李偉根

摘要：在全面響應國務院“十二五”節(jié)能減排規(guī)劃，進一步加快大專院校節(jié)約型校園建設的步伐，促進節(jié)能減排工作縱深發(fā)展，使各高校盡快達到國家節(jié)約型校園建設的總體要求下，中國地質(zhì)大學（武漢）開始了節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)的規(guī)劃、設計和建設工作。主要完成了全校用水用電的數(shù)據(jù)采集工作，并在此基礎上按照國家住建部、教育部相關(guān)節(jié)能導則要求，進行了能耗的指標化、定額化管理，生成了各種能源審計報告、節(jié)能管理模型，通過一系列的數(shù)據(jù)加工和處理，全面提升了學校節(jié)能管理技術(shù)水平及節(jié)能意識，為下一步的碳交易打下堅實基礎。

關(guān)鍵詞：遠傳抄表、節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)軟件、能耗分析、B/S和C/S架構(gòu)、碳交易

中圖分類號： Tp277文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01 （a）-0000-00

一、節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設前學校用能存在的問題

中國地質(zhì)大學（武漢）主要消費能源種類就是水和電。其中，主要用電設備為實驗儀器、空調(diào)、照明、電梯、辦公設備以及其他電耗設備，近幾年水電用量一直在不斷增長，歸納原因主要包括學生擴招、建筑增多、缺乏有效的用能管理手段、水電用量計量設備陳舊、水管網(wǎng)陳舊漏損嚴重、節(jié)水節(jié)電意識不強。

二、節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設目的

建立學校建筑節(jié)能監(jiān)管體系，實現(xiàn)通過能源審計工作，發(fā)現(xiàn)用能中存在的問題，完善管理制度，優(yōu)化能源管理。借助能耗定額管理機制，規(guī)范用能意識。最終實現(xiàn)節(jié)能量化目標，為下一步的碳交易提供基礎數(shù)據(jù)。

1、實現(xiàn)大范圍監(jiān)測，促使節(jié)能監(jiān)管向縱深發(fā)展，系統(tǒng)監(jiān)測范圍涵蓋學校三大主要區(qū)域，教學區(qū)域、生活區(qū)域和運動區(qū)域，不僅對各區(qū)域能實現(xiàn)分棟、分層、分戶進行監(jiān)測，而且能實現(xiàn)對各區(qū)域用能分項監(jiān)測，即對水、電、氣進行監(jiān)測和控制，可實現(xiàn)對學校內(nèi)任何區(qū)域的用能進行分類和分項監(jiān)測管理。在具體實施時，根據(jù)投資情況、進度規(guī)劃等分期、分批實施，保證實施一步并達到每一步應有的成效。

2、提供豐富的用能管理手段，學校領導、管理者及能源管理數(shù)據(jù)中心管理專員僅需在中心平臺的控制室就可以通過觸控、遙控等方式查看各個區(qū)域、各個部門、各個房間的用能情況，能及時提醒（包括短信、微信、網(wǎng)站發(fā)布等）和預警重點用能部門、樓棟，促使各用能院系和部門自覺調(diào)整月度或年度用能額度，為學校領導和用能管理機構(gòu)提供了豐富靈活的用能管理手段，包括遠程控制用能開關(guān)、啟動收費等管理模式。

3、實現(xiàn)用能總量控制和精細化管理為學校用能管理提供科學管理手段、為用能單位內(nèi)部提供精細化管理和有效決策依據(jù)。為用能管理提供信息化和智能化支撐，促使學校、各級單位實現(xiàn)總量控制和節(jié)能任務定額分配，宏觀上實現(xiàn)總量控制，微觀上實現(xiàn)各部門指標精細化控制。

4、實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益，根據(jù)大專院校節(jié)約型校園建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設方案的工作計劃和實施的建筑面積，按照建立監(jiān)管體系而提升的能源利用率，通過該項工作的開展，節(jié)能監(jiān)管體系建立后，預期年總能耗可足額足量完成國家節(jié)能減排規(guī)劃——公共機構(gòu)單位建筑面積能耗指標的要求。

