綠色能效管控系統在高鐵站房的運用及展望

周祝華

（中鐵建設集團有限公司 北京 100040）

1 引言

我國高速鐵路事業不僅在我國飛速發展，而且已經走出國門，得到了全世界人民的認可，但高鐵站房作為一個為旅客提供安全搭乘的公共建筑平臺，其用電量高達每月數十萬度，已成為每個城市的“用電大戶”，如何打造綠色站房，在節能減排、提高效率方面進行研究探討，存在很大潛力。2017年11月，國家頒布《鐵路十三五規劃》，明確指出推進智能化現代化建設，提升安全監控自動化水平，加強生態文明建設，要求鐵路建設及運營要堅持綠色低碳發展，加大節能減排力度、加強能耗管理、推廣智能化節能管控、提高能源綜合利用率［1］，《綠色鐵路客站評價標準》（TB/T 10429—2014）還對鐵路旅客車站建設在節能減排等方面做出了更多具體要求和標準。富陽站作為杭黃高鐵的其中一個站房，站房能耗較大，加上車站內生產服務部門眾多，有客運、公安、安檢、保潔、商業及其他生產單位，高效協調管理顯得尤為重要。綠色站房能效管控系統通過環境監測、智能配電、智能照明、智能廁所、智能通風、智能空調等幾大系統，有效地實現了站房節能減排、可靠控制、高效管理的目標。本文介紹了綠色能效管理控制系統在富陽站的成功運用。

2 綜合能效管控系統解決方案

本站房能效管理控制系統主要采用物聯網技術，按照協議的約定，通過移動互聯網和智能感知等技術手段，以實現對站房能源應用情況進行智能化識別、定位、跟蹤、監管，并集監測、監控、管理于一體的動態監控和數字化管理，從而實現對高鐵站房的環境監測系統、能耗監測系統、智能照明系統、智能衛生間系統、智能通風空調系統、商戶預付費系統、FAS系統進行集中監控，并預留了其他管理系統擴展接口，比如：停車收費管理系統、員工管理考勤系統以及門禁管理系統等［2］。綠色站房能效管控系統通過軟件集成和物理集成的方式，將需要監管的弱電子系統集成在一個操作臺上，實現集中管理，從而實現“減少人工成本”、“保證運行品質”、“降低運行能耗”的目標。

綠色站房能效管理控制系統的組成，包括末端信息采集設備和設施、信息傳感設備、信號轉換、處理設備、中央控制主機及軟件。其中軟件是本系統的核心組成部分，主要功能是收集、整合各種采集到的數據信息，包括：能源消耗數據信息；各商戶用水、用電抄表數據；機電設備運行實時電流、電壓、三相電不平衡等信息；監測站房內變電所內的溫度、濕度、CO2濃度，感知設備間內的氣體濃度環境信息等；并提供基于管理需求的數據，進行及時處理和計算分析，包括信息覽閱、讀取、處理、統計查詢、預警、報警、生成報表、報告、定額及指標管理、能源消耗及效益分析功能等［3］。系統主界面如圖1所示。本系統能兼容B/S和C/S架構，項目管理人員經過身份認證后，可通過瀏覽器或客戶端調閱站房機電設備運行狀態和能耗能效數據，對各項能耗能效數據進行分析以指導站房的節能工作。數據處理和數據對接使用C＃、JAVA等開發語言，采用基于J2EE技術的服務進行數據對接。前端采用基于對象和事件驅動并具有相對安全性的客戶端腳本JavaScript語言，確保瀏覽器具有良好的兼容性，使用當前最優秀的Ajax框架和最新的超文本標記語言HTML5、層疊樣式表CSS3技術，確保用戶有良好的體驗。數據庫支持跨操作系統，支持SQL Server 2014及以上版本，并借助其易操作性和友好的界面，保證數據的備份和恢復方便快捷。為了確保數據的穩定和安全，將項目的基礎信息、最原始的數據、分項能耗和商戶能耗數據等，分別存儲于不同的數據庫中，為了保證訪問的實時性，逐時和逐日能耗進行分開存儲。根據本站房的具體情況，能效管理控制系統接入服務能力不少于300個數據計量點，同時考慮在設計上具有良好的可擴展性和可升級能力，將來可擴展接入服務能力不應少于600個數據計量點［4］。

