文/王海濤 楊樹春 方丹丹 韓霖 劉超勇

對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)：節(jié)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(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)自2004年以來，以節(jié)約能源和提高資源利用率為核心，以節(jié)水、節(jié)氣、節(jié)電為重點(diǎn)，積極探索綠色、低碳校園建設(shè)新思路、新舉措，先后實(shí)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(tǒng)等20多個節(jié)能減排、綠色、低碳的建設(shè)項(xiàng)目。這些項(xiàng)目的實(shí)施，使得學(xué)校節(jié)能減排工作成績顯著。近兩年，我校借助信息化技術(shù)開展的校園智能化能源監(jiān)管平臺建設(shè)項(xiàng)目、云計算數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)目，又將綠色節(jié)能校園的建設(shè)工作推上了新的臺階。

對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)校園智能化能源監(jiān)管平臺建設(shè)的總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全校的節(jié)能指標(biāo)化、能耗數(shù)據(jù)化、管理動態(tài)化、數(shù)據(jù)可視化。學(xué)校有針對性地提出了建設(shè)包含用電能耗監(jiān)管系統(tǒng)、用水能耗監(jiān)管系統(tǒng)、三維地下管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)、供暖外網(wǎng)溫控系統(tǒng)等的校園智能化能源監(jiān)管平臺建設(shè)方案。通過智能化能源監(jiān)管平臺建設(shè)，借助布設(shè)在校園內(nèi)的各類傳感監(jiān)控點(diǎn)，管理者可以實(shí)現(xiàn)對電能使用、給水管網(wǎng)、路燈和供暖的全方位立體式的數(shù)字化實(shí)時管理，突破了時空約束，實(shí)現(xiàn)了不同人、時、地的超越化管理。與此同時，通過數(shù)字化的方式，將原來能源管理過程中的“模糊”概念變成詳實(shí)的數(shù)據(jù)，為管理決策者提供了更好、更科學(xué)的底層支持，真正實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理和高效管理。

圖1 對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)校園智能化能源監(jiān)管平臺整體框架

用電能耗監(jiān)管系統(tǒng)

在用電能耗監(jiān)管系統(tǒng)中，基于智能電表的用電監(jiān)測點(diǎn)共8123個，按照《高等學(xué)校校園節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》對能耗分戶計量的要求，基本實(shí)現(xiàn)了對學(xué)校重點(diǎn)建筑進(jìn)行用電分類、分項(xiàng)、分戶計量及監(jiān)測全覆蓋，在現(xiàn)有線路及配電設(shè)施基礎(chǔ)上對最末端的用電情況進(jìn)行了計量和遠(yuǎn)程監(jiān)測，充分配合指標(biāo)化管理體系，實(shí)現(xiàn)用電管理和指標(biāo)執(zhí)行情況的監(jiān)督、費(fèi)用結(jié)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等多項(xiàng)功能，為學(xué)校各部門落實(shí)能耗指標(biāo)的定額管理、用電分析診斷提供數(shù)據(jù)支撐。

用電能耗監(jiān)管系統(tǒng)基于B/S模式開發(fā)，選用帶有遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)接口（電氣接口符合RS485標(biāo)準(zhǔn)）的智能電表，采用工業(yè)界普遍采用的實(shí)時通信與數(shù)據(jù)采集技術(shù)，結(jié)合后臺大型分布式數(shù)據(jù)庫，通過Web發(fā)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(jìn)行監(jiān)控與管理，如圖2所示。該系統(tǒng)還和“用電指標(biāo)體系”充分配合，實(shí)現(xiàn)用電的管理和指標(biāo)執(zhí)行情況的監(jiān)督、費(fèi)用結(jié)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等多項(xiàng)功能，為實(shí)現(xiàn)學(xué)校各學(xué)院、部門用電的量化管理提供了必備條件。