三、節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)設計原則

中國地質(zhì)大學（武漢）節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)方案設計完全符合《高等學校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設技術(shù)導則》的要求，結(jié)合學校的能耗管理現(xiàn)狀和信息化建設現(xiàn)狀，滿足學校建設節(jié)約型校園的總體要求。各類設備安裝達到合格標準，確保數(shù)據(jù)準確及時上傳，指令能有效執(zhí)行，系統(tǒng)穩(wěn)定運行，并通過住建部、國家民委、財政部的聯(lián)合驗收；方案具有設計上的先進行；運維上的擴展性和穩(wěn)定性，并對系統(tǒng)的二次開發(fā)功能提出具體要求，為將來系統(tǒng)完善功能提供準備，確保平臺處于全國高校范圍領先地位。

1、經(jīng)濟性、實用性、有效性

充分利用校園內(nèi)已有系統(tǒng)資源優(yōu)化方案降低成本。通信網(wǎng)絡采用學校校園網(wǎng)絡，針對局部網(wǎng)絡狀況不佳的情況，進行必要的網(wǎng)絡升級改造，不但能有效的實現(xiàn)系統(tǒng)建設，又能將學校校園網(wǎng)絡得到延伸，為學校的教學管理提供便利，一舉多得。學校學生公寓用電部分已經(jīng)采用了網(wǎng)絡化的智能電表，實現(xiàn)了經(jīng)由校園網(wǎng)絡的學生公寓用電數(shù)據(jù)采集，家屬區(qū)水電表已經(jīng)實現(xiàn)了預付費卡表管理，針對這些計量器具本次平臺設計必須無縫包含已有的各個水電管理系統(tǒng)，以減少系統(tǒng)建設成本，合理利用資源。

2、穩(wěn)定與可維護性

采用具有出現(xiàn)故障時能夠迅速恢復并有適當?shù)膽贝胧?；如：采用容錯功能的服務器及網(wǎng)絡設備，選用雙機備份、Cluster技術(shù)的硬件設備配置等方案；每臺設備均考慮可離線應急操作，設備間可相互替代；采用數(shù)據(jù)備份恢復、數(shù)據(jù)日志、故障處理等系統(tǒng)故障對策功能；可靈活設置系統(tǒng)管理硬件設備的配置、刪減、擴充、端口設置、分組管理等，系統(tǒng)地管理軟件平臺，系統(tǒng)地管理并配置應用軟件；應用軟件采用的結(jié)構(gòu)和程序模塊化構(gòu)造，要充分考慮使之獲得較好的可維護性、可移植性和可擴展性，即可以根據(jù)需要修改某個模塊、增加新的功能以及重組系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以達到程序可重用的目的。

3、統(tǒng)一性、模塊化和可擴充性

節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設在學校數(shù)字化校園平臺及監(jiān)管平臺的統(tǒng)一規(guī)劃下進行，各種數(shù)據(jù)定義、設備命名、訪問門戶等都保持與學?，F(xiàn)有系統(tǒng)、現(xiàn)有稱謂等的一致性，降低人機交互的難度，有利于系統(tǒng)的應用與推廣。這里尤其是訪問門戶要與學校網(wǎng)絡中心門戶認證系統(tǒng)保持一致，還有一卡通等支付系統(tǒng)的對接應用。

水電氣各個子系統(tǒng)的用量計量、狀態(tài)監(jiān)測、遠程控制、數(shù)據(jù)分析、信息發(fā)布、催費繳費、登錄身份認證等在學校統(tǒng)一的數(shù)據(jù)軟件上完成。各個子系統(tǒng)既相互獨立又相互關(guān)聯(lián)，在平臺下運行，都可以實現(xiàn)“即插即用”模式。

4、實時性、并行性

考慮到采集點的數(shù)量，系統(tǒng)需采用傳輸速度快的網(wǎng)絡設計，保證信息數(shù)據(jù)的及時有效；系統(tǒng)具備自動并行數(shù)據(jù)上傳和對多個遠程采集點并行數(shù)據(jù)獲取的功能，信道處理IPC應具備負載均衡處理能力，保證信道的暢通。

結(jié)合硬件平臺，系統(tǒng)時間特性如下：數(shù)據(jù)采集平均響應時間<5S，最長響應時間<10S；數(shù)據(jù)統(tǒng)計平均響應時間<3S，最長響應時間<5S；統(tǒng)計分析平均響應時間<4S，最長響應時間<8S；空間分析平均響應時間<5S，最長響應時間<10S。

