基于數(shù)字化智慧校園的能源監(jiān)管平臺建設與應用

單聯(lián)進

（濟南大學后勤管理與基建處，山東 濟南 250022）

1 建設能源監(jiān)管平臺的意義

智慧校園建設是當前社會發(fā)展進入全新信息時代、數(shù)字時代的必然趨勢，高水平大學建設是智慧型校園、數(shù)字化校園的有機結(jié)合。學校依據(jù)實際情況，采用“統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施”的原則，建設適合大學特色的節(jié)能監(jiān)管平臺，既要跟隨時代進步，也要貼合自身實際。能源監(jiān)管平臺將有助于后勤保障工作及時順利的進行，同時也將提升各部門溝通協(xié)作的便捷性，通過對學校不同建筑類型的水、電、暖等各用能監(jiān)測點進行實時監(jiān)測，并為各用能單位提供準確的用能計量，初步實現(xiàn)二級計量?！澳茉幢O(jiān)管平臺建設的總體架構(gòu)是在校園網(wǎng)／無線網(wǎng)的基礎上，通過終端數(shù)據(jù)采集設備，實現(xiàn)對所需計量的重點能耗部位及公共區(qū)域設施的用水、用電、用暖等能耗的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理，通過能源監(jiān)管平臺能夠直觀地監(jiān)視各水表、電表、熱表的數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)[1]”。能夠及時查看各個用能區(qū)域的歷史、實時能耗分項數(shù)據(jù)和匯總數(shù)據(jù)，為學校節(jié)約能源工作提供及時準確的數(shù)據(jù)和詳備的計量分析依據(jù)。同時依據(jù)設置的用能限制條件對其進行節(jié)能控制，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的導出或打印輸出，具備數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡報表與能源消耗的日志功能。

2 能源監(jiān)管平臺設計規(guī)范及標準

能源監(jiān)管平臺由多系統(tǒng)集成架構(gòu)組成，包括用水監(jiān)測管理子系統(tǒng)、用電監(jiān)測管理子系統(tǒng)、中央空調(diào)能耗控制子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)以及供暖監(jiān)測管理等子系統(tǒng)。“平臺具備身份驗證、數(shù)據(jù)采集、能源消耗數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)存儲、圖表顯示、指標對比、能耗分析、報表管理、節(jié)能控制、數(shù)據(jù)上傳等諸多功能。達到了《高等學校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設技術導則》的技術要求[2]”。

能源監(jiān)管平臺的軟件設計以住房和城鄉(xiāng)建設部、教育部等有關部門發(fā)布的標準和規(guī)范為基礎（但不限于此）：

《高等學校節(jié)約型校園建設及管理技術導則（試行）》；《高等學校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)運行管理技術導則》（建科[2009]163 號）；《高等學校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設技術導則》（建科[2009]163 號）；《高等學校節(jié)約型校園指標體系及考核評價辦法》（建科[2009]163 號）；《高等學校校園設施節(jié)能運行管理辦法》（建科[2009]163 號）；《高等學校校園建筑能耗統(tǒng)計審計公示辦法》（建科[2009]163 號）；《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)軟件開發(fā)指導說明書》[3]。

3 能源監(jiān)管平臺的主要功能與參數(shù)

