電子及通信技術下的高校建筑節能監測實訓系統設計

廣東省電子信息技工學校　李瓊慧

0　引言

我國能源消耗的三大耗能分別為工業耗能、建筑耗能及交通耗能，彰顯著建筑節能已經成為節能的重點。21世紀的今天，建筑節能監測作為現代化社會節能減排的核心部分，更要結合實際，結合社會發展需求，對學生專業技術技能培養，使得學生養成節能的良好習慣[1]。文章主要是對高校專業實驗室的實際情況分析，對校園建筑進行真實性的模擬，做好建筑節能監管系統的有效檢測，對系統進行科學的設計，將傳統能耗降低，將計量精度提高，從根本上將校園電能的損耗降低。

1　模擬目標項目和節能監測實訓系統設計目標

1.1　模擬目標項目

本次模擬的高校隨著規模的的擴大，消耗的能源巨大，能源消耗的方向主要是：學校的發展建設，提升了學校每年的用能量。如校園環境、辦公條件、科研進度等，都提升了對能源的需求。同時，學校除了一般的教學工作外，在科技創新、服務社會方面也在不斷進步，加大了能源的消耗。目前來看，高校的主要用電方面是生活用電和科研用電，且校內部分校區內的設備時間較長，其功能老化，提升了節能管理的難度，也加重了能量消耗問題。基于此，實驗室的模擬過程，分析大型公共建筑的基礎分類方法，在學校建筑的編碼過程，對子項編碼增加，并做好功能用途的及時應對[2]。對于子項編碼的分類，如圖1所示。

圖1　子項編碼分類

1.2　節能監測實訓系統設計目標

節能監測實訓系統的設計過程，往往是結合數字電表，對用電數據信息有效采集，在智能電網的應用過程，結合能耗的管理，及時處理和分析用電信息[3]，并將獲得的成果提供有關用電部門。設計師就要盡可能的將投資成本減少，對已有資源充分利用。

2　高校建筑節能監測實訓系統架構設計

高校建筑設施能量的計量過程，需要結合數據的分析和統計過程，實現自動控制的建筑智能控制過程。校園建筑的節能過程，結合轉換裝置，做好數據傳輸網絡的有效性組成。關于系統對互聯網技術的應用，結合BS軟件架構形式，實現數據的實時采集，做好遠程的傳輸和應用。在報表管理過程，做好數據的有效性儲存，實現數據的合理上傳，將校園節能監管內容相關要求全面滿足[4]。校園建筑節能監管系統的構成，有計量表具、數據采集、數據傳輸、數據中轉、數據服務器以及管理軟件構成。系統要滿足能耗數據的實時采集與通訊、遠程傳輸、數據分析和上傳等功能，同時還必須滿足校園節能監管的相關需求。

計量類型的設計。結合節能監測系統的基本要求，對計量裝置分類和統計。因此需要將校園用電進行劃分，通過將其分為不同的類型，依照類型的差異來配備針對性的電能計量設備。在本次模擬校園內，將用電分為了4個類型，分別為動力用電、空調用電、照明插座用電以及特殊用電。其中動力用電，即為自來水和生活用水加壓、電梯等專門提供動力服務的用電；空調則是用于空調、采暖服務等建筑物；照明即用于建筑物和照明區內的用電；特殊用電表示的是除常規用電的類型，包括信息中心、實驗設備或者洗衣房的用電。

計量單位的劃分。模擬校園內各建筑分布各有特點，計量單元的劃分要依據計量類型的不同進行。其一，系統需要實時檢測用電負荷，便于針對電能進行計量和管理。基于此，學校后勤應該以教學區樓群的分布為基礎，結合樓層的特點，對計量單元進行合理劃分；其二，針對院系樓、辦公區、學科的不同，進行計量單元的劃分[5]，特別是一些細節方面，比如辦公室的差異，可考慮是否安裝剩余電流保護裝置，同時在各個樓層集中安裝數字電表，將三相數字電表安裝在群樓，可對各單元的耗能情況進行有效掌握；在實驗室內原本就存在動力配電箱，因此可為室內的動力裝置和空調提供電能，可通過將室內的插座和照明負荷接入到動力配電箱內，同時在不同的樓層中安裝三相和單相數字電表，并在樓群中設置三相數字電表，從而改造該部分的電路。以實驗室公共部分的用電情況為基礎，分開進行計量；其三，對學生宿舍、教學生活以及服務實體進行劃分，其中學生的各個宿舍內安裝了計量裝置，在設計過程中，需要將三相數字電表安裝其中，可對原有設施的用電情況進行計量，同時向用電管理中心傳輸用電數據；同時也應將三相數字電表安裝在禮堂、餐廳等位置。

3　硬件設計和軟件設計

3.1　硬件設計

1)硬件結構。要保證系統硬件結構的合理性，及時的改進整體結構。基于此，校園的節能檢測確定采用集散控制系統。在該系統中有3個部分，即采集設備、通信網絡、管理中心。在管理中心部分，將其連接在校園網上采用的協議是TCP/IP協議，其中的計費系統是重點，主要作用是結算用電費用和統計用電信息，以及考核電量平衡、網損和線損；數字電表的接口方式采用的是異步半雙工RS485接口，便于自動化通信，同時在該接口下各個職能電表網關都能夠接入到256x128臺數字電報中[6]，且通信方式依照的是Modus-RUT協議。架設通信網絡使用的結構為雙絞線結構，該形式的優點是經濟適用；整個檢測系統的基礎便是采集現場電能信息，而該部分的構成有數字電表與斷路器，其中在不同的房間、樓中以及樓層的配電柜內都有數字電表，借助于電表網關與校園連接。硬件系統結構，如圖2所示。

