綠色能效管控系統(tǒng)在高鐵站房的運用及展望

周祝華

（中鐵建設(shè)集團有限公司 北京 100040）

1 引言

我國高速鐵路事業(yè)不僅在我國飛速發(fā)展，而且已經(jīng)走出國門，得到了全世界人民的認可，但高鐵站房作為一個為旅客提供安全搭乘的公共建筑平臺，其用電量高達每月數(shù)十萬度，已成為每個城市的“用電大戶”，如何打造綠色站房，在節(jié)能減排、提高效率方面進行研究探討，存在很大潛力。2017年11月，國家頒布《鐵路十三五規(guī)劃》，明確指出推進智能化現(xiàn)代化建設(shè)，提升安全監(jiān)控自動化水平，加強生態(tài)文明建設(shè)，要求鐵路建設(shè)及運營要堅持綠色低碳發(fā)展，加大節(jié)能減排力度、加強能耗管理、推廣智能化節(jié)能管控、提高能源綜合利用率［1］，《綠色鐵路客站評價標準》（TB/T 10429—2014）還對鐵路旅客車站建設(shè)在節(jié)能減排等方面做出了更多具體要求和標準。富陽站作為杭黃高鐵的其中一個站房，站房能耗較大，加上車站內(nèi)生產(chǎn)服務(wù)部門眾多，有客運、公安、安檢、保潔、商業(yè)及其他生產(chǎn)單位，高效協(xié)調(diào)管理顯得尤為重要。綠色站房能效管控系統(tǒng)通過環(huán)境監(jiān)測、智能配電、智能照明、智能廁所、智能通風(fēng)、智能空調(diào)等幾大系統(tǒng)，有效地實現(xiàn)了站房節(jié)能減排、可靠控制、高效管理的目標。本文介紹了綠色能效管理控制系統(tǒng)在富陽站的成功運用。

2 綜合能效管控系統(tǒng)解決方案

本站房能效管理控制系統(tǒng)主要采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，按照協(xié)議的約定，通過移動互聯(lián)網(wǎng)和智能感知等技術(shù)手段，以實現(xiàn)對站房能源應(yīng)用情況進行智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管，并集監(jiān)測、監(jiān)控、管理于一體的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理，從而實現(xiàn)對高鐵站房的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、能耗監(jiān)測系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、智能衛(wèi)生間系統(tǒng)、智能通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、商戶預(yù)付費系統(tǒng)、FAS系統(tǒng)進行集中監(jiān)控，并預(yù)留了其他管理系統(tǒng)擴展接口，比如：停車收費管理系統(tǒng)、員工管理考勤系統(tǒng)以及門禁管理系統(tǒng)等［2］。綠色站房能效管控系統(tǒng)通過軟件集成和物理集成的方式，將需要監(jiān)管的弱電子系統(tǒng)集成在一個操作臺上，實現(xiàn)集中管理，從而實現(xiàn)“減少人工成本”、“保證運行品質(zhì)”、“降低運行能耗”的目標。

綠色站房能效管理控制系統(tǒng)的組成，包括末端信息采集設(shè)備和設(shè)施、信息傳感設(shè)備、信號轉(zhuǎn)換、處理設(shè)備、中央控制主機及軟件。其中軟件是本系統(tǒng)的核心組成部分，主要功能是收集、整合各種采集到的數(shù)據(jù)信息，包括：能源消耗數(shù)據(jù)信息；各商戶用水、用電抄表數(shù)據(jù)；機電設(shè)備運行實時電流、電壓、三相電不平衡等信息；監(jiān)測站房內(nèi)變電所內(nèi)的溫度、濕度、CO2濃度，感知設(shè)備間內(nèi)的氣體濃度環(huán)境信息等；并提供基于管理需求的數(shù)據(jù)，進行及時處理和計算分析，包括信息覽閱、讀取、處理、統(tǒng)計查詢、預(yù)警、報警、生成報表、報告、定額及指標管理、能源消耗及效益分析功能等［3］。系統(tǒng)主界面如圖1所示。本系統(tǒng)能兼容B/S和C/S架構(gòu)，項目管理人員經(jīng)過身份認證后，可通過瀏覽器或客戶端調(diào)閱站房機電設(shè)備運行狀態(tài)和能耗能效數(shù)據(jù)，對各項能耗能效數(shù)據(jù)進行分析以指導(dǎo)站房的節(jié)能工作。數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)對接使用C＃、JAVA等開發(fā)語言，采用基于J2EE技術(shù)的服務(wù)進行數(shù)據(jù)對接。前端采用基于對象和事件驅(qū)動并具有相對安全性的客戶端腳本JavaScript語言，確保瀏覽器具有良好的兼容性，使用當(dāng)前最優(yōu)秀的Ajax框架和最新的超文本標記語言HTML5、層疊樣式表CSS3技術(shù)，確保用戶有良好的體驗。數(shù)據(jù)庫支持跨操作系統(tǒng)，支持SQL Server 2014及以上版本，并借助其易操作性和友好的界面，保證數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)方便快捷。為了確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和安全，將項目的基礎(chǔ)信息、最原始的數(shù)據(jù)、分項能耗和商戶能耗數(shù)據(jù)等，分別存儲于不同的數(shù)據(jù)庫中，為了保證訪問的實時性，逐時和逐日能耗進行分開存儲。根據(jù)本站房的具體情況，能效管理控制系統(tǒng)接入服務(wù)能力不少于300個數(shù)據(jù)計量點，同時考慮在設(shè)計上具有良好的可擴展性和可升級能力，將來可擴展接入服務(wù)能力不應(yīng)少于600個數(shù)據(jù)計量點［4］。