四、節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)軟件設計目標及方案

（一）、系統(tǒng)軟件設計目標

系統(tǒng)軟件采用B/S架構(gòu)與C/S架構(gòu)有機結(jié)合的方式，B/S架構(gòu)的軟件實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)查詢的需求， B/S架構(gòu)面向各院系和部門，能夠查詢各類的能源數(shù)據(jù)、報表、歷史曲線圖形等等。

用C/S架構(gòu)的軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的能源實時監(jiān)控功能，C/S架構(gòu)面向能源管理部門，能夠詳細的監(jiān)控校園內(nèi)各級用能狀況、設備運行狀況等。CS軟件與現(xiàn)場網(wǎng)絡控制器的數(shù)據(jù)接口應采用國際通用的OPC Server。

（二）軟件系統(tǒng)設計方案

1+X模式：即一個核心平臺系統(tǒng)，通過服務擴展，可以任意拓展其他子系統(tǒng)以及與第三方系統(tǒng)對接的模式。

系統(tǒng)通訊模式：子系統(tǒng)與節(jié)能監(jiān)管平臺之間，采用TCP/IP協(xié)議；子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，采用TCP/IP協(xié)議、485協(xié)議或其他通用標準協(xié)議；數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)與電能表之間，采用TCP/IP協(xié)議、485協(xié)議或其他通用標準協(xié)議。

物理鏈路：主干網(wǎng)絡采用光纖通訊、局部光纖和通訊電纜、特殊位置可以考慮無線通訊。

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，基于面向服務構(gòu)架（SOA）。從上圖可以看到，整個應用系統(tǒng)從軟件層次上主要分為基礎設施、數(shù)據(jù)層、服務層、展示層。各層次的作用說明如下：

基礎設施

這是保障系統(tǒng)正常運行和擴充的基礎。包括校園網(wǎng)絡、路由器、采集儀表、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、服務器、客戶端硬件、服務器系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)采集及校園其他系統(tǒng)、監(jiān)管平臺對接的應用運行的基于標準協(xié)議的信息軟件。

數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的基礎，處理能耗數(shù)據(jù)的采集、處理、上報、接收、存儲、監(jiān)測、決策、控制、收費等。通過網(wǎng)絡、硬件、采集儀表、采集器完成用能實時能耗數(shù)據(jù)的采集、預付費管理等；對于外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)的接口服務完成與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

服務層

可分為基礎服務層和應用服務層?；A服務層提供業(yè)務組件服務和公共組件服務?；A服務層的數(shù)據(jù)二次計算服務通過對原始采集數(shù)據(jù)進行加工處理后儲存到業(yè)務數(shù)據(jù)庫。應用服務層把復雜的業(yè)務邏輯、龐大的基礎數(shù)據(jù)、復雜的數(shù)據(jù)格式等封裝成服務，對封裝的服務進行自由組合與編排，快速進行不同應用模塊之間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)交換。

展示層

展示層是面向?qū)W校師生及社會的公開數(shù)據(jù)，主要展現(xiàn)用能數(shù)據(jù)公示。各層次需要將業(yè)務數(shù)據(jù)和執(zhí)行邏輯盡量分離，為了建立各層之間的松散耦合的關(guān)系，各層通過統(tǒng)一的服務接口來傳遞數(shù)據(jù)，形成具有高度可擴展的應用平臺架構(gòu)。

（三）、各個應用子系統(tǒng)設計介紹

1、設計原則

對校內(nèi)要改造的樓棟實行三級計量，對有條件和需求的重點監(jiān)測點也可以實行四級計量。計量的分級按照以下原則實施：

行政、教輔類單位：以處級單位為二級單位安裝二級表計，以每間辦公室為三級單位安裝三級表計。

教學類單位：以學院為二級單位安裝二級表計，以每間實驗室為三級單位安裝三級表計。

后勤類：

a、經(jīng)營性：以各個經(jīng)營實體為二級單位安裝二級表計，根據(jù)實際需要適當安裝三級表計。

b、服務性：以科室為二級單位安裝二級表計，以每個辦公室為三級單位安裝三級表計

公共類及其他（含學生宿舍公共用電）：以每棟樓為二級單位安裝二級表計，以每層樓或者每間房為三級單位安裝三級表計，

根據(jù)學校不同的建筑類型、不同的用能單位及不同的用電類型進行分建筑、分部門、分類、分項電能統(tǒng)計。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析挖掘節(jié)能潛力，優(yōu)化用能收費與相關(guān)管理制度。根據(jù)各個部門的用電監(jiān)測情況制定用電定額量，督促用能單位及個人進行節(jié)能減排工作。