系統(tǒng)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(wǎng)關(guān)信息的維護(hù)。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(guān)系、電表的用電類型（生活服務(wù)設(shè)施、行政辦公設(shè)施、教學(xué)設(shè)施、學(xué)科研究設(shè)施、實(shí)驗(yàn)設(shè)施和學(xué)生宿舍等）、電表的用電項(xiàng)目（空調(diào)、照明和動力等）。網(wǎng)關(guān)信息包括電表與數(shù)據(jù)收集網(wǎng)關(guān)之間的對應(yīng)關(guān)系。

2.電表監(jiān)測

電表監(jiān)測的主要內(nèi)容為電表實(shí)時運(yùn)行參數(shù)，在系統(tǒng)界面上實(shí)時顯示動態(tài)數(shù)據(jù)，并可按任何時段查詢到各電表每個小時用電數(shù)據(jù)。系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)三級保存機(jī)制：即電表保存總用電數(shù)據(jù)、智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)保存最近一段時間的用電數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫保存系統(tǒng)全部數(shù)據(jù)。

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(xì)、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(xì)可以按建筑/部門查詢每房間電量的起始示數(shù)、終止示數(shù)、用電性質(zhì)、通訊時間等具體參數(shù)；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(shù)據(jù)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(zhì)、用電類型等方面進(jìn)行統(tǒng)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(yù)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(dāng)月各部門的用電情況，并按用電的多少進(jìn)行排名；能耗預(yù)警可以用列表方式顯示當(dāng)前能耗預(yù)警信息；故障信息可以用列表方式顯示當(dāng)前故障信息。

圖2 用電能耗監(jiān)管系統(tǒng)

用水能耗監(jiān)管系統(tǒng)

用水能耗監(jiān)管系統(tǒng)以學(xué)校成熟的校園網(wǎng)絡(luò)為載體，對學(xué)校原有優(yōu)勢資源進(jìn)行整合，對安裝區(qū)域、單體建筑和重點(diǎn)單元（房間）三級檢測點(diǎn)（表）共計131個進(jìn)行監(jiān)測，采用實(shí)時通信與數(shù)據(jù)采集技術(shù)，通過對各建筑物總水表的實(shí)時計量和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸，獲得能耗實(shí)時數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、分析以及報表查詢。使各單體建筑物的實(shí)時耗水量、階段性用水情況通過Web發(fā)布的形式，及時被學(xué)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(xué)校各建筑物、各部門的用水情況進(jìn)行監(jiān)控與管理。建立基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全報警機(jī)制，對能耗重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)單位實(shí)施分級預(yù)警，可以為用水、節(jié)水管理提供更好、更科學(xué)的決策支持，實(shí)現(xiàn)科學(xué)節(jié)水和高效節(jié)水。對于不合理的能耗使用進(jìn)行相應(yīng)控制，自動進(jìn)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(fā)現(xiàn)“跑冒滴漏”現(xiàn)象，盡快處理和維修，避免資源浪費(fèi)。對用水能耗的監(jiān)管采用“數(shù)據(jù)采集——數(shù)據(jù)傳輸——資源管理”三個階段完成數(shù)據(jù)獲取。

在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通信功能，使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的物理接口和通信協(xié)議，通過平臺命令采集和主動定時采集兩種數(shù)據(jù)采集模式采集各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)，并將向數(shù)據(jù)上傳。在數(shù)據(jù)傳輸階段，通過工業(yè)現(xiàn)場總線或無線方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)自動實(shí)時上傳，以保證數(shù)據(jù)得到有效的管理和支持高效率的查詢服務(wù)，同時數(shù)據(jù)傳輸采取一定的編碼規(guī)則，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)組織、存儲及交換的一致性。在資源管理階段，采用功能強(qiáng)大的能耗監(jiān)控軟件結(jié)合數(shù)據(jù)庫軟件，接收并存儲其管理區(qū)域內(nèi)監(jiān)測建筑的能耗數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行處理、分析、展示和發(fā)布。系統(tǒng)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(wǎng)關(guān)信息的維護(hù)。水表信息包括智能水表與樓層、所屬部門、所屬區(qū)域之間的隸屬關(guān)系以及水表屬性等信息。網(wǎng)關(guān)信息包括水表與數(shù)據(jù)收集網(wǎng)關(guān)之間的對應(yīng)關(guān)系等信息。