圖1 綜合能效管控操作系統(tǒng)界面

3 各分系統(tǒng)的監(jiān)測及控制功能

3.1 環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測是提高管理效率的手段，同時，環(huán)境數(shù)據(jù)既是評價指標，也是管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容包括室外環(huán)境數(shù)據(jù)、室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)及視頻巡檢數(shù)據(jù)三部分。其中室外環(huán)境數(shù)據(jù)通過接入氣象綜合檢測儀，可實時顯示接入系統(tǒng)的氣象綜合監(jiān)測儀參數(shù)，包括但不限于：光照強度、空氣的濕度、室外溫度、風(fēng)力風(fēng)向、PM2.5、CO2濃度等參數(shù)；室內(nèi)環(huán)境參數(shù)氣體探測儀，實時監(jiān)測室內(nèi)溫濕度、照度、PM2.5、CO2、氨氣、硫化氫等參數(shù)。將環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)接入能效管理控制系統(tǒng)后，在操作界面中任意采集點都可通過點擊鼠標，隨時查看其環(huán)境監(jiān)測參數(shù)的實時數(shù)據(jù)曲線和歷史數(shù)據(jù)曲線，實現(xiàn)對候車大廳、候車廳、變電所等空間的環(huán)境監(jiān)測，能夠?qū)諝赓|(zhì)量、溫度濕度、亮度等參數(shù)及時搜集、展示、分析，為智能化管理站房提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)［5］；同時，其視頻系統(tǒng)能夠直觀觀察場景如公共空間、無人值守機房的實際情況，及時掌握現(xiàn)場情況，及時對變電所等重要空間進行“巡檢”。視頻巡檢的操作界面如圖2所示。

圖2 環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)界面

3.2 智能照明子系統(tǒng)

智能照明子系統(tǒng)采用BLE技術(shù)構(gòu)建智能照明系統(tǒng)，做到任意控制每一套燈具，并能根據(jù)環(huán)境參數(shù)、客流分布特點進行智能調(diào)光控制。此外，利用每一套燈具的“信息點位”功能構(gòu)建站內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)人、資產(chǎn)互聯(lián)，同時不僅能實現(xiàn)對每一個控制模塊的在線狀態(tài)、離線報警信息，以及通訊網(wǎng)關(guān)設(shè)備的掉線報警信息等進行實時監(jiān)測，而且對每一個照明控制回路的開閉狀態(tài)等皆能進行實時監(jiān)測（見圖3）。

圖3 智能照明控制系統(tǒng)界面

用戶可通過系統(tǒng)日歷對智能照明的運行模式進行排程操作，也可根據(jù)用戶需求自主選擇控制關(guān)系：

（1）恒照度控制，充分使用自然光。

（2）結(jié)合場景，自動調(diào)節(jié)區(qū)域照度水平。

（3）基于列車時刻表和場所實時光照度，實現(xiàn)照明策略優(yōu)化和自動控制。站臺、通道、出站廳，在無旅客的情況下自動調(diào)低照度，并根據(jù)保潔、管理等少量人員分布局部調(diào)高照度［6］。

（4）利用微波探測技術(shù)，分析并呈現(xiàn)客流熱力分布圖［7］。

（5）利用電子標簽，實現(xiàn)資產(chǎn)跟蹤。

（6）利用電子標簽，實現(xiàn)巡更管理。

（7）利用微波探測技術(shù)，實現(xiàn)電子圍欄功能，對重點區(qū)域的非法入侵的行為及時報警。

（8）對燈具編碼，建立維修檔案、預(yù)先提示維修更換。

（9）實現(xiàn)室內(nèi)導(dǎo)航。

3.3 能耗監(jiān)測子系統(tǒng)

