淺談云能耗管理系統在某高校建筑系統平臺的開發與應用

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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

關鍵詞:建筑能耗管理；電能計量；給水計量；供熱計量；節約型校園

0引言

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

1建筑能耗管理系統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、教學實驗的數據傳感和采集設備、網絡數據傳輸、數據庫技術，開發了建筑能耗監管綜合平臺，高校建筑能耗管理系統平臺架構如圖1所示，系統包括設備層、數據采集層、數據層、基礎平臺層、開放接口層、應用系統層和交互層。采用此能耗管理系統可對某學院的幾十棟校園建筑進行遠程、實時的能耗數據監測和采集，從而進行能耗監測、統計、分析、診斷，為全面實施校園能耗管理的可視化監測、數字化管理、定額管理、量化評價等提供了強有力的支撐平臺。建筑能耗管理系統平臺從2014年開始建設，現水、電、供熱等初期工程已經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平臺應用的總體框架和實現功能

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

1. 建筑電能計量管理系統

建筑電能監測管理系統實現用電管理、費用結算、數據統計分析、指標執行情況監督等多項功能。主要用于為各樓宇及用電部門進行電能數據的實時監測和歷史數據的分析對比，為實現各部門用電的量化管理提供了基礎條件。

1. 建筑給水計量監管系統

給水計量監測管理系統可實時監測和采集用水管網各部位的積算水量,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現漏水點，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，從而實現給水管理的信息化、現代化。

1. 建筑供熱計量管理系統

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

1. 網預付費管系統

網絡預付費管理系統采用基于校園網的實時通信與數據采集技術，結合內嵌加密通信協議的智能預付費水、電表該系統可實現網絡化實時操作實時計量監控，可實現實時售退、實時通斷，有效地解決了收費難的問題，并對用戶節約用水用電起到促進作用。

1. 能效綜合分析系統

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

1. 能源計管理系統

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其中能耗數據模擬預測可實現功能:根據往期能源計劃指標完成情況及增長數據,模擬生成當期及未來能耗指標預測數據，為管理層提供決策支持。

1. 能耗公系統

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管，動態展示能耗排名、能耗成本排名等;提供能耗成本、年度節能率等報告，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、用電能耗監測與分析

3.1用水用電能監測

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

能耗管理系統可以對各建筑分項能耗數據進行同比、環比對比分析[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據可以發現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月份節能率與3月份類似。經過調研，行政樓節電主要是因為采用了新型的LED節能燈具學校正在對各棟樓的燈具陸續進行更換。學校后勤維修部門對系統監測到的一些可能漏水點進行排查,發現并修復了一些漏水點，與往年相比,系統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，已向相關工作人員反映此問題，以后會有所改進。

4供熱能耗監測與分析

4.1供熱計量管理系統組成及在線監測

供熱計量管理系統應用在某學院的17幢教師住宅中，供熱計量的總建筑面積為197241該系統從2015年10月中開始調試行供熱計量管理系統平臺可實時監控,系統可眉夜監控記錄各用戶的情況并實時記錄數據在整個監控系統中，系統管理員通過計算機界面顯示數據，可以直觀地觀察所有用戶熱能使用量、繳費信息、室內溫度等系統運行中的相關數據，一且發生異常情況，系統會自動提供警告信息，實現可視化監測和管理[8]供熱計量管理系統由測溫、計量系統和遠程終端管理系統兩部分組成。測溫、計量系統組成及功能實現如下:

1)在每個單元高低供熱區的熱入口安裝熱計量表,計量該區域的采暖耗熱量;

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據通過無線方式發送給無線數據接收器，無線數據接收器安裝在熱用戶門外的管道井內;

4)無線數據接收器把溫度數據發送到數據采集集中器中

5)數據采集集中器根據各個用戶的溫度數據、面積數據及供熱區熱計量表的熱能數據分攤熱量值，實現前臺分攤;

6)數據采集集中器通過GPRS方式將數據傳至遠程終端管理系統。

遠程終端管理系統接收數據采集集中器發送的數據，并遠程監測每棟樓供熱的即時數據如房間溫度、供水、回水溫度,對數據進行匯總統計、分析和管理。

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

4.2供熱能耗分析

此供熱能耗管理平臺可實現對全部建筑、各樓、各單元、各區、各戶的日、月、年供熱量統計。圖8為某幢樓低區兩個單元的日供熱量對比圖。根據基本數據可以分析采暖耗熱量指標等數據。由于供熱計量管理系統是從2015年10月份采暖季開始時進行調試運行，系統調試初期數據不穩定，波動較大,待以后有完整的一個或多個采暖季數據，可以對相關供熱指標進行深入分析。

5 Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、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、多終端數據訪問。

（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、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、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對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，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，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

◆能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、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、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、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，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、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

通過物聯網技術，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現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，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁面

◆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）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業實現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“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。***原先針對“九小場所”和危化品生產企業無法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統化”、用電管理“精細化”的實際需求。

（5）系統硬件配置

6結束語

在某學院的電能計量管理系統、給水計量監管系統和供熱計量管理系統基礎之上,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、水電等各種能耗數據進行實時監測采集,在此基礎上進行數據挖掘和多維統計分析，改變原有經驗式的宏觀管理模式為精細化的數字管理模式,實現了高等院校建筑的合理用能及長效有序節能管理，為校園公共建筑節能工作的全面落地實施和中、長期節能規劃目標的確定提供了強有力的數據支撐。

參考文獻

［1］馬金星，節約型校園節能監管平合關鍵技術開發與建筑能耗特性評價[D]，大連:大連理工大學，2011。

［2］關博文。基于無線傳盛網絡的校園水電管理系統開發[D]。吉林:東北電力大學，2014。

［3］王硯玲，楊志輝，王芳，張新全.哈爾濱某高校建筑能耗管理系統平臺開發與應用

［4］安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版

作者簡介：

李明君，安科瑞電氣股份有限公司