2、子系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)使用RS485方式平均每5分鐘采集一次表計的數(shù)據(jù)點，并將采集的數(shù)據(jù)主動上傳平臺中心服務器。服務器實時處理保存采集的數(shù)據(jù)，如檢測分析到異常問題會將報警信息及時發(fā)送給相關(guān)管理人員。用戶可以在學校任意一個校園網(wǎng)覆蓋的地方，通過瀏覽器、手持終端設備訪問平臺隨時辦公。

3、子系統(tǒng)功能

電表信息實時在線采集、監(jiān)測、圖表分析及日、月、年度的環(huán)比、同比報表。

子系統(tǒng)自動采集電表的實時電量和功率，采集間隔設置為5分鐘一次，定時自動整理表計的日電量、月電量，并提供查詢窗口，以便用戶隨時查詢歷史數(shù)據(jù)點、日用量、月用量、年用量，及電量的同比環(huán)比分析。

各種建筑（部門）的統(tǒng)計、查詢、分析為各個樓棟、部門用電提供考核管理依據(jù)。

建筑（部門）用電明細：根據(jù)用戶輸入的起止時間查看建筑（部門）內(nèi)各個表計的用電量，并提供導出功能。

用電統(tǒng)計：建筑（部門）用電統(tǒng)計主要是提供用電報表查詢，主要包括：用電年度臺賬、用電月度臺賬、用電年度匯總、用電月度匯總、用電逐月度匯總。用戶可以選擇建筑（部門）、時間、等相關(guān)信息進行報表操作。系統(tǒng)自帶快捷的報表設計器，普通的使用人員可以輕易的掌握一些基本的編輯功能。

用電分析：用電分析功能是對建筑（部門）已經(jīng)使用了的數(shù)據(jù)進行相關(guān)的分析，以表格+圖形的方式表現(xiàn)。分析方式有按建筑（部門）比較、按建筑（部門）逐日、按建筑（部門）逐月、按用電性質(zhì)、按用電分項。

用電模型、待機功耗為學校電網(wǎng)異常用電現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)提供分析依據(jù)，電流異常短信提醒。

電能匹配模型是節(jié)能平臺中重要的功能，也是實現(xiàn)節(jié)能的重要節(jié)能手段，本系統(tǒng)采用能耗超標的短信提示形式，告知對應管理聯(lián)系人。節(jié)能監(jiān)管模型包括待機功耗模型及用電匹配模型兩部分。待機功耗模型通過配置待機功耗參數(shù)監(jiān)測待機能耗情況；用電匹配模型通過單獨配置電表能耗限定，來監(jiān)測能耗情況。

定額管理為未來各獨立部門用電考核以及各辦公室、公共實驗室用電考核、收費管理創(chuàng)造條件。根據(jù)各個部門不同的情況（如部門人數(shù)，耗能設備數(shù)量等），對各個部門進行能源定額管理；提供定額分配明細查詢功能；電能定額一覽：查詢已分配的定額狀況及當期定額使用狀況，添加、編輯、刪除定額信息。

4、節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)拓展功能介紹

學校信息技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)具備了諸多智能化系統(tǒng)（如財務系統(tǒng)、門戶系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、用電監(jiān)控系統(tǒng)、用水監(jiān)控系統(tǒng)等），這些應用系統(tǒng)是寶貴的資產(chǎn)和財富，應該為企業(yè)或單位繼續(xù)發(fā)揮應有的價值。應用集成（EAI）的目的就是充分發(fā)揮現(xiàn)有系統(tǒng)的功能，連接各個應用系統(tǒng)，為更高水平的應用提供基礎。

五、節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)項目實施總結(jié)

經(jīng)過近2年的建設，中國地質(zhì)大學（武漢）節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)于2012年正式投入運行，在不斷完善系統(tǒng)軟件功能的同時，學校也針對節(jié)能管理體系進行了建設，節(jié)能宣傳的的工作也有效的進行了開展，節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)的各項目的基本完成。尤其是在2014年和2015年，在全校增加不少空調(diào)、實驗設備的基礎上水電用量，在2013年的基礎上反而有所減少，這些都得益于節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)的廣泛應用，為學校取得了可觀的經(jīng)濟效益與社會效益。

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