2.用水實(shí)時監(jiān)控

用水實(shí)時監(jiān)控是系統(tǒng)對用水整體的管理過程，主要包括給水參數(shù)實(shí)時監(jiān)控、瞬時流量分析、異常狀況報警等內(nèi)容。

3.區(qū)域用水管理

區(qū)域用水管理模塊主要包括區(qū)域用水明細(xì)、區(qū)域用水統(tǒng)計、區(qū)域用水分析三個部分。其中，區(qū)域用水明細(xì)是用來為用戶提供各區(qū)域的用水信息。區(qū)域用水統(tǒng)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(qū)域用水分析包括按區(qū)域比較、按區(qū)域逐日、按區(qū)域逐月、按用水性質(zhì)、按用水類型。

4.信息公開

信息公開主要包括能耗預(yù)警和用水信息兩個部分。能耗預(yù)警可以用列表方式顯示當(dāng)前能耗預(yù)警信息；用水信息可以針對某個水表、某個區(qū)域查詢歷史和當(dāng)前的用水?dāng)?shù)據(jù)。

供暖外網(wǎng)溫控系統(tǒng)

學(xué)校原溫控系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)多年，技術(shù)落后，閥門執(zhí)行器和現(xiàn)場控制器多有損壞，部分建筑供暖經(jīng)常出現(xiàn)溫度失控現(xiàn)象給整個校區(qū)供熱系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定，增大了供熱能耗。為均衡學(xué)校的長期發(fā)展的投入產(chǎn)出效益，學(xué)校鍋爐房增容改造不僅滿足了校內(nèi)新增建筑的供暖需求，還增加了節(jié)能改造等相關(guān)要求，在2013年將校區(qū)供熱外網(wǎng)36套溫控執(zhí)行器全部從暖溝中拆出進(jìn)行全面檢測更換，并對溫控線路進(jìn)行檢測更新，溫控的外網(wǎng)加裝74套溫控傳感器，實(shí)現(xiàn)了對學(xué)校供熱外網(wǎng)溫控系統(tǒng)的全面更新升級，并將全部溫控系統(tǒng)并入校園智能化能源監(jiān)管平臺。

供暖外網(wǎng)溫控系統(tǒng)可以將當(dāng)前溫控傳感器傳輸?shù)臏囟戎底鳛閰⒖?，設(shè)定校園內(nèi)各個地方在不同時間段的供熱量，隨后供暖閘門將根據(jù)指令對選定地區(qū)供應(yīng)相應(yīng)的熱量，實(shí)現(xiàn)分時分區(qū)供暖。在日常校園生活中，教學(xué)樓和辦公樓是白天學(xué)生和老師的主要聚集地，宿舍樓是晚上學(xué)生的主要聚集地，通過采用供暖外網(wǎng)溫控系統(tǒng)，供暖中心就可以白天保證教學(xué)辦公樓正常供暖，適當(dāng)降低學(xué)生宿舍溫度，夜晚保證學(xué)生宿舍正常供暖，適當(dāng)降低教學(xué)辦公樓溫度。這種做法改變了傳統(tǒng)供暖不管天氣好壞，教學(xué)樓、宿舍樓有人沒人，都統(tǒng)一供暖的做法，有效地實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

三維地下管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)

學(xué)校三維地下管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)加載三維GIS系統(tǒng)，對地下管網(wǎng)探測工程測繪的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，為學(xué)校提供校園范圍內(nèi)的各類管線（如給排水管線、監(jiān)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(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)旨在對學(xué)校中的地下管線進(jìn)行展示，存儲和操作管線數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)），幫助各部門單位了解學(xué)校地下管線的運(yùn)行狀況，方便管線的管理工作。

