對外經濟貿易大學：節能校園的信息化路徑

文/王海濤 楊樹春 方丹丹 韓霖 劉超勇

對外經濟貿易大學：節能校園的信息化路徑

文/王海濤 楊樹春 方丹丹 韓霖 劉超勇

對外經濟貿易大學自2004年以來，以節約能源和提高資源利用率為核心，以節水、節氣、節電為重點，積極探索綠色、低碳校園建設新思路、新舉措，先后實施了中水處理、平改坡及雨水回收利用、太陽能水加熱、地源水源熱泵系統等20多個節能減排、綠色、低碳的建設項目。這些項目的實施，使得學校節能減排工作成績顯著。近兩年，我校借助信息化技術開展的校園智能化能源監管平臺建設項目、云計算數據中心建設項目，又將綠色節能校園的建設工作推上了新的臺階。

對外經濟貿易大學校園智能化能源監管平臺建設的總體目標是實現全校的節能指標化、能耗數據化、管理動態化、數據可視化。學校有針對性地提出了建設包含用電能耗監管系統、用水能耗監管系統、三維地下管網監測系統、供暖外網溫控系統等的校園智能化能源監管平臺建設方案。通過智能化能源監管平臺建設，借助布設在校園內的各類傳感監控點，管理者可以實現對電能使用、給水管網、路燈和供暖的全方位立體式的數字化實時管理，突破了時空約束，實現了不同人、時、地的超越化管理。與此同時，通過數字化的方式，將原來能源管理過程中的“模糊”概念變成詳實的數據，為管理決策者提供了更好、更科學的底層支持，真正實現科學管理和高效管理。

圖1 對外經濟貿易大學校園智能化能源監管平臺整體框架

用電能耗監管系統

在用電能耗監管系統中，基于智能電表的用電監測點共8123個，按照《高等學校校園節能監管系統建設技術導則》對能耗分戶計量的要求，基本實現了對學校重點建筑進行用電分類、分項、分戶計量及監測全覆蓋，在現有線路及配電設施基礎上對最末端的用電情況進行了計量和遠程監測，充分配合指標化管理體系，實現用電管理和指標執行情況的監督、費用結算、數據統計分析等多項功能，為學校各部門落實能耗指標的定額管理、用電分析診斷提供數據支撐。

用電能耗監管系統基于B/S模式開發，選用帶有遠傳數據接口（電氣接口符合RS485標準）的智能電表，采用工業界普遍采用的實時通信與數據采集技術，結合后臺大型分布式數據庫，通過Web發布的形式，使管理人員不管身處何時何地，都可以輕松地對本單位各部門的用電情況進行監控與管理，如圖2所示。該系統還和“用電指標體系”充分配合，實現用電的管理和指標執行情況的監督、費用結算、數據統計分析等多項功能，為實現學校各學院、部門用電的量化管理提供了必備條件。

系統總體功能框架主要包括如下幾個模塊：

基本信息管理中包含電表信息以及網關信息的維護。電表信息包括電表與房間號、樓層和所屬部門之間的隸屬關系、電表的用電類型（生活服務設施、行政辦公設施、教學設施、學科研究設施、實驗設施和學生宿舍等）、電表的用電項目（空調、照明和動力等）。網關信息包括電表與數據收集網關之間的對應關系。

2.電表監測

電表監測的主要內容為電表實時運行參數，在系統界面上實時顯示動態數據，并可按任何時段查詢到各電表每個小時用電數據。系統提供可靠的數據三級保存機制：即電表保存總用電數據、智能數據網關保存最近一段時間的用電數據、數據庫保存系統全部數據。

3.建筑/部門用電管理

建筑/部門用電管理主要包括建筑/部門用電明細、建筑/部門用電報表、建筑/部門用電分析三大類。其中，建筑/部門用電明細可以按建筑/部門查詢每房間電量的起始示數、終止示數、用電性質、通訊時間等具體參數；建筑/部門用電報表可以對單個建筑/部門按時間條件（按日、按月、按季、按年、按指定的一段時間等）同時生成多種分析類型數據報表；建筑/部門用電分析可按建筑/部門查詢樓層比較、樓層逐日、樓層逐月、用電性質、用電類型等方面進行統計分析，便于用戶直觀的分析用電情況。

