建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)與思考
——以山東農(nóng)業(yè)大學(xué)為例

呂宗迎，王 震，楊慶賀，李學(xué)軍

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東泰安 271018）

1 平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)能耗監(jiān)控平臺(tái)主要基于Internet校園網(wǎng)，部分采用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（無(wú)線433M自組網(wǎng)模塊）進(jìn)行建設(shè)，平臺(tái)整體系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，充分利用現(xiàn)有的校園網(wǎng)絡(luò)，盡可能減少線路敷設(shè)，通過(guò)廠家自行研制、功能強(qiáng)大的RS-485串行總線數(shù)據(jù)采集器，可靠實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)傳電、水計(jì)量表具、物理傳感器等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集傳輸，借用校園網(wǎng)H3C S5130以太網(wǎng)交換機(jī)上傳至平臺(tái)服務(wù)器IBM X3650，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用Microsoft SQL Server 9.0及配套客戶端組件，采用自行研發(fā)的BuildNH_LoadV_2.0管理軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)能耗單位、建筑及公共設(shè)施的水、電等資源的監(jiān)控和管理，為學(xué)校能源利用提供詳備的數(shù)據(jù)分析和完善的輔助決策,方便管理人員進(jìn)行節(jié)能管理。

2 平臺(tái)主要內(nèi)容

平臺(tái)主要包含建筑用電計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、建筑用水計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、平臺(tái)監(jiān)控中心3個(gè)系統(tǒng)模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。圖1為能耗監(jiān)控平臺(tái)架構(gòu)。

圖1 能耗監(jiān)控平臺(tái)架構(gòu)

2.1 建筑用電計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)合校區(qū)內(nèi)樓宇分布，通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)釆集器，將學(xué)校北校區(qū)42棟教學(xué)樓的智能電表采集的用電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到校園網(wǎng)，通過(guò)校園網(wǎng)存儲(chǔ)到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校按建筑或按單位的能耗實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而分析學(xué)校能源損耗情況。圖2為建筑用電排名情況。通過(guò)圖2可以看出，主要用電能耗建筑為學(xué)院科研辦公建筑，其次為學(xué)生宿舍樓和辦公樓等。學(xué)生宿舍樓因安全原因，禁止大功率電器使用，計(jì)量表具有限電功能，因此用電能耗并不突出；而具有科研性質(zhì)的辦公建筑因設(shè)備儀器多，部分設(shè)備24 h運(yùn)轉(zhuǎn)，因此呈現(xiàn)能耗偏高。

圖2 建筑用電排名情況

圖3為6號(hào)教學(xué)樓建筑用電分時(shí)統(tǒng)計(jì)情況。通過(guò)圖3的柱狀圖可以看出，目前校內(nèi)6號(hào)教學(xué)樓建筑當(dāng)日分時(shí)用電情況：早上8點(diǎn)以后，工作人員陸續(xù)上班，能耗逐漸增加；8點(diǎn)之前，能耗基本穩(wěn)定在33 kWh～36 kWh之間，基本可以判斷為24 h未停機(jī)電氣設(shè)備的耗電量，這為后期電氣設(shè)備管理及節(jié)能改造提供了依據(jù)。

圖3 6號(hào)教學(xué)樓建筑用電分時(shí)統(tǒng)計(jì)圖

2.2 建筑用水計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

平臺(tái)參考校區(qū)內(nèi)建筑用水量，通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)釆集器，將教學(xué)樓和學(xué)生宿舍的智能水表采集的實(shí)際用水量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到校園網(wǎng)，通過(guò)校園網(wǎng)存儲(chǔ)到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)每棟建筑的按用水量分類的實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖4為6號(hào)學(xué)生公寓建筑用水分日統(tǒng)計(jì)情況。觀察圖4，學(xué)生用水能耗呈現(xiàn)量大、平均用水量穩(wěn)定的特點(diǎn)，每日用水量偏差基本在10%，甚至5%以內(nèi)。結(jié)合公寓學(xué)生人數(shù)和建筑面積，更具有節(jié)能研究和改造的普遍意義，因此，高校學(xué)生公寓是能耗監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行節(jié)能研究的核心區(qū)域。

圖4 6號(hào)學(xué)生公寓建筑用水分日統(tǒng)計(jì)圖

2.3 平臺(tái)監(jiān)控中心

平臺(tái)監(jiān)控中心采用3×3的9塊49寸超窄邊LED背光拼接大屏，分辨率為1920×1080，拼接縫為5.5 mm，配置HDMI/VGA/BNC等信號(hào)輸入接口，平臺(tái)控制輸入輸出選用通用的RS232接口，鋪設(shè)防靜電地板。為保證液晶顯示質(zhì)量，建議采用HDMI控制器，高清信號(hào)效果更好。此外設(shè)置5人的監(jiān)控系統(tǒng)操作臺(tái)，便于人員管理。

3 平臺(tái)系統(tǒng)功能特點(diǎn)

3.1 實(shí)時(shí)性

在確保校園正常教學(xué)、科研的能源需求的同時(shí)，平臺(tái)每30 min對(duì)全校用能情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)校內(nèi)網(wǎng)web頁(yè)面實(shí)時(shí)展現(xiàn)整個(gè)校園建筑能耗的數(shù)據(jù)，使學(xué)校能源管理日常運(yùn)行管理工作趨于圖形化、簡(jiǎn)單化，提高工作效率。