三維地下管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體分為三層：應(yīng)用層、中間層、數(shù)據(jù)層。應(yīng)用層為系統(tǒng)與用戶的交互層。應(yīng)用層向用戶展示系統(tǒng)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(jié)果，最終將結(jié)果展現(xiàn)給用戶。中間層是應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層的連接層，應(yīng)用層對數(shù)據(jù)的查看和操作都需要經(jīng)過中間層的空間數(shù)據(jù)引擎來完成。數(shù)據(jù)層存儲了系統(tǒng)運(yùn)行分析所需的管線數(shù)據(jù)以及場景數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的目的，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫所存儲的數(shù)據(jù)包括：地圖數(shù)據(jù)庫、管線屬性庫、檔案資料庫以及存儲系統(tǒng)所需的其他信息的數(shù)據(jù)庫，如用戶信息等。

系統(tǒng)的主要功能模塊可分為六部分：三維瀏覽、系統(tǒng)維護(hù)、統(tǒng)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?xì)猓┑挠行Ч芾?，有利于協(xié)調(diào)不同部分之間的工作，節(jié)省不必要的人力以及財力資源的浪費(fèi)；可協(xié)助地下管網(wǎng)突發(fā)事件的快速應(yīng)急處理，減少學(xué)校能源的流失浪費(fèi)。

路燈控制系統(tǒng)

學(xué)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(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的精細(xì)化管理與節(jié)能控制。針對上述情況，利用自動化控制技術(shù)及信息化技術(shù)開發(fā)的路燈控制系統(tǒng)，在各個路燈上安裝傳感器模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)校范圍內(nèi)的路燈及景觀照明進(jìn)行遙控開關(guān)燈、遙訊設(shè)備狀態(tài)、遙測電流、電壓、用電功率等，還可以結(jié)合地理信息系統(tǒng)方便直觀地了解路燈及景觀照明的運(yùn)行狀況。可根據(jù)人性化的控制方案，對區(qū)域內(nèi)各路段的路燈和景觀照明設(shè)施制定不同的開關(guān)燈周期策略。實(shí)現(xiàn)相應(yīng)時間段內(nèi)各路段和景觀照明的分別控制，并根據(jù)情況為各路段和景觀照明設(shè)施進(jìn)行設(shè)置，如季節(jié)策略、夜間高峰期策略、節(jié)假日策略等，使區(qū)域內(nèi)路燈和景觀燈可通過網(wǎng)絡(luò)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(jié)電效益。除此之外，還可以根據(jù)需求對路燈任意分組和設(shè)定多種控制預(yù)案，并能夠分別采用不同控制預(yù)案控制不同路燈組，可以根據(jù)對所測數(shù)據(jù)的分析來判斷路燈及景觀照明配電設(shè)備運(yùn)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(jìn)行報警處理，并能及時通知給相關(guān)管理人員。

數(shù)據(jù)中心通過虛擬化技術(shù)降低能源消耗

數(shù)據(jù)中心是全校包括節(jié)能監(jiān)管平臺在內(nèi)的數(shù)據(jù)集中存儲、服務(wù)器集中運(yùn)行的場所。然而，隨著服務(wù)器數(shù)量的不斷增大，維持穩(wěn)定環(huán)境的背后是大量能源的消耗，不僅僅是服務(wù)器自身的功耗累加，也有其釋放的熱量等對空調(diào)等設(shè)施制冷的消耗也在增加。在傳統(tǒng)模式下，服務(wù)器CPU、內(nèi)存、硬盤存儲等的利用率非常低，而對于訪問量非常小的網(wǎng)站或平臺，幾乎可以看成是服務(wù)器空載運(yùn)行，造成了資源和能源的極大浪費(fèi)。

