基于云平臺(tái)管控的校園能效管理解決方案探討

安科瑞 華楠

摘要為響應(yīng)國(guó)家建設(shè)綠色校園的號(hào)召，切實(shí)提高高校能源利用水平，促使學(xué)校能源資源合理配置。針對(duì)高校校園能耗大的問(wèn)題，本文以某校園建設(shè)智能化綜合能效管理平臺(tái)的過(guò)程為例，詳細(xì)介紹了平臺(tái)建設(shè)體系、技術(shù)、功能及物理架構(gòu)，以及能源數(shù)據(jù)采集、能效管理、能源運(yùn)行監(jiān)控等多方面功能，該系統(tǒng)的使用合理提高了高校能源使用效率，促使建設(shè)綠色校園，響應(yīng)建設(shè)“兩型社會(huì)”、綠色校園的國(guó)家政策號(hào)召。

關(guān)鍵詞能效管理 節(jié)能減排 高校 云平臺(tái)

一、引言

能源是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、改良人民生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑能耗在社會(huì)總能耗中的占比穩(wěn)步上升，能源壓力對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約作用日益明顯，因此降低建筑能耗刻不容緩。高校作為大型公共機(jī)構(gòu)建筑的重要組成部分之一，建筑量大、能耗較高，且存在嚴(yán)重的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。為響應(yīng)國(guó)家的政策號(hào)召，通過(guò)建立科學(xué)的校園能源管理系統(tǒng)建設(shè)節(jié)約型校園，達(dá)到節(jié)能減排的目的，落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，能在一定程度上減緩我國(guó)目前面臨的能源壓力，幫助實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。高校是我國(guó)培養(yǎng)人才和促使我國(guó)科學(xué)進(jìn)步的主要的陣地，是一個(gè)培育人才的搖籃、科研工作的創(chuàng)新基地，在我國(guó)高校深入開(kāi)展節(jié)約型校園建設(shè)，傳播勤儉節(jié)約的優(yōu)良傳統(tǒng)，由學(xué)校為學(xué)生樹(shù)立節(jié)約的榜樣，營(yíng)造節(jié)約能源、環(huán)保綠色的校園文化氛圍。因此，建設(shè)一套校園綜合能源監(jiān)控管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)校園能源的統(tǒng)一管理和集中控制，實(shí)現(xiàn)能源的可靠、穩(wěn)定、清潔、合理供應(yīng)，減少高校建筑能耗顯得十分重要。

二、案例分析

以某大學(xué)為例，學(xué)校秉持“綠色、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展”的理念，校園內(nèi)先后建成了一批具有標(biāo)志性、示范性的綠色節(jié)能項(xiàng)目。如校園內(nèi)歷史保護(hù) 標(biāo)志性建筑大禮堂，采用利用地道風(fēng)道的新風(fēng)預(yù)冷（熱）空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、座椅送風(fēng)系統(tǒng)、建筑節(jié)能材料和 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱等節(jié)能系統(tǒng)和措施；新建的衷和 樓則采用中庭復(fù)合通風(fēng)、冰蓄冷空調(diào)、變頻供水、地下停車(chē)庫(kù)自然采光等節(jié)能系統(tǒng)和措施。 太陽(yáng)能光伏技術(shù)、地源熱泵、低輻射節(jié)能型外窗、建筑遮陽(yáng)、屋頂綠化、光導(dǎo)管、節(jié)能照明、輻射式空調(diào)末端系統(tǒng)也分別被應(yīng)用于文遠(yuǎn)樓、旭日樓、游泳館、環(huán)境樓、教學(xué)樓、圖書(shū)館等建筑單體。學(xué)生浴室在改建過(guò)程中采用太陽(yáng)能供熱水、電蓄熱鍋爐、中水處理和回用、洗浴廢水熱回收 利用、IC卡使用系統(tǒng)等一系列合理的節(jié)能設(shè)備。

從水電系統(tǒng)來(lái)講，學(xué)?，F(xiàn)有一套能源管理系統(tǒng)，并安裝了遠(yuǎn)程抄表裝置。遠(yuǎn)程抄表有專(zhuān)人進(jìn)行維護(hù)，不僅對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，且保留數(shù)據(jù)記錄。 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)故障等問(wèn)題引起的短暫性無(wú)法計(jì)量的現(xiàn)象，能源管理中心會(huì)及時(shí)予以解決。 供水系統(tǒng)方面，學(xué)?，F(xiàn)有供水模式為市政供水，部分建筑采用了中水回收 系統(tǒng)。學(xué)校已經(jīng)建立各校區(qū)用水計(jì)量裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控及抄表系統(tǒng)，對(duì)各建筑、各部門(mén)的用水消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集頻率為每天1次，采集時(shí)間為每天零點(diǎn)。

