基于數字化智慧校園的能源監管平臺建設與應用

單聯進

（濟南大學后勤管理與基建處，山東 濟南 250022）

1 建設能源監管平臺的意義

智慧校園建設是當前社會發展進入全新信息時代、數字時代的必然趨勢，高水平大學建設是智慧型校園、數字化校園的有機結合。學校依據實際情況，采用“統一規劃，分步實施”的原則，建設適合大學特色的節能監管平臺，既要跟隨時代進步，也要貼合自身實際。能源監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、暖等各用能監測點進行實時監測，并為各用能單位提供準確的用能計量，初步實現二級計量。“能源監管平臺建設的總體架構是在校園網／無線網的基礎上，通過終端數據采集設備，實現對所需計量的重點能耗部位及公共區域設施的用水、用電、用暖等能耗的數據采集和監控管理，通過能源監管平臺能夠直觀地監視各水表、電表、熱表的數據傳輸狀態[1]”。能夠及時查看各個用能區域的歷史、實時能耗分項數據和匯總數據，為學校節約能源工作提供及時準確的數據和詳備的計量分析依據。同時依據設置的用能限制條件對其進行節能控制，能實現數據的導出或打印輸出，具備數據的網絡報表與能源消耗的日志功能。

2 能源監管平臺設計規范及標準

能源監管平臺由多系統集成架構組成，包括用水監測管理子系統、用電監測管理子系統、中央空調能耗控制子系統、信息管理子系統以及供暖監測管理等子系統。“平臺具備身份驗證、數據采集、能源消耗數據的實時監測、數據統計、數據存儲、圖表顯示、指標對比、能耗分析、報表管理、節能控制、數據上傳等諸多功能。達到了《高等學校校園建筑節能監管系統建設技術導則》的技術要求[2]”。

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

《高等學校節約型校園建設及管理技術導則（試行）》；《高等學校校園建筑節能監管系統運行管理技術導則》（建科[2009]163 號）；《高等學校校園建筑節能監管系統建設技術導則》（建科[2009]163 號）；《高等學校節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能運行管理辦法》（建科[2009]163 號）；《高等學校校園建筑能耗統計審計公示辦法》（建科[2009]163 號）；《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統軟件開發指導說明書》[3]。

3 能源監管平臺的主要功能與參數

（1）“平臺支持多種類型的用能計量設備的數據傳輸采集設備，主要包括：電力監測設備、電能表、流量計、冷熱量計、水表、燃氣表等；并具有開發性的擴展接口協議，可自由開發不同接口的程序；單個采集器的采集點數量不少于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 內存容量。（3）2 個標準10/100/1000Mbps 的網絡接口，2kV 的電磁隔離安全防護，支持網絡喚醒（WOL）、網絡自動引導啟動（PXE）的功能；支持靜態與動態IP 地址獲取；支持網絡協議包括ARP、DNS、DHCP、HTTP、IP、ICMP、UDP、TCP、L/T645 -1997、CJ/T 188-2004、GB/T 19582-2008；支持網絡連接的自動恢復功能，建立穩固的TCP 連接；同時支持兩個及以上服務器的連接和通信；支持發現斷點自動續傳功能，由于網絡傳輸故障等原因未能及時采集到的能耗數據，在網絡傳輸恢復正常之后，數據采集器會自動實現歷史數據的斷點續傳[5]。（4）數據采集器需支持同時向多個數據服務器同步發送數據。（5）平臺數據采集器需具備本地配置與遠程管理功能，支持軟件系統的升級擴容功能。（6）平臺數據采集器具備支持或接受上位機的查詢、調整校時命令。（7）在個體計量裝置出現故障或更換維護時，不影響其他部位的數據采集器正常工作。（8）數據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。（9）支持同時使用4 個USB 2.0 的高速接口。（10）內置一個高精度時鐘，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）平臺需支持執行對數據的命令采集和定時自動采集兩種采集數據模式，定時自動采集與傳輸的周期可在1min 到24h 的范圍內靈活設置；具備三年以上的數據備份儲存容量。（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）支持有線網絡和GPRS 無線網絡。

4 能源監管平臺的設計原則

4.1 保持先進性

能源監管平臺系統“是基于B/S 和C/S 的復合式結構，監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管平臺服務器。監管人員根據各自的權限不同，可瀏覽不同區域的能源使用情況。工程師可以通過Internet 瀏覽器遠程登錄服務器的后臺管理[7]”。根據用戶要求，實現對監管平臺的在線技術維護。

4.2 具備開放性

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

4.3 保證安全性

能源監管平臺所采用的數據庫管理儲存系統，“必須保證其原始數據的不可修改性，對用能進行計量、統計和結算的模型等需在相應的派生數據庫中運行，且派生庫數據必須在授權許可后才能進行修改，系統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，以確保系統數據與計費的真實性、嚴肅性、準確性和合法性。系統同時具有支持數據的人工或自動備份和恢復功能，以保證數據的完整性和安全性[8]”。

4.4 系統具有可擴展性

能源監管平臺系統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 節點等配置均預留一定的擴展余量，以便今后根據業務需求靈活擴展控制節點。系統方案的設計采取網絡化的管理結構模式，充分考慮到用戶的功能擴展與業務變化需求，以方便、快捷、經濟的方法實現擴容、變更等業務。

4.5 數據的完整性

由于用能數據具有連續性、傳遞性和累加性等特點，就必須要求能源監管平臺系統在任何情況下都不能丟失原始數據，原始數據的保存尤為重要。為確保數據的完整性，在數據采集、傳輸以及處理等環節均采用了多種安全、穩妥的技術手段[8]。

4.6 身份認證統一性

每個子系統采用統一身份驗證，通過授權以網頁形式登陸，在任何地點均可以查詢、管理和操控系統。

5 利用監管平臺查找跑冒滴漏

在能源監管平臺初步實現二級計量的基礎上，查看分析各用能單位或公共建筑單位的用能數據，可以選擇統計類型，通過按日統計，查看近期或當日的能源消耗狀況，能夠直觀地發現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 時的時段內都應該是低的，甚至是零消耗，如該樓的用水情況統計說明管道、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、水嘴的某個環節有問題，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在合理的時段內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計說明線路無損耗、該樓內無大功率電器、無長明燈現象，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計說明該樓內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（夜間持續高消耗）

6 結束語

通過能源監管平臺的分級計量與數據分析，能夠及時檢查水、電、暖管網線路情況，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、線路管網下粗上細等管線拓撲結構不合理現象，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構是實現準確計量的基本條件和實現節能降耗的基本保證，以保證能源監管平臺數據采集的準確性，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，從而不斷強化能源保障供應能力。