學(xué)校數(shù)據(jù)中心采用虛擬化技術(shù)的虛擬機(jī)共92臺，分別運(yùn)行在14臺刀片物理服務(wù)器上，在非虛擬化條件下則需使用90臺機(jī)架物理服務(wù)器。為非虛擬化環(huán)境下和虛擬化環(huán)境下物理服務(wù)器使用和能耗對比，在虛擬化環(huán)境下，物理服務(wù)器節(jié)省到非虛擬化環(huán)境下的15.6%，能耗節(jié)省到了12.4%，并且隨著虛擬機(jī)的繼續(xù)增多，整個虛擬化的CPU和內(nèi)存資源池利用率會進(jìn)一步提高，對服務(wù)器和能源的節(jié)省效果也會更加明顯。

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

對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)通過加強(qiáng)校園智能化能源監(jiān)管平臺和云計算平臺的建設(shè)，進(jìn)一步加強(qiáng)了綠色節(jié)能校園建設(shè)，旨在通過信息化技術(shù)手段，使學(xué)校在實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能建設(shè)上管理更專業(yè)、更便捷，實(shí)現(xiàn)了校園綠色節(jié)能建設(shè)和信息化管理建設(shè)的完美結(jié)合。同時，高校開展節(jié)能減排另一個深遠(yuǎn)的意義在于，通過綠色節(jié)能校園建設(shè)以實(shí)際的行動教育并影響學(xué)生樹立環(huán)保意識，培養(yǎng)學(xué)生低碳生活習(xí)慣，這也許是對國家和社會更有意義的貢獻(xiàn)。

（作者單位為對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)）

國際可持續(xù)校園聯(lián)盟

“國際可持續(xù)校園聯(lián)盟”(ISCN),是可持續(xù)校園建設(shè)領(lǐng)域最權(quán)威的民間組織機(jī)構(gòu)，該組織旨在構(gòu)建、重塑與組織校園的可持續(xù)發(fā)展，倡導(dǎo)“綠色校園”建設(shè)。成員包括哈佛、耶魯、麻省理工、瑞士聯(lián)邦工科大學(xué)、瑞典皇家理工大學(xué)、 洛桑理工、東京大學(xué)、新加坡國立大學(xué)、澳大利亞國立大學(xué)、香港大學(xué)等來自不同國家的55所高校會員。我國目前有清華大學(xué)、北京大學(xué)、山東建筑大學(xué)等院校加入該聯(lián)盟組織?！皣H可持續(xù)校園聯(lián)盟“每年在全球范圍評獎一次，設(shè)可持續(xù)校園杰出獎、建筑杰出獎、綜合杰出獎、學(xué)生可持續(xù)活動杰出獎各一名。2012年，同濟(jì)大學(xué)可持續(xù)校園項(xiàng)目被授予可持續(xù)校園杰出獎。2014年山東建筑大學(xué)校圖書館被授予優(yōu)秀建筑獎。

“中國綠色大學(xué)聯(lián)盟”

由同濟(jì)大學(xué)、香港理工大學(xué)等8所高校，以及中國建筑設(shè)計研究院、深圳建筑設(shè)計研究院等2所科研機(jī)構(gòu)共同發(fā)起組成的“中國綠色大學(xué)聯(lián)盟” 于2011年在上海成立。這8所高校分別是同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)、香港理工大學(xué)、華南理工大學(xué)、重慶大學(xué)、山東建筑大學(xué)、江南大學(xué)。

該聯(lián)盟將致力于加強(qiáng)大學(xué)之間在綠色校園建設(shè)領(lǐng)域的合作交流，促進(jìn)校園設(shè)施及建筑節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新、合作研發(fā)與推廣，為國家和地方政府制定綠色校園建設(shè)及管理相關(guān)政策、深入持久推進(jìn)綠色校園建設(shè)提供科技支撐，并推動校園節(jié)能減排領(lǐng)域高級人才培養(yǎng)。

該聯(lián)盟中的8所高校均為中國首批節(jié)約型校園示范院校，今后聯(lián)盟將逐步吸收和發(fā)展在綠色校園建設(shè)領(lǐng)域具有工作基礎(chǔ)的院校，包括兩岸三地及海外大學(xué)。