校園能耗監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

鄭少蘭

(福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建 永安 366000)

0 引言

由于監(jiān)督管理缺乏有效手段,校園能耗監(jiān)管面臨著許多挑戰(zhàn)。為有效監(jiān)控及管理校園能源消耗情況,需做好能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,通過系統(tǒng)化研究給出可行的技術(shù)方案,為高效節(jié)能減排及綠色校園建設(shè)提供理論及實踐基礎(chǔ)。

校園能耗監(jiān)測系統(tǒng)存在諸多問題,主要體現(xiàn)在以下三方面。

1)能源消耗水平較高。學(xué)校能耗總量大,空間分散小,環(huán)境資源利用率低,各類設(shè)備如照明、插座、風(fēng)扇、空調(diào)、水管等存在著大量的能源浪費情況。而生活用電量不斷增長,原有的供電容量已無法滿足需要。大部分學(xué)校信息技術(shù)裝備的使用情況較差,裝備閑置較多,使用經(jīng)驗不足。盡管學(xué)校信息化建設(shè)較完善,但還沒有達到理想效果,資源浪費較為嚴重。

2)能源使用形式復(fù)雜,人力管理成本較高。學(xué)校是集教學(xué)、科研、生活為一體的綜合性場所,占地面積大,環(huán)境適應(yīng)性好,基礎(chǔ)建設(shè)投入大,所需購買的設(shè)施設(shè)備較多,要想正常運轉(zhuǎn),必須掌握較高的技術(shù)水平,由專人對系統(tǒng)進行維護管理。學(xué)校建筑種類繁多,功能分區(qū)復(fù)雜,能源使用種類多,能耗大,管理成本較高,導(dǎo)致總運營成本很高。

3)缺乏能源效率評價體系,節(jié)能意識不強。學(xué)校能耗管理是以電耗、水耗、燃氣量、燃油量等為主要內(nèi)容,傳統(tǒng)的系統(tǒng)能耗管理模式已無法滿足現(xiàn)代化大規(guī)模用能需求。能耗管理缺乏一套嚴謹?shù)脑u估機制,沒有完全反映出評估系統(tǒng)的重要性與完整性。目前,我國能耗統(tǒng)計系統(tǒng)還不健全,缺少行之有效的節(jié)能報告系統(tǒng)及節(jié)能考核系統(tǒng),在節(jié)能管理、節(jié)能改造、節(jié)能應(yīng)用等方面缺乏有效的激勵約束機制,節(jié)能管理工作還沒有形成科學(xué)、規(guī)范的管理制度體系。

1 校園能耗監(jiān)測技術(shù)的改革方案

1.1 建立節(jié)能高效的能源監(jiān)測管理系統(tǒng)

能源監(jiān)測管理系統(tǒng)負責(zé)實時監(jiān)測能源消耗情況,實行能源審計、能效公示、能源使用限額等制度,需加強校園能耗管理。能耗監(jiān)測系統(tǒng)每隔5 s即可抄讀一次用能數(shù)據(jù),對用能數(shù)據(jù)采取實時查看及監(jiān)測,設(shè)置異常預(yù)警,提升節(jié)能運行管理能力,對節(jié)能空間進行改造。針對抄讀數(shù)據(jù)系統(tǒng),按照不同地域維度自動生成一系列可視化數(shù)據(jù)報表,便于隨時隨地讀取數(shù)據(jù)并導(dǎo)出,實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的調(diào)出。經(jīng)過長期的數(shù)據(jù)分析掌握學(xué)校能源利用規(guī)律,將能源與利用場地進行合理調(diào)配,減少額外的能源支出,加強能源管理[1]。能源管理應(yīng)保證設(shè)備安全可靠運行,實現(xiàn)能源費用的控制,以不同能源間的互補與耦合為基礎(chǔ),實現(xiàn)能量與信息的跨界交流,為學(xué)校提供高效、智能的多元能源供給與增值服務(wù)。