4.信息公開

觀察組X、Y方向的擺位誤差明顯少于對照組(P<0.05)，兩組Z方向的擺位誤差對比無明顯差異(P>0.05)。見表2。

信息公開主要包括用電排名、能耗預警、故障信息三個部分。用電排名可以用柱狀圖的方式顯示當月各部門的用電情況，并按用電的多少進行排名；能耗預警可以用列表方式顯示當前能耗預警信息；故障信息可以用列表方式顯示當前故障信息。

圖2 用電能耗監管系統

用水能耗監管系統

用水能耗監管系統以學校成熟的校園網絡為載體，對學校原有優勢資源進行整合，對安裝區域、單體建筑和重點單元（房間）三級檢測點（表）共計131個進行監測，采用實時通信與數據采集技術，通過對各建筑物總水表的實時計量和遠程網絡傳輸，獲得能耗實時數據，并對數據進行保存、分析以及報表查詢。使各單體建筑物的實時耗水量、階段性用水情況通過Web發布的形式，及時被學校各級能耗管理人員獲知。無論何時何地，都可以輕松地對學校各建筑物、各部門的用水情況進行監控與管理。建立基于監測數據的安全報警機制，對能耗重點區域、重點單位實施分級預警，可以為用水、節水管理提供更好、更科學的決策支持，實現科學節水和高效節水。對于不合理的能耗使用進行相應控制，自動進行自來水漏失分析和用水異常情況識別，幫助管理人員及時發現“跑冒滴漏”現象，盡快處理和維修，避免資源浪費。對用水能耗的監管采用“數據采集——數據傳輸——資源管理”三個階段完成數據獲取。

在數據采集階段，采用高可靠性、高精度的嵌入式智能計量水表。利用其數據通信功能，使用行業標準的物理接口和通信協議，通過平臺命令采集和主動定時采集兩種數據采集模式采集各項能耗數據，并將向數據上傳。在數據傳輸階段，通過工業現場總線或無線方式將監測數據自動實時上傳，以保證數據得到有效的管理和支持高效率的查詢服務，同時數據傳輸采取一定的編碼規則，實現數據組織、存儲及交換的一致性。在資源管理階段，采用功能強大的能耗監控軟件結合數據庫軟件，接收并存儲其管理區域內監測建筑的能耗數據，并對其進行處理、分析、展示和發布。系統總體功能框架主要包括如下4個模塊：

1.基本信息管理

基本信息管理中主要包含水表信息以及網關信息的維護。水表信息包括智能水表與樓層、所屬部門、所屬區域之間的隸屬關系以及水表屬性等信息。網關信息包括水表與數據收集網關之間的對應關系等信息。

2.用水實時監控

用水實時監控是系統對用水整體的管理過程，主要包括給水參數實時監控、瞬時流量分析、異常狀況報警等內容。

3.區域用水管理

區域用水管理模塊主要包括區域用水明細、區域用水統計、區域用水分析三個部分。其中，區域用水明細是用來為用戶提供各區域的用水信息。區域用水統計包括按月用水報表、按月綜合報表、按年用水報表、按年綜合報表；區域用水分析包括按區域比較、按區域逐日、按區域逐月、按用水性質、按用水類型。