（1）“平臺支持多種類型的用能計量設備的數(shù)據(jù)傳輸采集設備，主要包括：電力監(jiān)測設備、電能表、流量計、冷熱量計、水表、燃氣表等；并具有開發(fā)性的擴展接口協(xié)議，可自由開發(fā)不同接口的程序；單個采集器的采集點數(shù)量不少于256 臺/套計量設備[4]”，最大可擴展至320 個采集點。（2）平臺標準板載Intel. Atom.D525（1.8GHz/1MB）CPU；2.0GB DDR3；標準板載30G 內(nèi)存容量。（3）2 個標準10/100/1000Mbps 的網(wǎng)絡接口，2kV 的電磁隔離安全防護，支持網(wǎng)絡喚醒（WOL）、網(wǎng)絡自動引導啟動（PXE）的功能；支持靜態(tài)與動態(tài)IP 地址獲取；支持網(wǎng)絡協(xié)議包括ARP、DNS、DHCP、HTTP、IP、ICMP、UDP、TCP、L/T645 -1997、CJ/T 188-2004、GB/T 19582-2008；支持網(wǎng)絡連接的自動恢復功能，建立穩(wěn)固的TCP 連接；同時支持兩個及以上服務器的連接和通信；支持發(fā)現(xiàn)斷點自動續(xù)傳功能，由于網(wǎng)絡傳輸故障等原因未能及時采集到的能耗數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡傳輸恢復正常之后，數(shù)據(jù)采集器會自動實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的斷點續(xù)傳[5]。（4）數(shù)據(jù)采集器需支持同時向多個數(shù)據(jù)服務器同步發(fā)送數(shù)據(jù)。（5）平臺數(shù)據(jù)采集器需具備本地配置與遠程管理功能，支持軟件系統(tǒng)的升級擴容功能。（6）平臺數(shù)據(jù)采集器具備支持或接受上位機的查詢、調(diào)整校時命令。（7）在個體計量裝置出現(xiàn)故障或更換維護時，不影響其他部位的數(shù)據(jù)采集器正常工作。（8）數(shù)據(jù)采集器在無人值守情況下，長時間無應答時應能自動恢復至正常工作狀態(tài)。（9）支持同時使用4 個USB 2.0 的高速接口。（10）內(nèi)置一個高精度時鐘，一個標準Mini PCI-E X1的擴展槽[6]。（11）支持六個標準串口：其中有2 個支持RS-232 模式的、三個支持RS-485 模式的、一個Mbus 模式的[6]。（12）設置兩個SATA 接口，一個LPT、一個SIM 卡接口、一個鼠標/鍵盤USB 2.0 接口或接針，防火墻看門狗以及定時器等基本功能[6]。（13）平臺需支持執(zhí)行對數(shù)據(jù)的命令采集和定時自動采集兩種采集數(shù)據(jù)模式，定時自動采集與傳輸?shù)闹芷诳稍?min 到24h 的范圍內(nèi)靈活設置；具備三年以上的數(shù)據(jù)備份儲存容量。（14）平臺所有設備的工作溫度范圍：-25℃～85℃；相對濕度范圍：5%～95%非凝結(jié)狀體；儲存溫度范圍：-40℃～85℃無凝露。（15）低耗功率6W，待機功率≤0.1W。（16）支持有線網(wǎng)絡和GPRS 無線網(wǎng)絡。

4 能源監(jiān)管平臺的設計原則

4.1 保持先進性

能源監(jiān)管平臺系統(tǒng)“是基于B/S 和C/S 的復合式結(jié)構(gòu)，監(jiān)管人員可以隨時通過Internet 瀏覽器在PC 機或手機遠程登錄能源監(jiān)管平臺服務器。監(jiān)管人員根據(jù)各自的權限不同，可瀏覽不同區(qū)域的能源使用情況。工程師可以通過Internet 瀏覽器遠程登錄服務器的后臺管理[7]”。根據(jù)用戶要求，實現(xiàn)對監(jiān)管平臺的在線技術維護。

4.2 具備開放性

要求軟件系統(tǒng)必須預置開放功能，后期在接口及功能上只需要通過簡單的設置修改，通過內(nèi)置軟件的接口與新系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接，即能許可不同的產(chǎn)品融合構(gòu)成一個新的完整的能源監(jiān)管平臺。

4.3 保證安全性

能源監(jiān)管平臺所采用的數(shù)據(jù)庫管理儲存系統(tǒng)，“必須保證其原始數(shù)據(jù)的不可修改性，對用能進行計量、統(tǒng)計和結(jié)算的模型等需在相應的派生數(shù)據(jù)庫中運行，且派生庫數(shù)據(jù)必須在授權許可后才能進行修改，系統(tǒng)建立了完善可靠的安全防控措施，針對不同等級的用戶，分別設立與之相適應的訪問瀏覽權限，以確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)與計費的真實性、嚴肅性、準確性和合法性。系統(tǒng)同時具有支持數(shù)據(jù)的人工或自動備份和恢復功能，以保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性[8]”。