圖1 綜合能效管控操作系統界面

3 各分系統的監測及控制功能

3.1 環境監測子系統

環境監測是提高管理效率的手段，同時，環境數據既是評價指標，也是管理的基礎數據。本系統監測內容包括室外環境數據、室內環境數據及視頻巡檢數據三部分。其中室外環境數據通過接入氣象綜合檢測儀，可實時顯示接入系統的氣象綜合監測儀參數，包括但不限于：光照強度、空氣的濕度、室外溫度、風力風向、PM2.5、CO2濃度等參數；室內環境參數氣體探測儀，實時監測室內溫濕度、照度、PM2.5、CO2、氨氣、硫化氫等參數。將環境監測系統接入能效管理控制系統后，在操作界面中任意采集點都可通過點擊鼠標，隨時查看其環境監測參數的實時數據曲線和歷史數據曲線，實現對候車大廳、候車廳、變電所等空間的環境監測，能夠對空氣質量、溫度濕度、亮度等參數及時搜集、展示、分析，為智能化管理站房提供基礎數據［5］；同時，其視頻系統能夠直觀觀察場景如公共空間、無人值守機房的實際情況，及時掌握現場情況，及時對變電所等重要空間進行“巡檢”。視頻巡檢的操作界面如圖2所示。

圖2 環境監測管理系統界面

3.2 智能照明子系統

智能照明子系統采用BLE技術構建智能照明系統，做到任意控制每一套燈具，并能根據環境參數、客流分布特點進行智能調光控制。此外，利用每一套燈具的“信息點位”功能構建站內物聯網，實現人、資產互聯，同時不僅能實現對每一個控制模塊的在線狀態、離線報警信息，以及通訊網關設備的掉線報警信息等進行實時監測，而且對每一個照明控制回路的開閉狀態等皆能進行實時監測（見圖3）。

圖3 智能照明控制系統界面

用戶可通過系統日歷對智能照明的運行模式進行排程操作，也可根據用戶需求自主選擇控制關系：

（1）恒照度控制，充分使用自然光。

（2）結合場景，自動調節區域照度水平。

（3）基于列車時刻表和場所實時光照度，實現照明策略優化和自動控制。站臺、通道、出站廳，在無旅客的情況下自動調低照度，并根據保潔、管理等少量人員分布局部調高照度［6］。

（4）利用微波探測技術，分析并呈現客流熱力分布圖［7］。

（5）利用電子標簽，實現資產跟蹤。

（6）利用電子標簽，實現巡更管理。

（7）利用微波探測技術，實現電子圍欄功能，對重點區域的非法入侵的行為及時報警。

（8）對燈具編碼，建立維修檔案、預先提示維修更換。

（9）實現室內導航。

3.3 能耗監測子系統

能耗監測已算不上“新技術”，其基本方案就是將各重要回路的智能電表接入主控平臺，而主控平臺兼有分析、監測、展示、控制等功能。能耗監測的發展和突破創新在于對數據價值的挖掘。本系統能按照站房實際管理需求，實現分區域能耗統計。對站房總能耗、分類能耗原始數據進行統計，并實現能源消耗量的折標（標準煤、CO2）計算。可按照用戶實際管理需求，靈活配置管理模型，實現分區域、分戶能耗統計［8］。不僅可實現對分類和分項能耗進行數據對比和分析，而且也可實現對多個區域能耗趨勢進行對比分析和能耗排名分析。使管理人員能直觀地了解各區域（如車站）能耗所占比重，重點分析高能耗區域的用能情況。如針對中央空調系統能效實時監測和分析，并針對運行效率低的機組進行主動告警，提醒運維人員及時維護保養。不同管理人員可根據自身管理需要，配置多個私人專屬的綜合能耗信息展示頁面，并可靈活調整各頁面中數據展示的位置和大小，確保良好的人機交互效果［9］。操作界面如圖4所示。

圖4 能耗監測操作界面（一）

本系統除了可以進行能耗統計以外，也可展示配電系統圖，實時顯示每條支路的全電量參數及開關狀態等，各回路電氣參數；可根據設計參數，或規范要求，以及用電管理規定，對各用電回路或設備的相關電量參數進行安全限位設置，包括電壓不足或過高、電流過大、功率因數偏低、三相電壓失衡、不尋常跳閘、設備異常操作等，與安全報警模塊聯動；可根據用戶需求對每一個配電支路的歷史數據、歷史功率峰值、異常的黑歷史數據值進行查詢；可針對長明燈、長流水等異常用能情況進行監測和主動告警。操作界面如圖5所示。

圖5 能耗監測操作界面（二）

3.4 智能衛生間子系統

本系統可根據廁位忙閑情況，引導旅客快速尋找廁位，主要功能如下：

（1）照明燈具控制。廁位、洗手盆及走道位置上方照明燈具可根據本區人流多少，有無人員的情況，經前端感應設備采集信號，通過綜合能效管控系統進行自動調節本區域燈具的照度水平，從而達到節能目的。