能耗監(jiān)測已算不上“新技術(shù)”，其基本方案就是將各重要回路的智能電表接入主控平臺，而主控平臺兼有分析、監(jiān)測、展示、控制等功能。能耗監(jiān)測的發(fā)展和突破創(chuàng)新在于對數(shù)據(jù)價值的挖掘。本系統(tǒng)能按照站房實際管理需求，實現(xiàn)分區(qū)域能耗統(tǒng)計。對站房總能耗、分類能耗原始數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并實現(xiàn)能源消耗量的折標（標準煤、CO2）計算?？砂凑沼脩魧嶋H管理需求，靈活配置管理模型，實現(xiàn)分區(qū)域、分戶能耗統(tǒng)計［8］。不僅可實現(xiàn)對分類和分項能耗進行數(shù)據(jù)對比和分析，而且也可實現(xiàn)對多個區(qū)域能耗趨勢進行對比分析和能耗排名分析。使管理人員能直觀地了解各區(qū)域（如車站）能耗所占比重，重點分析高能耗區(qū)域的用能情況。如針對中央空調(diào)系統(tǒng)能效實時監(jiān)測和分析，并針對運行效率低的機組進行主動告警，提醒運維人員及時維護保養(yǎng)。不同管理人員可根據(jù)自身管理需要，配置多個私人專屬的綜合能耗信息展示頁面，并可靈活調(diào)整各頁面中數(shù)據(jù)展示的位置和大小，確保良好的人機交互效果［9］。操作界面如圖4所示。

圖4 能耗監(jiān)測操作界面（一）

本系統(tǒng)除了可以進行能耗統(tǒng)計以外，也可展示配電系統(tǒng)圖，實時顯示每條支路的全電量參數(shù)及開關(guān)狀態(tài)等，各回路電氣參數(shù)；可根據(jù)設(shè)計參數(shù)，或規(guī)范要求，以及用電管理規(guī)定，對各用電回路或設(shè)備的相關(guān)電量參數(shù)進行安全限位設(shè)置，包括電壓不足或過高、電流過大、功率因數(shù)偏低、三相電壓失衡、不尋常跳閘、設(shè)備異常操作等，與安全報警模塊聯(lián)動；可根據(jù)用戶需求對每一個配電支路的歷史數(shù)據(jù)、歷史功率峰值、異常的黑歷史數(shù)據(jù)值進行查詢；可針對長明燈、長流水等異常用能情況進行監(jiān)測和主動告警。操作界面如圖5所示。

圖5 能耗監(jiān)測操作界面（二）

3.4 智能衛(wèi)生間子系統(tǒng)

本系統(tǒng)可根據(jù)廁位忙閑情況，引導(dǎo)旅客快速尋找?guī)?，主要功能如下?/p>

（1）照明燈具控制。廁位、洗手盆及走道位置上方照明燈具可根據(jù)本區(qū)人流多少，有無人員的情況，經(jīng)前端感應(yīng)設(shè)備采集信號，通過綜合能效管控系統(tǒng)進行自動調(diào)節(jié)本區(qū)域燈具的照度水平，從而達到節(jié)能目的。

（2）用水量控制。安裝在衛(wèi)生間隔斷內(nèi)、外的紅外線探測器經(jīng)信號電纜與綜合能效管控系統(tǒng)連接，通過識別坑位有無人員、人員入廁狀態(tài)、人員離開等信號，并將采集信號送入綜合能效管控系統(tǒng)，綜合能效管控系統(tǒng)的中央處理器對信號進行分析、處理；分析、處理后的信號經(jīng)綜合能效管控系統(tǒng)輸出控制端傳遞至放水控制電磁閥，從而達到控制水流速、水流大小、節(jié)水的目的。

（3）空調(diào)系統(tǒng)控制。通過安裝在本區(qū)內(nèi)的前端探測設(shè)備探測本區(qū)域內(nèi)的人員流動情況和實時衛(wèi)生間有害氣體濃度情況，并將探測信號發(fā)送至中央處理器，經(jīng)分析、處理后，向新風(fēng)系統(tǒng)發(fā)出控制信號，進行智能開啟或調(diào)節(jié)新風(fēng)系統(tǒng)。