圖2　硬件系統結構

2)硬件評估。對硬件結構進行全面評估，在設計過程中要明確節能的標準；智能電表網關的通信方式較多，且傳輸數據信息的過程中，主要結合了無線和有線兩種形式，對可靠性的用電信息傳輸進行全面保障[7]。智能電表網的數據有效性采集，結合不同計量設備的形式，保證有著穩定的工作狀態。數字電表以星形的形式與位于網關中的數字采集器進行連接，使用這種結構工作性能較為穩定，同時若有大量數字電表接入，還可以將可變波特率、尋址以及沖突等問題合理地解決；一般來說，數字電表類型的差異，其使用的串口參數以及通信協議也會存在差異，無論是哪種類型的數字電表都可被智能電表網關接入，而且不影響各個端口的正常工作。

3.2　軟件設計

1)軟件體系。在節能檢測系統中，將服務對象采用應用功能不同進行分類。在設計過程中，要注重搭建服務數據基礎框架，之后便可在其中加載各種服務對象。管理平臺可利用多種技術不斷更新框架中的數據，達到節能的目的。

2)軟件構成。軟件的功能需要滿足對數據的采集、解析、處理，且分項結算服務，同時要滿足數據采集通信。關于建筑節能監測系統的軟件組成，如圖3所示。

圖3　數據接收軟件的流程圖

通過對數據進行接收，在分項能耗結算服務的過程，做好智能電表網數據包的有效存儲，并應用Socket協議將其實現[8-10]。在智能電網卡數據包的讀取過程，做好結構化的記錄過程，將結構化數據讀出，并保證有著準確性的結構化數據，實現能耗日志的記錄。

4　系統安全性及用戶權限設置

4.1　系統登陸權限設計

系統登陸權限的安全性主要是鑒別操作人員的身份，并采用角色訪問控制，確定使用者的權限。在鑒別身份時，操作人員輸入登陸的用戶名、密碼，查詢數據庫；若在數據庫中有相關信息，則可通過身份，操作人員即可進入系統主界面；在確定使用者權限時，根據用戶職位、責任的差異，被指定為不同的角色，以實現分離用戶和相對應的權限。在該系統權限控制策略中，系統管理員會對管理權限進行統一分配，用戶在通過角色后，才具備了相關權限，繼而進行操作。

4.2　數據庫的安全設計

1)SQL Server的安全賬戶認證模式。主要有兩種，分別是Windows認證模式、混合SQL Server認證模式。從本次系統設計的實用性來看，選取的認證模式為混合式。通過Windows操作系統，來判斷賬號的可信性，如果連接為可信，則會直接通過身份驗證；若不可行，則會在SQL Server自動通過賬戶與密碼進行再次驗證。

2)定期備份數據庫。數據庫的安全需要備份機制與恢復機制。數據庫的備份方式較多，如事務日志備份、增量備份、數據庫文件備份、完全數據備份。在該系統中，采用的為自動定期備份的方式。

4.3　系統數據傳輸安全設計

采用的認證技術為VPN技術與CA安全認證技術。其中VPN技術即虛擬專用網絡，是在公共網絡上構建的專用網絡的技術，涉及到的技術主要有使用者和設備身份認證技術、密鑰管理技術等。系統通過該技術實現數據傳輸，便可保障用戶數據的安全。此外系統還通過CA安全認證體系，以數字證書技術，對所有資源、數據以及業務的訪問權限進行控制，使得數據傳輸更加安全。

5　節能目標的預測

基于節能目標的預測，對不同用電運行模式采用，進而對節能工作計劃制定，將供電設備維護全面加強，并將成本控制進行優化。在該系統節能的應用過程，結合節能目標進行評估，該體系的節能過程，能耗遠遠大于20%，系統應用之后，節約用電約為2200萬kWh。這一節能過程，不僅僅將學校用電成本開支有效節省，同時也推動了現代化高校節約型校園的建設和發展。

6　結束語

在高校建筑節能檢測實訓系統的設計和應用前提下，以及通過實訓平臺對各項能耗進行檢測，能夠發掘學校師生對校園節能的意識，并從理論層次上升到實踐層次上。總之，高校建筑節能監測實訓系統設計，應用電子通信技術，實現運行模式下能耗監測結果，不僅將學生鉆研專業技術的潛能激發，同時也培養了學生節約用能的良好習慣。基于電子通信技術下的高校建筑節能監測實訓設計，強化用電管理，進而實現了能源的節約。高校是當前社會上用電大戶之一，在節能方面應積極構建節約型校園，加大對節能建設的投入，以更為科學的方式判斷節能效率。通過節能監測系統，對當前用電的現狀進行分析，及時看清用電過程中的不合理之處，并針對性地進行解決，真正做到節約能源，促進高校的可持續發展。

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