（2）用水量控制。安裝在衛生間隔斷內、外的紅外線探測器經信號電纜與綜合能效管控系統連接，通過識別坑位有無人員、人員入廁狀態、人員離開等信號，并將采集信號送入綜合能效管控系統，綜合能效管控系統的中央處理器對信號進行分析、處理；分析、處理后的信號經綜合能效管控系統輸出控制端傳遞至放水控制電磁閥，從而達到控制水流速、水流大小、節水的目的。

（3）空調系統控制。通過安裝在本區內的前端探測設備探測本區域內的人員流動情況和實時衛生間有害氣體濃度情況，并將探測信號發送至中央處理器，經分析、處理后，向新風系統發出控制信號，進行智能開啟或調節新風系統。

（4）可監測香煙濃度并提示報警。

（5）根據廁位占用時間超常，及時提醒乘客或發現乘客異常情況并提示保潔給予幫助。

（6）實時監測衛生間有害氣體濃度（如CO2、NH3、H2S 等），建立衛生評價體系［10］。

3.5 智能通風及空調子系統

本系統將FAS系統的電動排煙窗控制系統接入本主控平臺，在不影響消防要求的前提下，根據前端信號采集設備對室內、外環境參數的采集，將信號輸送入平臺，經平臺計算、分析、處理，適時開啟或關閉電動排煙窗進行自然通風，確保室內空氣質量優良，為人們提供一個舒適的候車環境。在消防控制室、變配電室、通信機房等其他機房內，通過監測其內的溫度、濕度、CO2濃度，感知設備間內的氣體濃度，設置監測環境信息預警值，高于預警值時，充分利用機房內部、外部環境參數差值，通過智能邏輯通風控制系統，實現機房內部、外部冷、熱空氣直接交換而自然降溫，或室內超標氣體與室外空氣進行置換，并通過與空調機房控制系統進行聯動控制，改變空調運行狀態，減少空調系統運行時間或頻率，實現降低通風空調系統能耗的目的［11］。操作界面如圖6所示。

圖6 通風、空調系統操作界面（一）

此外，現有的站房機房采用了精密空調系統，原來為達到機柜等局部高熱區域降溫的目的，便將整個空調系統的溫度調到較低；部分機房的空調甚至是長期24 h開啟，電能浪費現象非常普遍和嚴重。目前基本被設置為“強制制冷，25℃”或者是“自動，28℃啟動”的工作模式，為優化改善機房散熱系統，本系統采用控制功能分散、管理集中、兼顧分而自治和綜合協調的原則，采用各種先進技術，如計算機控制技術、系統集成技術、變頻調速技術，通過可靠的智能控制技術將各個控制系統在物理上、邏輯上、功能上互相連系在一起，優化控制策略，達到了各系統之間的信息綜合、資源共享能力，在計算機平臺上實現了集中控制、統一管理，保障空調系統的機電設備在最佳能耗效下運行，從而減少了空調系統的能源浪費，達到了降低能耗成本的目的。操作界面如圖7所示。

圖7 通風、空調系統操作界面（二）

4 應用展望

目前這套綠色能效管控系統已運行使用并收到了良好的效果，但仍然存在可改進空間。如系統是二維平面無法直觀反映現場設備位置及運行信息；系統的高級算法比較少不能滿足優質分配和管理站房能源、還存在“最后一公里”障礙等。這些問題隨著BIM技術的深入應用，可深化建造一個基于物聯網、大數據、云計算技術的全融合綠色智慧能效管控系統，通過BIM的三維監控，打通線下-線上服務，實現立體管控，實現運維管理、報警、能效、應急等一系列站房綠色智慧管控需求。

5 結束語

隨著智能化技術的不斷發展，建筑的智能程度與覆蓋范圍正在逐步提升，投資占比逐年增大，智能化系統不再是簡單的“弱電”系統，而更為重視智能應用場景。本項目的綠色站房能效管控系統，針對站房能耗大、部門多不便管理的現實問題，結合高鐵站房使用規律，充分利用各種子系統的優勢，通過自動自主的設施管理，高效準確的數據分析，將站房的結構、系統、服務和管理根據用戶的需求進行一系列優化的組合，盡全力為用戶提供一個高效、綠色、便利、舒適的人性化建筑空間環境，使得站房成為集現代建筑技術、現代控制技術、現代通訊技術、現代計算機技術之大成的產物，并且減少了人力、物力、時間成本投入。