[高校能耗监管平台系统建设研究] 高校能耗数据下载

　　摘 要：能源管理已经成为高校各项管理过程中最重要的话题之一。通过对北京航空航天大学能耗监测平台建设的相关研究，为高校能源管理提供一个突破口，实现“互联网、物联网、传感网”三网合一，以对能耗历史数据的分析为手段，进而查找能源使用过程中存在的问题。
　　关键词：能耗监管平台；三网合一；管理
　　Construction of energy consuming inspection platform system research
　　Qiu Zhen, Zhao Xiaofeng
　　Beihang university, Beijing, 100191, China
　　Abstract: Energy management has become one the most important topics among a series of university management policies. Researchers of Beihang university have achieved a breakthrough in the development of effective university energy management. By utilizing the Internet, supply chain and sensor network along with the new method of data analysis, Beihang university can adopting the method of analyzing historical data, Beihang university can efficiently isolate energy usage problems.
　　Key words: energy consuming inspection platform; integration of three networks; management
　　
　　我校能耗监测平台系统利用现代化通讯技术、数字通讯及存储技术、传感器及控制技术以及最先进的计算机及网络技术，并通过科学合理的整合和开发，对校园内的水、电、气、热、空调等能耗数据进行详细的分类、分项采集和统计分析，形成各个监测单元的年度、月度、每日、每小时乃至每分钟的能耗曲线，生成费用报表，并提供详细的数据报表。同时提供有效的分析手段，指导能源的合理配置和利用，实现量化管理，建立起我校能源能量平衡管理和节能管理体系。总设计体现了“集中管理、分布监测、灵活构建”的思想。系统构架以校园网为主要媒介，对校园用能建筑、用能系统、主要用能设备进行监测，构建可靠性强、效率高、共享度高的校园能耗数据库，建立能耗监测、统计、公示平台。
　　能源管理已经成为高校各项管理过程中最重要的话题之一，如何有效地对提供的能源进行监控，进而对采集的能源数据进行分析，然后制定出管理部门所需的各级报表，从而在能源消耗以及管理上提出改进计划已成为现阶段各高校能源管理所面临的主要问题。部分高校能耗数据统计粗放、管理疏漏、没有科学的用能预测与监管，导致能耗数据要么不准确，要么人为捏造，增加学校进行节能监管的难度，实际上高校能源浪费现象普遍存在，节能任务严峻。究其原因，正是由于对高校缺乏有效地能耗数据监管，理论上缺少能耗数据模型的研究所造成。因此，建立以数据为基础的能耗监管系统，动态掌握学校的用能状况，建立科学的能耗模型，为推进节约型校园建设、实现高校节能减耗目标已势在必行。
　　
　　1 能耗监测平台设计思路
　　
　　能耗监测平台系统结构复杂，涉及面广，需要将仪表技术、现场总线技术、计算机监测技术、图形图像技术、软件技术等多学科技术融为一体、高度集成。能耗监测平台系统总体设计立足于技术先进性、稳定性和可靠性；系统功能的科学性和实用性、软硬件的成熟性，满足“节能型”校园能源分析、管理的需要，并保证长远发展的兼容性。
　　
　　2 能耗监测平台系统总体架构及功能
　　
　　能耗监测平台系统以学校校园网为主体，无线传输网为辅建立起了学校三级能耗监测平台系统。整个节能监测平台系统是以计算机和通讯网络为基础的三级网络模式，由节能监管中心、分类监控中心、现场采集监控系统和通讯网络四部分组成(如图1和图2所示)。
　　
　　图1 网络结构图
　　
　　图2 北航节能监测平台系统图
　　能耗监测平台系统主要完成五大功能：能耗监测、能耗分析、能耗报表、能耗管理、系统管理。系统大量采用图形化分析工具，实时监测的各种参数可通过图形化显示，简单、直观而且美观，可视性强。软件界面运用多种形式(包括文字、图形、图像、多媒体等手段)使运行管理人员清晰、直观、实时地掌握用能单元的所有信息，使运行管理人员非常方便、精准地管理用能系统。同时，可以利用曲线、图表、饼状图、柱状图以及折线图表示用能信息(如图3和图4所示)。
　　
　　图3 系统流程图
　　
　　 图4 系统报表
　　
　　3 节能监管中心建设
　　
　　为了实现能耗监测可视化管理，以100m2左右经过装修、装饰的房间作为节能监管中心机房，配备必要的硬件设备和系统软件。
　　北航节能监管中心机房示意图如图5所示：
　　
　　图5 北航节能监管中心机房效果图
　　3.1 硬件系统
　　硬件系统主要包括：服务器、交换机、管理计算机、大屏幕显示设备、打印机及UPS等设备组成。
　　为保证能耗监测平台系统的高可靠性要求，系统对运行中间件和数据库服务器的主机采取主从模式。
　　主从模式是最标准、最简单的双机热备，即是通常所说的Active/Standby方式。它使用两台服务器，一台作为主服务器(Active)，运行应用系统来提供服务。另一台作为备机，安装完全一样的应用系统，但处于待机状态(Standby)。当Active服务器出现故障的时候，通过软件诊测(一般是通过心跳诊断)将Standby机器激活，保证应用在短时间内完全恢复正常使用。
