校園能耗監控系統的設計與實現

鄭少蘭

(福建水利電力職業技術學院,福建 永安 366000)

0 引言

由于監督管理缺乏有效手段,校園能耗監管面臨著許多挑戰。為有效監控及管理校園能源消耗情況,需做好能耗監測系統設計,通過系統化研究給出可行的技術方案,為高效節能減排及綠色校園建設提供理論及實踐基礎。

校園能耗監測系統存在諸多問題,主要體現在以下三方面。

1)能源消耗水平較高。學校能耗總量大,空間分散小,環境資源利用率低,各類設備如照明、插座、風扇、空調、水管等存在著大量的能源浪費情況。而生活用電量不斷增長,原有的供電容量已無法滿足需要。大部分學校信息技術裝備的使用情況較差,裝備閑置較多,使用經驗不足。盡管學校信息化建設較完善,但還沒有達到理想效果,資源浪費較為嚴重。

2)能源使用形式復雜,人力管理成本較高。學校是集教學、科研、生活為一體的綜合性場所,占地面積大,環境適應性好,基礎建設投入大,所需購買的設施設備較多,要想正常運轉,必須掌握較高的技術水平,由專人對系統進行維護管理。學校建筑種類繁多,功能分區復雜,能源使用種類多,能耗大,管理成本較高,導致總運營成本很高。

3)缺乏能源效率評價體系,節能意識不強。學校能耗管理是以電耗、水耗、燃氣量、燃油量等為主要內容,傳統的系統能耗管理模式已無法滿足現代化大規模用能需求。能耗管理缺乏一套嚴謹的評估機制,沒有完全反映出評估系統的重要性與完整性。目前,我國能耗統計系統還不健全,缺少行之有效的節能報告系統及節能考核系統,在節能管理、節能改造、節能應用等方面缺乏有效的激勵約束機制,節能管理工作還沒有形成科學、規范的管理制度體系。

1 校園能耗監測技術的改革方案

1.1 建立節能高效的能源監測管理系統

能源監測管理系統負責實時監測能源消耗情況,實行能源審計、能效公示、能源使用限額等制度,需加強校園能耗管理。能耗監測系統每隔5 s即可抄讀一次用能數據,對用能數據采取實時查看及監測,設置異常預警,提升節能運行管理能力,對節能空間進行改造。針對抄讀數據系統,按照不同地域維度自動生成一系列可視化數據報表,便于隨時隨地讀取數據并導出,實現能耗數據的調出。經過長期的數據分析掌握學校能源利用規律,將能源與利用場地進行合理調配,減少額外的能源支出,加強能源管理[1]。能源管理應保證設備安全可靠運行,實現能源費用的控制,以不同能源間的互補與耦合為基礎,實現能量與信息的跨界交流,為學校提供高效、智能的多元能源供給與增值服務。

1.2 基于“互聯網+大數據”技術,打造用能一體化方案

現代校園的能源管理應以智慧電網為核心,將網絡思維理念、信息技術及能量生產、運輸、儲存、消費等深度結合,部署建立校內信息樓,實現校園整體性能數據采集、存儲與分析,包括能耗圖形顯示與信息查詢[2]。業務覆蓋能耗統計、能耗監測預警、能耗有效管理等,包括整個能源體系建設及服務。綜合校園前端管理網站與后臺集抄服務,對所有設備數據進行整合,協同歸口管理。以互聯網+大數據、云計算技術、移動互聯網、物聯網及人工智能技術為核心,構建基于大學校園的資源循環系統,在其生命周期內對能源進行綜合利用,促進能源消耗管理從粗放型轉變為高效型,從實證型轉變為量化型,實現用能一體化的總目標。

1.3 規范校園建設及運行管理評價指標,建立科學的評價方法

從整體上把握和諧校園建設的科學性及前瞻性,建立科學合理的評價指標體系[3]。以和諧社會為核心,建立一套合理、高效的高校能耗綜合評價體系。校園能耗監控管理子系統數據分析要監控能耗數據,對數據進行離散趨勢研究,對數據未來變動做出預估,將其與基礎數據進行比較,采取相應的預警與管理,減輕工作壓力。建立考核管理機制,對管理人員進行定期的業績評估及考核,結合實際能耗監測資料,確定后勤人員考核等級,加強校園能耗管理。

2 校園能耗監控系統的具體設計與實現

2.1 項目需求

能耗監控系統需配置地理信息系統、應用服務器及數據庫服務器等。通過各種能耗數據的采集、傳輸、存儲及分析,以能耗報表、能耗圖形等多種形式展示數據結果[4],將采集到的多種能耗數據全部并入到系統中,實現能耗多級測量。將能耗大數據作為一個重要的基礎,實現對能耗數據的在線采集、計算、分析及處理,實現能源平衡、耦合、調度與優化管理,并向學校提出相應的能源使用分析比對建議,提高人們的節能意識及能耗管理信息化程度。