（4）可監(jiān)測香煙濃度并提示報警。

（5）根據(jù)廁位占用時間超常，及時提醒乘客或發(fā)現(xiàn)乘客異常情況并提示保潔給予幫助。

（6）實時監(jiān)測衛(wèi)生間有害氣體濃度（如CO2、NH3、H2S 等），建立衛(wèi)生評價體系［10］。

3.5 智能通風(fēng)及空調(diào)子系統(tǒng)

本系統(tǒng)將FAS系統(tǒng)的電動排煙窗控制系統(tǒng)接入本主控平臺，在不影響消防要求的前提下，根據(jù)前端信號采集設(shè)備對室內(nèi)、外環(huán)境參數(shù)的采集，將信號輸送入平臺，經(jīng)平臺計算、分析、處理，適時開啟或關(guān)閉電動排煙窗進行自然通風(fēng)，確保室內(nèi)空氣質(zhì)量優(yōu)良，為人們提供一個舒適的候車環(huán)境。在消防控制室、變配電室、通信機房等其他機房內(nèi)，通過監(jiān)測其內(nèi)的溫度、濕度、CO2濃度，感知設(shè)備間內(nèi)的氣體濃度，設(shè)置監(jiān)測環(huán)境信息預(yù)警值，高于預(yù)警值時，充分利用機房內(nèi)部、外部環(huán)境參數(shù)差值，通過智能邏輯通風(fēng)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機房內(nèi)部、外部冷、熱空氣直接交換而自然降溫，或室內(nèi)超標氣體與室外空氣進行置換，并通過與空調(diào)機房控制系統(tǒng)進行聯(lián)動控制，改變空調(diào)運行狀態(tài)，減少空調(diào)系統(tǒng)運行時間或頻率，實現(xiàn)降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗的目的［11］。操作界面如圖6所示。

圖6 通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)操作界面（一）

此外，現(xiàn)有的站房機房采用了精密空調(diào)系統(tǒng)，原來為達到機柜等局部高熱區(qū)域降溫的目的，便將整個空調(diào)系統(tǒng)的溫度調(diào)到較低；部分機房的空調(diào)甚至是長期24 h開啟，電能浪費現(xiàn)象非常普遍和嚴重。目前基本被設(shè)置為“強制制冷，25℃”或者是“自動，28℃啟動”的工作模式，為優(yōu)化改善機房散熱系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用控制功能分散、管理集中、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)的原則，采用各種先進技術(shù)，如計算機控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)，通過可靠的智能控制技術(shù)將各個控制系統(tǒng)在物理上、邏輯上、功能上互相連系在一起，優(yōu)化控制策略，達到了各系統(tǒng)之間的信息綜合、資源共享能力，在計算機平臺上實現(xiàn)了集中控制、統(tǒng)一管理，保障空調(diào)系統(tǒng)的機電設(shè)備在最佳能耗效下運行，從而減少了空調(diào)系統(tǒng)的能源浪費，達到了降低能耗成本的目的。操作界面如圖7所示。

圖7 通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)操作界面（二）

4 應(yīng)用展望

目前這套綠色能效管控系統(tǒng)已運行使用并收到了良好的效果，但仍然存在可改進空間。如系統(tǒng)是二維平面無法直觀反映現(xiàn)場設(shè)備位置及運行信息；系統(tǒng)的高級算法比較少不能滿足優(yōu)質(zhì)分配和管理站房能源、還存在“最后一公里”障礙等。這些問題隨著BIM技術(shù)的深入應(yīng)用，可深化建造一個基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)的全融合綠色智慧能效管控系統(tǒng)，通過BIM的三維監(jiān)控，打通線下-線上服務(wù)，實現(xiàn)立體管控，實現(xiàn)運維管理、報警、能效、應(yīng)急等一系列站房綠色智慧管控需求。

5 結(jié)束語

隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑的智能程度與覆蓋范圍正在逐步提升，投資占比逐年增大，智能化系統(tǒng)不再是簡單的“弱電”系統(tǒng)，而更為重視智能應(yīng)用場景。本項目的綠色站房能效管控系統(tǒng)，針對站房能耗大、部門多不便管理的現(xiàn)實問題，結(jié)合高鐵站房使用規(guī)律，充分利用各種子系統(tǒng)的優(yōu)勢，通過自動自主的設(shè)施管理，高效準確的數(shù)據(jù)分析，將站房的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理根據(jù)用戶的需求進行一系列優(yōu)化的組合，盡全力為用戶提供一個高效、綠色、便利、舒適的人性化建筑空間環(huán)境，使得站房成為集現(xiàn)代建筑技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、現(xiàn)代計算機技術(shù)之大成的產(chǎn)物，并且減少了人力、物力、時間成本投入。