4.4 系統(tǒng)具有可擴展性

能源監(jiān)管平臺系統(tǒng)設計方案中的總線承載能力、主板擴展槽、軟件資源配置、模塊IO 節(jié)點等配置均預留一定的擴展余量，以便今后根據(jù)業(yè)務需求靈活擴展控制節(jié)點。系統(tǒng)方案的設計采取網(wǎng)絡化的管理結(jié)構(gòu)模式，充分考慮到用戶的功能擴展與業(yè)務變化需求，以方便、快捷、經(jīng)濟的方法實現(xiàn)擴容、變更等業(yè)務。

4.5 數(shù)據(jù)的完整性

由于用能數(shù)據(jù)具有連續(xù)性、傳遞性和累加性等特點，就必須要求能源監(jiān)管平臺系統(tǒng)在任何情況下都不能丟失原始數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)的保存尤為重要。為確保數(shù)據(jù)的完整性，在數(shù)據(jù)采集、傳輸以及處理等環(huán)節(jié)均采用了多種安全、穩(wěn)妥的技術手段[8]。

4.6 身份認證統(tǒng)一性

每個子系統(tǒng)采用統(tǒng)一身份驗證，通過授權以網(wǎng)頁形式登陸，在任何地點均可以查詢、管理和操控系統(tǒng)。

5 利用監(jiān)管平臺查找跑冒滴漏

在能源監(jiān)管平臺初步實現(xiàn)二級計量的基礎上，查看分析各用能單位或公共建筑單位的用能數(shù)據(jù)，可以選擇統(tǒng)計類型，通過按日統(tǒng)計，查看近期或當日的能源消耗狀況，能夠直觀地發(fā)現(xiàn)近期或當前存在的問題，以便及時查跑堵漏，減少損失，降低不必要的消耗，示例如下：

（1）正常的用水消耗在夜間23 時至次日凌晨6 時的時段內(nèi)都應該是低的，甚至是零消耗，如該樓的用水情況統(tǒng)計說明管道、閥門、水嘴都是好的，用就消耗，夜深人靜時不用就零消耗（見圖1）。（2）不正常的用水消耗，如該樓的用水情況統(tǒng)計說明該樓每小時最少消耗4m3水，最大消耗量是6m3，則是管道、閥門、水嘴的某個環(huán)節(jié)有問題，存在跑冒滴漏的隱患，消耗還不低，夜深人靜時也同樣在消耗（見圖2）。（3）正常的用電消耗，用能單位或用能建筑的用能性質(zhì)在合理的時段內(nèi)都應該是低耗的或者是零消耗的，如2 號學生公寓的用電情況統(tǒng)計說明線路無損耗、該樓內(nèi)無大功率電器、無長明燈現(xiàn)象，用就消耗，夜深人靜時不用就零消耗（見圖3）；第八教學樓的用電情況統(tǒng)計說明該樓內(nèi)有低耗電器設備常開，每小時最低耗電3kWh，不排除有非正常用電消耗，但也算是合理的能耗范圍（見圖4）。（4）不正常的用電消耗，如第十教學樓，在這樣一座既無實驗室又無辦公區(qū)的單純的教學樓里，在沒有學生上課的情況下，夜間0 時每小時耗電至少66kWh，上午10 時最高87kWh，用電時差不大，耗電量基數(shù)不低，說明有大功率電器設備不分晝夜一直在運行（見圖5）。

圖1 正常的用水狀況圖（夜間無消耗）

圖2 非正常用水狀況圖（夜間仍然有消耗）

圖3 正常的用電消耗狀況圖（夜間無消耗）

圖4 低消耗用電狀況圖

圖5 非正常用電狀況圖（夜間持續(xù)高消耗）

6 結(jié)束語

通過能源監(jiān)管平臺的分級計量與數(shù)據(jù)分析，能夠及時檢查水、電、暖管網(wǎng)線路情況，處理原有線路與新建線路存在的交叉疊加問題。解決一線多樓和一樓多線、線路管網(wǎng)下粗上細等管線拓撲結(jié)構(gòu)不合理現(xiàn)象，減少分支多線損大的問題，在基建施工與維修改造的過程中，樹立合理的管線拓撲結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)準確計量的基本條件和實現(xiàn)節(jié)能降耗的基本保證，以保證能源監(jiān)管平臺數(shù)據(jù)采集的準確性，既便于計量管理，又利于根除安全隱患。為科學管理，建設智慧校園提供可靠的依據(jù)，從而不斷強化能源保障供應能力。