2.2 設計原理

能耗監控系統是將互聯網、物聯網、云計算及傳感技術等多種技術融合形成的現代化智能終端軟件。通過監測各種用能設備,對用能情況進行實時記錄,將所有監測數據通過網絡上傳到云系統后進行有序匯總,對匯總數據進行分析整理,建立用能模型。采用圖表、對比圖的形式建立用能趨勢圖。通過軟件信息評估,使管理人員快速了解能源損耗方向及各個時間段內發生的能耗變化,實現對能源的實時監控。

2.3 系統架構

本系統由應用層、中心監測層、數據服務層及設備層等組成,具有數據存儲、數據實時錄入、數據分析及顯示等功能。系統架構設計如圖1。

圖1 校園能耗監控系統的架構設計Fig.1 System architecture design of campus energy consumption monitoring system

由于班級教室不固定、座位不固定,多數情況下學校采取開放式管理。除了正常學習時間以外,可自由分配時間,無嚴格的時間限制,故校園能耗管理難度較大。計劃采用互聯網+、云計算及大數據分析等技術,提供在線查詢服務,采用B/S架構整體開發,在此基礎上配置一套虛擬網絡服務器,將IT資源按需配置?？赏ㄟ^電腦和手機瀏覽器查詢能耗數據,并顯示在能耗較大的屏幕上,為學校提供一站式運營服務,還可進行信息檢索,隨時對信息進行查看及管理。

在每個功能區域安裝一個智能網關,將網絡中收集到的能耗信息定期傳輸至云系統。教室采用柜體式空調能源控制,利用DTSY1352-NK(NB)無線電或電子計量表統計,計價器采用NB方式與服務器進行內聯網通信,各種能耗設備都能以計算機和網絡為主體,進行信息獲取、處理及反饋,為各種管理決策提供重要的信息數據支持。

2.4 系統功能設計

2.4.1 賬戶管理

智能能耗管理系統采用賬號和口令的分級管理方式,按照用戶等級分別對其進行相應授權,采用開放式管理,從而對用戶進行集中、有序管理。不同層次的管理具有對應的閱覽權限。在設備管理方面,對每個設備的安裝、修理、維護都有清晰的時間及流程記錄。管理者按照需要及實際狀況設定并管理各類參數,從根本上解決傳統管理方法中存在的問題,滿足建筑標準化及智能化發展要求,提升校園能耗管理的整體效益。系統用戶權限分級管理方法見圖2。

圖2 系統用戶權限分級管理方法Fig.2 Hierarchical management of system user rights

2.4.2 采集能耗數據管理

能耗采集網關可將各種能耗監測設備與網關連接,實現數據采集,通過互聯網將數據上傳到云系統,通過校園能耗管理平臺實現遠程監控用能設備及能耗數據管理。采集式網關可實時監控能耗情況,提供可靠的能源消耗管理資料。收集現有能耗數據,發布實時監測數據信息,便于管理者掌握監控的最新結果,做出相應的調整,不斷改進措施,制定出更優的能耗管理計劃。能耗監控網關見圖3。

圖3 能耗監控網關Fig.3 Energy consumption monitoring gateway

2.4.3 監控報警管理

校園能耗監控管理系統支持來電、短信、微信小程序、APP等各種告警手段,可提供重大事故報警功能及夜間環境下的報警電話提醒功能,使報警信息效果最大化。該系統報警功能整合了智能告警平臺,可手動去重,通過智能算法實現報警降噪,利用分派、通知等功能實現告警的流程化操作,以盡快恢復告警工作,提高告警的實時管理效果。

2.4.4 考核管理

能耗監控管理系統具有多種功能,可實時檢測校園中各種設備的能耗數據,對收集到的數據進行統計分析,令管理者實時了解系統的工作情況,以便做出合理調整,保證系統處于最佳的工作狀態。成立后勤人員考核工作領導小組,每學期定期對教輔和后勤崗位人員進行工作質量考核,通過自評、組評、考核領導小組打分,將后勤人員考核分數與實際能耗監測數據相結合,給出最終評級。具體執行分為以下幾個步驟:①明確工作人員的考核體系及方案,及每個崗位的任務及任務完成標準,對管理者各方面的要求展開分析。②發布公告,定期召開校園能耗監控管理會議,進行定期的業績評估及考核。③對評估數據進行采集和分析,按照評估目標對管理者進行考核評級。④結合管理者對績效評估結果的意見,對這一階段的評估結果進行分析,為人員績效評估工作(績效評估可用于獎金發放及人員晉升等)提供重要的基礎,并對其進行績效反饋,將評估結果反饋給相關人員。⑤針對未達到目標的問題,與工作人員當面交流,分析原因,制定改善方案。

3 結束語

分析了校園傳統能源監測系統的技術應用現狀,總結了其工作特點,指出了其中存在的問題,提出了相應的解決方案。以“互聯網+大數據”為基礎,構建用能一體化校園能源管理系統,給出了具體的設計方法。該系統采用的技術具有較高的實用性及廣泛的應用前景。