1.2 基于“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”技術(shù),打造用能一體化方案

現(xiàn)代校園的能源管理應(yīng)以智慧電網(wǎng)為核心,將網(wǎng)絡(luò)思維理念、信息技術(shù)及能量生產(chǎn)、運輸、儲存、消費等深度結(jié)合,部署建立校內(nèi)信息樓,實現(xiàn)校園整體性能數(shù)據(jù)采集、存儲與分析,包括能耗圖形顯示與信息查詢[2]。業(yè)務(wù)覆蓋能耗統(tǒng)計、能耗監(jiān)測預(yù)警、能耗有效管理等,包括整個能源體系建設(shè)及服務(wù)。綜合校園前端管理網(wǎng)站與后臺集抄服務(wù),對所有設(shè)備數(shù)據(jù)進行整合,協(xié)同歸口管理。以互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能技術(shù)為核心,構(gòu)建基于大學(xué)校園的資源循環(huán)系統(tǒng),在其生命周期內(nèi)對能源進行綜合利用,促進能源消耗管理從粗放型轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝?從實證型轉(zhuǎn)變?yōu)榱炕?實現(xiàn)用能一體化的總目標(biāo)。

1.3 規(guī)范校園建設(shè)及運行管理評價指標(biāo),建立科學(xué)的評價方法

從整體上把握和諧校園建設(shè)的科學(xué)性及前瞻性,建立科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系[3]。以和諧社會為核心,建立一套合理、高效的高校能耗綜合評價體系。校園能耗監(jiān)控管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析要監(jiān)控能耗數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行離散趨勢研究,對數(shù)據(jù)未來變動做出預(yù)估,將其與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行比較,采取相應(yīng)的預(yù)警與管理,減輕工作壓力。建立考核管理機制,對管理人員進行定期的業(yè)績評估及考核,結(jié)合實際能耗監(jiān)測資料,確定后勤人員考核等級,加強校園能耗管理。

2 校園能耗監(jiān)控系統(tǒng)的具體設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 項目需求

能耗監(jiān)控系統(tǒng)需配置地理信息系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。通過各種能耗數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲及分析,以能耗報表、能耗圖形等多種形式展示數(shù)據(jù)結(jié)果[4],將采集到的多種能耗數(shù)據(jù)全部并入到系統(tǒng)中,實現(xiàn)能耗多級測量。將能耗大數(shù)據(jù)作為一個重要的基礎(chǔ),實現(xiàn)對能耗數(shù)據(jù)的在線采集、計算、分析及處理,實現(xiàn)能源平衡、耦合、調(diào)度與優(yōu)化管理,并向?qū)W校提出相應(yīng)的能源使用分析比對建議,提高人們的節(jié)能意識及能耗管理信息化程度。

2.2 設(shè)計原理

能耗監(jiān)控系統(tǒng)是將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算及傳感技術(shù)等多種技術(shù)融合形成的現(xiàn)代化智能終端軟件。通過監(jiān)測各種用能設(shè)備,對用能情況進行實時記錄,將所有監(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳到云系統(tǒng)后進行有序匯總,對匯總數(shù)據(jù)進行分析整理,建立用能模型。采用圖表、對比圖的形式建立用能趨勢圖。通過軟件信息評估,使管理人員快速了解能源損耗方向及各個時間段內(nèi)發(fā)生的能耗變化,實現(xiàn)對能源的實時監(jiān)控。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)由應(yīng)用層、中心監(jiān)測層、數(shù)據(jù)服務(wù)層及設(shè)備層等組成,具有數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)實時錄入、數(shù)據(jù)分析及顯示等功能。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖1。

圖1 校園能耗監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計Fig.1 System architecture design of campus energy consumption monitoring system

由于班級教室不固定、座位不固定,多數(shù)情況下學(xué)校采取開放式管理。除了正常學(xué)習(xí)時間以外,可自由分配時間,無嚴格的時間限制,故校園能耗管理難度較大。計劃采用互聯(lián)網(wǎng)+、云計算及大數(shù)據(jù)分析等技術(shù),提供在線查詢服務(wù),采用B/S架構(gòu)整體開發(fā),在此基礎(chǔ)上配置一套虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,將IT資源按需配置。可通過電腦和手機瀏覽器查詢能耗數(shù)據(jù),并顯示在能耗較大的屏幕上,為學(xué)校提供一站式運營服務(wù),還可進行信息檢索,隨時對信息進行查看及管理。

在每個功能區(qū)域安裝一個智能網(wǎng)關(guān),將網(wǎng)絡(luò)中收集到的能耗信息定期傳輸至云系統(tǒng)。教室采用柜體式空調(diào)能源控制,利用DTSY1352-NK(NB)無線電或電子計量表統(tǒng)計,計價器采用NB方式與服務(wù)器進行內(nèi)聯(lián)網(wǎng)通信,各種能耗設(shè)備都能以計算機和網(wǎng)絡(luò)為主體,進行信息獲取、處理及反饋,為各種管理決策提供重要的信息數(shù)據(jù)支持。