4.信息公開

信息公開主要包括能耗預警和用水信息兩個部分。能耗預警可以用列表方式顯示當前能耗預警信息；用水信息可以針對某個水表、某個區域查詢歷史和當前的用水數據。

供暖外網溫控系統

學校原溫控系統已經建設多年，技術落后，閥門執行器和現場控制器多有損壞，部分建筑供暖經常出現溫度失控現象給整個校區供熱系統帶來不穩定，增大了供熱能耗。為均衡學校的長期發展的投入產出效益，學校鍋爐房增容改造不僅滿足了校內新增建筑的供暖需求，還增加了節能改造等相關要求，在2013年將校區供熱外網36套溫控執行器全部從暖溝中拆出進行全面檢測更換，并對溫控線路進行檢測更新，溫控的外網加裝74套溫控傳感器，實現了對學校供熱外網溫控系統的全面更新升級，并將全部溫控系統并入校園智能化能源監管平臺。

供暖外網溫控系統可以將當前溫控傳感器傳輸的溫度值作為參考，設定校園內各個地方在不同時間段的供熱量，隨后供暖閘門將根據指令對選定地區供應相應的熱量，實現分時分區供暖。在日常校園生活中，教學樓和辦公樓是白天學生和老師的主要聚集地，宿舍樓是晚上學生的主要聚集地，通過采用供暖外網溫控系統，供暖中心就可以白天保證教學辦公樓正常供暖，適當降低學生宿舍溫度，夜晚保證學生宿舍正常供暖，適當降低教學辦公樓溫度。這種做法改變了傳統供暖不管天氣好壞，教學樓、宿舍樓有人沒人，都統一供暖的做法，有效地實現了節能減排。

三維地下管網監測系統

學校三維地下管網監測系統加載三維GIS系統，對地下管網探測工程測繪的數據進行管理，為學校提供校園范圍內的各類管線（如給排水管線、監控線、熱力等）、各類管井信息、管孔信息、地下管道、地下空間及附屬物地下物體信息的查詢、定位、分析、更新功能。三維地下管網監測系統旨在對學校中的地下管線進行展示，存儲和操作管線數據（空間數據和屬性數據），幫助各部門單位了解學校地下管線的運行狀況，方便管線的管理工作。

三維地下管網監測系統結構總體分為三層：應用層、中間層、數據層。應用層為系統與用戶的交互層。應用層向用戶展示系統所具有的功能，并接收用戶的輸入，通過一系列的操作獲取所需要的結果，最終將結果展現給用戶。中間層是應用層和數據層的連接層，應用層對數據的查看和操作都需要經過中間層的空間數據引擎來完成。數據層存儲了系統運行分析所需的管線數據以及場景數據。根據系統設計的目的，系統數據庫所存儲的數據包括：地圖數據庫、管線屬性庫、檔案資料庫以及存儲系統所需的其他信息的數據庫，如用戶信息等。

系統的主要功能模塊可分為六部分：三維瀏覽、系統維護、統計查詢、決策分析、管線管理、輸入輸出。通過對不同種類的管線（供水、供暖、排污、燃氣）的有效管理，有利于協調不同部分之間的工作，節省不必要的人力以及財力資源的浪費；可協助地下管網突發事件的快速應急處理，減少學校能源的流失浪費。

路燈控制系統

學校以往路燈大多采用人工管理的方式，通過固定時間的夕開朝斷控制路燈及景觀的照明時間，未能實現統一的精細化管理與節能控制。針對上述情況，利用自動化控制技術及信息化技術開發的路燈控制系統，在各個路燈上安裝傳感器模塊，能夠實現對學校范圍內的路燈及景觀照明進行遙控開關燈、遙訊設備狀態、遙測電流、電壓、用電功率等，還可以結合地理信息系統方便直觀地了解路燈及景觀照明的運行狀況。可根據人性化的控制方案，對區域內各路段的路燈和景觀照明設施制定不同的開關燈周期策略。實現相應時間段內各路段和景觀照明的分別控制，并根據情況為各路段和景觀照明設施進行設置，如季節策略、夜間高峰期策略、節假日策略等，使區域內路燈和景觀燈可通過網絡隨時隨地輕松管理，在改善控制效果的同時，也能帶來可觀的節電效益。除此之外，還可以根據需求對路燈任意分組和設定多種控制預案，并能夠分別采用不同控制預案控制不同路燈組，可以根據對所測數據的分析來判斷路燈及景觀照明配電設備運行有無故障，對路燈及景觀照明的亮燈率估算和計算，對回路接地、白天亮燈、夜晚熄燈、大面積滅燈等異常情況進行報警處理，并能及時通知給相關管理人員。

