)比年度時(shí)間，點(diǎn)擊查詢可選擇柱狀圖、表格的形式顯示每個(gè)月建筑不同設(shè)施(照明、空調(diào)、動(dòng)力、其他)消耗能耗真實(shí)消耗值是否超出限額值。

6)能源結(jié)構(gòu)分析：根據(jù)選擇的年份、能耗類型，點(diǎn)擊查詢系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算、生成能源結(jié)構(gòu)劃分圖及比例值。

7)節(jié)能診斷：節(jié)能診斷主要是根據(jù)選擇的診斷類型和診斷時(shí)間計(jì)算用能(電、暖轉(zhuǎn)化成的標(biāo)煤總和)、用水的節(jié)能率并用柱狀圖和線性圖分別顯示。

(6)能耗預(yù)警

根據(jù)時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)，平臺(tái)應(yīng)給出能源預(yù)測(cè)預(yù)警。

1)預(yù)測(cè)模型：分年月模型和月日模型，年月模型表示預(yù)測(cè)選定年份中每個(gè)月的數(shù)據(jù)；月日模型表示預(yù)測(cè)選定月份中每天的數(shù)據(jù)。預(yù)測(cè)原理：根據(jù)前兩年的實(shí)際用量、本年前幾個(gè)月的用量預(yù)測(cè)未來(lái)的能耗用量。

2)超標(biāo)預(yù)警: 網(wǎng)關(guān)報(bào)警信息包括報(bào)警對(duì)象、報(bào)警日期、報(bào)警類型、報(bào)警內(nèi)容、故障原因、處理狀態(tài)。

3)表具報(bào)警：表具報(bào)警信息包括報(bào)警對(duì)象、報(bào)警日期、報(bào)警類型、報(bào)警內(nèi)容、故障原因、處理狀態(tài)。

4)定額報(bào)警：定額報(bào)警信息包括報(bào)警對(duì)象、報(bào)警日期、報(bào)警類型、報(bào)警內(nèi)容、處理狀態(tài)。

5)能耗報(bào)警：報(bào)警信息包括報(bào)警對(duì)象(全校、建筑類、建筑)；報(bào)警日期；報(bào)警類型；報(bào)警內(nèi)容；短信狀態(tài)；處理狀態(tài)。

(7)統(tǒng)計(jì)報(bào)表

統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能應(yīng)能夠選擇統(tǒng)計(jì)年份，查出當(dāng)年學(xué)校各類能源(水、電、天然氣等)的用量生成報(bào)表，并可以導(dǎo)出報(bào)表。包括基礎(chǔ)報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表、用水量、天然氣、統(tǒng)計(jì)局報(bào)表、發(fā)改委報(bào)表、國(guó)管局報(bào)表等的填報(bào)和上傳。

(8)成本核算

成本核算功能應(yīng)能夠查詢獲得建筑、學(xué)校在指定年月的用電總費(fèi)用和用水總費(fèi)用，然后根據(jù)使用人數(shù)，計(jì)算得到平均每人的用能成本。

(9)管網(wǎng)管理

建立三維可視化地下管線信息管理系統(tǒng)，能夠?yàn)榈叵鹿芫€日常管理、工程管理、隱患管理、事故管理和歷史管理提供決策支持，完善后勤管理可持續(xù)的長(zhǎng)效運(yùn)行機(jī)制。

1)支持傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)、分布式部署、物聯(lián)網(wǎng)集成和云計(jì)算架構(gòu)，可無(wú)縫聚合ArcGIS、天地圖等第三方服務(wù)。允許用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)三維數(shù)據(jù)，并以數(shù)據(jù)流方式對(duì)其進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)針對(duì)三維海量空間數(shù)據(jù)如同讀取本地文件一樣的高效瀏覽。

2)可實(shí)現(xiàn)多源、海量基礎(chǔ)空間信息資源的瀏覽、管理、共享、融合與交換，并提供豐富規(guī)范的二次開發(fā)接口從而實(shí)現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的集成。

3)可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)室外一體化、二維三維一體化、地上地下一體化、水上水下一體化、360度全景視頻和三維一體化、B/S與C/S一體化，為管理人員提供三維瀏覽、查詢、分析等多種功能。

4)提供多層次的擴(kuò)展開發(fā)能力，允許自定義擴(kuò)展服務(wù)，支持C++、C#等開發(fā)環(huán)境。

(10)二級(jí)平臺(tái)

平臺(tái)應(yīng)具備可擴(kuò)展性，為學(xué)校現(xiàn)有鍋爐系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)等與未來(lái)可能加入的系統(tǒng)提供入口地址。

(11)能耗管理

管理者應(yīng)能夠依靠平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校管理相關(guān)的各子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。能耗管理體現(xiàn)在通過(guò)對(duì)能耗監(jiān)管平臺(tái)能耗數(shù)據(jù)的分析與對(duì)能效對(duì)標(biāo)，能耗審計(jì)功能的結(jié)果進(jìn)行歸納整理，發(fā)現(xiàn)學(xué)校潛在的能耗問(wèn)題；對(duì)能耗預(yù)警功能給出的報(bào)警信息實(shí)時(shí)做出反饋，避免能耗問(wèn)題后果的加??；將學(xué)校內(nèi)現(xiàn)有能耗設(shè)備管理系統(tǒng)接入能耗監(jiān)管平臺(tái)，并為后期學(xué)校能耗管理的相關(guān)系統(tǒng)改造提供API端口。

(12)系統(tǒng)設(shè)置

管理者應(yīng)能夠?qū)ζ脚_(tái)的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如建筑基本信息、報(bào)表數(shù)據(jù)、能耗指標(biāo)數(shù)據(jù)、限額數(shù)據(jù)等。

4.5 能耗管理人才培養(yǎng)

平臺(tái)是學(xué)校能耗監(jiān)管的工具，平臺(tái)的正常使用離不開學(xué)校能耗監(jiān)管團(tuán)隊(duì)的建設(shè)。平臺(tái)建設(shè)者在對(duì)學(xué)?；拘畔?、能源使用信息、計(jì)量點(diǎn)位等的全面普查與軟件調(diào)試過(guò)程中，需與學(xué)校能耗監(jiān)管團(tuán)隊(duì)通力合作，使學(xué)校的管理人員參與到平臺(tái)的建設(shè)與使用中去。

為了提升節(jié)能工作的成果，還需要進(jìn)一步明確各職能部門對(duì)節(jié)能相關(guān)業(yè)務(wù)職能的分工和定位，該部分工作基本上屬于工作的增量，需要建立推進(jìn)綠色校園建設(shè)的制度建設(shè)和激勵(lì)機(jī)制，確保組織構(gòu)建的完整和必要的財(cái)力物力人力的支撐。

5 結(jié)束語(yǔ)