2.4 系統(tǒng)功能設(shè)計

2.4.1 賬戶管理

智能能耗管理系統(tǒng)采用賬號和口令的分級管理方式,按照用戶等級分別對其進行相應(yīng)授權(quán),采用開放式管理,從而對用戶進行集中、有序管理。不同層次的管理具有對應(yīng)的閱覽權(quán)限。在設(shè)備管理方面,對每個設(shè)備的安裝、修理、維護都有清晰的時間及流程記錄。管理者按照需要及實際狀況設(shè)定并管理各類參數(shù),從根本上解決傳統(tǒng)管理方法中存在的問題,滿足建筑標(biāo)準化及智能化發(fā)展要求,提升校園能耗管理的整體效益。系統(tǒng)用戶權(quán)限分級管理方法見圖2。

圖2 系統(tǒng)用戶權(quán)限分級管理方法Fig.2 Hierarchical management of system user rights

2.4.2 采集能耗數(shù)據(jù)管理

能耗采集網(wǎng)關(guān)可將各種能耗監(jiān)測設(shè)備與網(wǎng)關(guān)連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到云系統(tǒng),通過校園能耗管理平臺實現(xiàn)遠程監(jiān)控用能設(shè)備及能耗數(shù)據(jù)管理。采集式網(wǎng)關(guān)可實時監(jiān)控能耗情況,提供可靠的能源消耗管理資料。收集現(xiàn)有能耗數(shù)據(jù),發(fā)布實時監(jiān)測數(shù)據(jù)信息,便于管理者掌握監(jiān)控的最新結(jié)果,做出相應(yīng)的調(diào)整,不斷改進措施,制定出更優(yōu)的能耗管理計劃。能耗監(jiān)控網(wǎng)關(guān)見圖3。

圖3 能耗監(jiān)控網(wǎng)關(guān)Fig.3 Energy consumption monitoring gateway

2.4.3 監(jiān)控報警管理

校園能耗監(jiān)控管理系統(tǒng)支持來電、短信、微信小程序、APP等各種告警手段,可提供重大事故報警功能及夜間環(huán)境下的報警電話提醒功能,使報警信息效果最大化。該系統(tǒng)報警功能整合了智能告警平臺,可手動去重,通過智能算法實現(xiàn)報警降噪,利用分派、通知等功能實現(xiàn)告警的流程化操作,以盡快恢復(fù)告警工作,提高告警的實時管理效果。

2.4.4 考核管理

能耗監(jiān)控管理系統(tǒng)具有多種功能,可實時檢測校園中各種設(shè)備的能耗數(shù)據(jù),對收集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,令管理者實時了解系統(tǒng)的工作情況,以便做出合理調(diào)整,保證系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)。成立后勤人員考核工作領(lǐng)導(dǎo)小組,每學(xué)期定期對教輔和后勤崗位人員進行工作質(zhì)量考核,通過自評、組評、考核領(lǐng)導(dǎo)小組打分,將后勤人員考核分數(shù)與實際能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合,給出最終評級。具體執(zhí)行分為以下幾個步驟:①明確工作人員的考核體系及方案,及每個崗位的任務(wù)及任務(wù)完成標(biāo)準,對管理者各方面的要求展開分析。②發(fā)布公告,定期召開校園能耗監(jiān)控管理會議,進行定期的業(yè)績評估及考核。③對評估數(shù)據(jù)進行采集和分析,按照評估目標(biāo)對管理者進行考核評級。④結(jié)合管理者對績效評估結(jié)果的意見,對這一階段的評估結(jié)果進行分析,為人員績效評估工作(績效評估可用于獎金發(fā)放及人員晉升等)提供重要的基礎(chǔ),并對其進行績效反饋,將評估結(jié)果反饋給相關(guān)人員。⑤針對未達到目標(biāo)的問題,與工作人員當(dāng)面交流,分析原因,制定改善方案。

3 結(jié)束語

分析了校園傳統(tǒng)能源監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀,總結(jié)了其工作特點,指出了其中存在的問題,提出了相應(yīng)的解決方案。以“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”為基礎(chǔ),構(gòu)建用能一體化校園能源管理系統(tǒng),給出了具體的設(shè)計方法。該系統(tǒng)采用的技術(shù)具有較高的實用性及廣泛的應(yīng)用前景。