3.2 多功能、可兼容性

能耗監(jiān)管平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)校園用能的年、月、日橫向能耗對(duì)比，也可實(shí)現(xiàn)建筑或單位的動(dòng)力、照明、三相電或分單位計(jì)量統(tǒng)計(jì)；可拓展使用帶有485總線傳輸接口，依據(jù)modbus-rtu協(xié)議或dl/T645-2007規(guī)約進(jìn)行遠(yuǎn)傳的計(jì)量表具，目前該平臺(tái)已經(jīng)兼容多種電氣計(jì)量的掛表、導(dǎo)軌表等，如上海頂?shù)隆⒄憬旅?、上海人民電氣、山東五洲浩特等廠家表具。

3.3 易操作性

管理人員或用能單位，可以通過(guò)電腦或手機(jī)直接訪問(wèn)校內(nèi)網(wǎng)站，對(duì)每棟建筑或所屬單位進(jìn)行查看用能情況或打印。后期通過(guò)系統(tǒng)綜合能耗分析，進(jìn)行遠(yuǎn)期規(guī)劃能源公示，建立能耗統(tǒng)計(jì)、分類分項(xiàng)計(jì)量、能效考核、能源需求管理，節(jié)能降耗研究、設(shè)計(jì)與改（建）造等提供參考數(shù)據(jù)。

4 平臺(tái)建設(shè)重要節(jié)點(diǎn)

4.1 計(jì)量表具選取

能耗監(jiān)控管理平臺(tái)的基礎(chǔ)是計(jì)量表具，而平臺(tái)最需要的功能是數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，這就需要帶有遠(yuǎn)傳功能的計(jì)量表具。目前，市場(chǎng)上的能耗（水電氣暖等）計(jì)量表具外觀主要有普通掛表、導(dǎo)軌智能表、智能電子表、電力監(jiān)測(cè)儀等，市場(chǎng)品種多，復(fù)雜多樣，各種型號(hào)及規(guī)格參數(shù)等也參差不齊。因此，能耗監(jiān)控管理平臺(tái)的建設(shè)可以首先結(jié)合自身管理需要，選出自己合適的計(jì)量表具。本平臺(tái)設(shè)計(jì)選用帶有RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)模式，帶預(yù)付費(fèi)功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及遠(yuǎn)傳的計(jì)量表具。

4.2 布線形式

采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)布線形式要求異常嚴(yán)格。485線路傳輸總的要求為：總線中所有模塊之間采用“手拉手”的方式進(jìn)行總線連接。結(jié)合已建能耗監(jiān)控管理平臺(tái)情況來(lái)看，布線形式直接影響后期運(yùn)行和維護(hù)，因此十分重要。有時(shí)因?yàn)槠脚_(tái)建設(shè)需要，建設(shè)時(shí)常忽略布線規(guī)則，或多或少產(chǎn)生信號(hào)反射、強(qiáng)電干擾、線路潮濕氧化腐蝕、信號(hào)電壓損耗或漂移、接地電阻過(guò)大等問(wèn)題，直接導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)丟失。

4.3 采集器選取

本平臺(tái)數(shù)據(jù)采集器融合了多達(dá)12路的-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議傳輸接口，以及4路的標(biāo)準(zhǔn)RJ45網(wǎng)線接口、光纖模塊接口等，并含有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的路由功能，8 GB數(shù)據(jù)空間，提供12/24 V外部直流電源，完全滿足平臺(tái)要求。所有遠(yuǎn)傳計(jì)量表具都需要數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)保存并上傳校園網(wǎng)絡(luò)，因此數(shù)據(jù)采集器的功能應(yīng)盡可能全面。以本平臺(tái)為例，首先，采集器應(yīng)帶有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，通過(guò)簡(jiǎn)單設(shè)置即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；第二，采集數(shù)據(jù)需要的通道數(shù)量以及數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)的能力，采集的通道數(shù)量多，平臺(tái)后期兼容及擴(kuò)展有保障；第三，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，以保證所需要數(shù)據(jù)的持久性。

4.4 平臺(tái)中心建設(shè)

能耗監(jiān)控管理平臺(tái)中心，應(yīng)配置較大的獨(dú)立房間，內(nèi)設(shè)平臺(tái)使用及管理計(jì)算機(jī)、平臺(tái)展示大屏幕及監(jiān)控操作臺(tái)等基本硬件設(shè)施。室內(nèi)電氣線路應(yīng)盡可能單獨(dú)布線，零線、地線、防靜電等措施完備，避免因靜電及接地等電氣原因造成設(shè)備故障。

5 平臺(tái)應(yīng)用前景

能耗監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)，使學(xué)校實(shí)現(xiàn)了智慧校園、建筑智能化方向的第一步。將校園內(nèi)絕大多數(shù)的建筑能耗情況，直觀地統(tǒng)計(jì)出來(lái)，借助學(xué)校信息化建設(shè)，融合校園內(nèi)的軟硬件資源，利用物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)等技術(shù)，使現(xiàn)有零散的網(wǎng)絡(luò)集成化、系統(tǒng)化。管理人員通過(guò)能耗監(jiān)控平臺(tái)，逐步分析校內(nèi)建筑能耗數(shù)據(jù)情況，査找用能過(guò)程中的差距和損耗，將后勤管理保障工作直觀地顯示出來(lái)，進(jìn)而及時(shí)加強(qiáng)精細(xì)化管理，避免因管理或設(shè)備老化等原因造成能源及資源損耗。