　　3.2 软件系统
　　能耗监测平台系统主要针对校园中电量消耗、燃气消耗、热量消耗、冷量消耗及水资源消耗数据的采集、传输、分析管理。系统的软件主要由两大部分组成。
　　第一部分是数据监控，该部分的核心功能是通过一系列的可视化手段，保障相关管理人员能方便快捷地对北航的实时能耗情况进行掌控，同时对异常情况进行实时报警。
　　第二部分是数据分析系统，该部分的核心功能是通过一系列的业务计算(如对标体系，标准折算等)与数据仓库与数据挖掘技术及相关统计分析算法，进一步从原始数据中发掘出节能的“知识”与措施(如图6所示)。
　　
　　图6 数据仓库系统结构图
　　整个软件系统抽象为以下核心粗粒度组件来完成大部分实际功能：数据采集引擎；数据变换与管理引擎；实时数据库；数据仓库；知识管理；面向对象的可视化组件UI；数据挖掘与分析工具集(如图7所示)。
　　
　　图7 软件系统结构图
　　
　　4 分类监控系统及数据采集
　　
　　4.1 电力监测系统
　　电力监测系统主要是对校园内一级和二级变、配电室计量系统和部分典型建筑的三级计量进行采集监测。包括：引入的2路市电110kV电源，1座110kV主变电站和17座10kV配电室及部分分项电量计量。
　　共采集电量监测点923点，其中：一级参数44点、二级参数100点、三级参数779点。
　　电力检测系统对主变电站和17个配电室的电参数进行集中监测。配置监测中心计算机，将主变电站和各配电室的用电情况进行集中监测，实现一级、二级和部分三级电量的在线监测(如图8所示)。
　　
　　图8 北航电力监测系统数据采集界面图
　　监测中心主机采用高可靠性的工业计算机，电力监测软件采用专业的电力监测软件。监测中心接收现场采集设备上传的电参数数据，对这些数据进行分析、转换、存储，并以数字、曲线、报表等形式显示在屏幕上，并将电能耗数据上传至节能监管中心服务器进行综合分析管理。便于电力监管人员能够在办公室通过计算机远方浏览监测能耗系统运行状态和调看各种运行报表。
　　4.2 供水系统采集监测
　　供水系统的集中采集监测是针对一级水量计量的采集监测，包括：市政给水、自备井及中水利用。由于供水系统一级监测点较少，而二级供水主要作为生产运行和建筑能耗系统管理，因此供水系统不单独设子系统监测，而由节能监管中心集中监测管理。
　　4.3 供热监控系统
　　集中供暖系统的热源为燃气锅炉房内的3台燃气热水锅炉房，下设有9个间接供热换热站。在锅炉房安装温度、压力、电量、水量、热量采集设备，构建学校集中供热监控系统，配置供热监控中心主机，集中采集锅炉房及各换热站的运行参数和能耗数据，再通过校园网将采集的数据传送节能监管中心服务器，实现供热系统能耗在线监测。
　　通过以后对供热生产现场运行设备的改造，配合能耗检测平台，就可以实现对生产过程进行自动监控，实现气候补偿、变频节能和分区供热的自动控制，实现运行数据采集、设备控制、测量、参数调节以及信号报警等多项功能，从而可使供热生产现场设备在“无人值守”的自动控制下安全平稳运行。节能控制的运用、各种运行参数的实时监测与调整能够使能源利用和系统运行始终处于科学、合理、经济状态，为现场安全管理和高效节能提供了保障。供热监控系统不仅以本锅炉房(换热站)为单位自成体系，也将相对分散的各供热现场的能耗数据、运行数据和实时状态集中传输到节能监管中心，为相关部门提供基础数据支持。本地锅炉房、换热站现场监控设备作为底层基础数据源通过网络通讯方式，与供热监控中心主机实时进行数据交换，实现了对整个供热网络的集中监控(如图9和图10所示)。
　　
　　图9 热网系统图
　　
　　 图10 换热站系统图
　　监控中心接收现场采集设备上传的供热运行数据和能耗数据，通过对这些数据进行分析、转换、存储，以数字、曲线、报表等形式显示在屏幕上，并将能耗数据上传至节能监管中心服务器进行综合分析管理。
　　4.4 通讯网络
　　能耗监测平台系统通讯网络组网方案利用了现有的校园网络作为数据远传网络，数据传输速度快，维护及使用成本低。
　　现场能耗采集设备通讯主要为有线方式，采用校园网或485总线通讯。所有数据通过校园网或485通讯总线传输到分类监控中心或节能监管中心主机。采用RS485现场总线将多台水表、电能表、热量表分别连接至网络服务器或现场采集监控设备，再通过校园网将采集的能耗数据上传至分类监控中心和节能监管中心。
　　对于特殊场合不具备有线传输条件的采集点，系统采用无线物联网通讯技术，使用了无线网络与主干网结合的组网方式，很好地利用了已有的基础网络。
　　部分水表数据传输使用了无线网络，现场安装方便，不需要破土布线，后期维护方便，成本低，电表数据传输中，使用了现有的RS485总线，在有数块电表集中的场所可以只用一个信号采集装置，节省成本；信号采集装置与信号传输装置以无线方式连接，现场施工及后期维护方便，成本低，整个系统无运行费用。
　　
　　5 结束语
　　
　　本系统采用了高校校园网、无线物联网相结合的方法实现对高校的水、电、气消耗的实时在线监控，可以迅速、准确地了解高校各建筑物以及用能点的能耗状况，以便采取相应措施改善学校的用能环境，制定节能方案，提高能效。建设高校能耗监测平台，对于促进高校能源节约和合理应用，缓解能源供应与社会经济发展的矛盾，加快发展低碳经济，推进节约型校园建设有着举足轻重的作用，也是保障能源供给和节能育人的重要保障。
　　
　　参考文献
　　[1] 陈伟,屈利娟.全国首批节约型校园建设示范高校―浙江大学建筑节能监管体系建设思考[J].建设科技,2010,22.
　　[2] 王丽丽.后勤数字化在节约型校园建设中的作用―浅议天津科技大学能耗监测管理平台建设[J].中国轻工教育,2010,6.