數據中心通過虛擬化技術降低能源消耗

數據中心是全校包括節能監管平臺在內的數據集中存儲、服務器集中運行的場所。然而，隨著服務器數量的不斷增大，維持穩定環境的背后是大量能源的消耗，不僅僅是服務器自身的功耗累加，也有其釋放的熱量等對空調等設施制冷的消耗也在增加。在傳統模式下，服務器CPU、內存、硬盤存儲等的利用率非常低，而對于訪問量非常小的網站或平臺，幾乎可以看成是服務器空載運行，造成了資源和能源的極大浪費。

學校數據中心采用虛擬化技術的虛擬機共92臺，分別運行在14臺刀片物理服務器上，在非虛擬化條件下則需使用90臺機架物理服務器。為非虛擬化環境下和虛擬化環境下物理服務器使用和能耗對比，在虛擬化環境下，物理服務器節省到非虛擬化環境下的15.6%，能耗節省到了12.4%，并且隨著虛擬機的繼續增多，整個虛擬化的CPU和內存資源池利用率會進一步提高，對服務器和能源的節省效果也會更加明顯。

另外，服務器能耗的降低也伴隨著散熱的減少，虛擬化技術也間接地減小了核心機房中空調的壓力，降低了空調的用電量和排放。

對外經濟貿易大學通過加強校園智能化能源監管平臺和云計算平臺的建設，進一步加強了綠色節能校園建設，旨在通過信息化技術手段，使學校在實現綠色節能建設上管理更專業、更便捷，實現了校園綠色節能建設和信息化管理建設的完美結合。同時，高校開展節能減排另一個深遠的意義在于，通過綠色節能校園建設以實際的行動教育并影響學生樹立環保意識，培養學生低碳生活習慣，這也許是對國家和社會更有意義的貢獻。

（作者單位為對外經濟貿易大學）

國際可持續校園聯盟

“國際可持續校園聯盟”(ISCN),是可持續校園建設領域最權威的民間組織機構，該組織旨在構建、重塑與組織校園的可持續發展，倡導“綠色校園”建設。成員包括哈佛、耶魯、麻省理工、瑞士聯邦工科大學、瑞典皇家理工大學、 洛桑理工、東京大學、新加坡國立大學、澳大利亞國立大學、香港大學等來自不同國家的55所高校會員。我國目前有清華大學、北京大學、山東建筑大學等院校加入該聯盟組織。“國際可持續校園聯盟“每年在全球范圍評獎一次，設可持續校園杰出獎、建筑杰出獎、綜合杰出獎、學生可持續活動杰出獎各一名。2012年，同濟大學可持續校園項目被授予可持續校園杰出獎。2014年山東建筑大學校圖書館被授予優秀建筑獎。

“中國綠色大學聯盟”

由同濟大學、香港理工大學等8所高校，以及中國建筑設計研究院、深圳建筑設計研究院等2所科研機構共同發起組成的“中國綠色大學聯盟” 于2011年在上海成立。這8所高校分別是同濟大學、天津大學、浙江大學、香港理工大學、華南理工大學、重慶大學、山東建筑大學、江南大學。

該聯盟將致力于加強大學之間在綠色校園建設領域的合作交流，促進校園設施及建筑節能減排技術創新、合作研發與推廣，為國家和地方政府制定綠色校園建設及管理相關政策、深入持久推進綠色校園建設提供科技支撐，并推動校園節能減排領域高級人才培養。

該聯盟中的8所高校均為中國首批節約型校園示范院校，今后聯盟將逐步吸收和發展在綠色校園建設領域具有工作基礎的院校，包括兩岸三地及海外大學。