從空調(diào)系統(tǒng)來(lái)講，學(xué)校各個(gè)建筑的空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行及維護(hù)由后勤部門(mén)負(fù)責(zé)，運(yùn)行人員通常只做簡(jiǎn)單啟停 操作，具體運(yùn)行控制由設(shè)備自帶的控制器實(shí)現(xiàn)。 這樣 的操作方式雖然便于操作和管理，但并不能保證處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。大禮堂、行政樓采用多聯(lián)機(jī)及風(fēng)冷熱泵機(jī)組，其控制自成系統(tǒng)，能效管理系統(tǒng)可采集實(shí)時(shí)運(yùn)行 情況，通過(guò)集中控制、室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)、分區(qū)管理優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)在保證空調(diào)控制系統(tǒng)效果的前提下，節(jié)省空調(diào)運(yùn)行能耗。 教學(xué)樓、辦公樓大部分采用分體式空調(diào)，所有的控制操作通過(guò)遙控器完成，學(xué)生和教職工根據(jù)需要自行控制。 使用者往往會(huì)將溫度設(shè)定值設(shè)得過(guò)低或過(guò)高，使空調(diào)長(zhǎng)期處于超溫運(yùn)行狀態(tài)，造成電力浪費(fèi)。 此外，空調(diào)一直處于帶電狀態(tài)，即使不使用，也會(huì)因待機(jī) 消耗電量。

從照明系統(tǒng)來(lái)講，學(xué)校的大多數(shù)建筑照明系統(tǒng)均為人工控制，并未采用聲控、光控等先進(jìn)技術(shù)。因而常常出現(xiàn)白天光線(xiàn)明亮的走廊、使用內(nèi)遮陽(yáng)的辦公室，仍開(kāi) 燈耗電的現(xiàn)象，造成了大量的照明系統(tǒng)電耗浪費(fèi)。

采用安科瑞電氣“電子遠(yuǎn)傳水表”，結(jié)合校園能效管理平臺(tái)，對(duì)各場(chǎng)景用水量、水壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分區(qū)管理。應(yīng)對(duì)大學(xué)建設(shè)提出的新的需求，在今后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)繼續(xù)扮演好“領(lǐng)頭羊”的角色。

三、平臺(tái)介紹

隨著能源轉(zhuǎn)型加速和電力改革不斷深入，為滿(mǎn)足校園能源管理、節(jié)能工作及節(jié)約型校園建設(shè)的新需求，安科瑞憑借在能源管理領(lǐng)域內(nèi)多年積累，采用凡在物聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)數(shù)據(jù)和電力參數(shù)傳感技術(shù)，開(kāi)發(fā)了AcrelEMS-EDU教育行業(yè)能效管理綜合解決方案，提供校園用能實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)控、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、折標(biāo)對(duì)比、實(shí)績(jī)分析、用能排名、節(jié)能評(píng)估等功能。

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

圖1 安科瑞能效管理方案架構(gòu)拓?fù)?/p>

安科瑞教育行業(yè)能效管理方案由設(shè)備層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層組成。

設(shè)備層（水電表、空調(diào)控制器等末端設(shè)備）通過(guò)RS485專(zhuān)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)（Lora）通訊組網(wǎng)。

傳輸層（邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)）可通過(guò)RS485專(zhuān)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通訊采集末端設(shè)備數(shù)據(jù)，并以以太網(wǎng)或4G、NB等方式通過(guò)校園網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)層。

數(shù)據(jù)層（一般部署在校園服務(wù)器中）處理傳輸層上傳數(shù)據(jù)，并為服務(wù)層業(yè)務(wù)做服務(wù)，可與校園一卡通系統(tǒng)和其他相關(guān)系統(tǒng)做數(shù)據(jù)對(duì)接。

服務(wù)層（一般部署在校園服務(wù)器中）提供數(shù)據(jù)查看、預(yù)付費(fèi)管理、惡性負(fù)載管理、作息時(shí)間管理、分布式光伏監(jiān)測(cè)等功能。

2.2平臺(tái)功能

圖2 AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理平臺(tái)駕駛艙展示圖

首頁(yè)/綜合數(shù)據(jù):綜合展示校園能源用能概況，包括異常報(bào)警情況（數(shù)據(jù)異常/設(shè)備異常）、水、電等能源用能情況、校園3D模型定制、并可加入校園用能數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)展示。

圖3 AcrelEMS-EDU校園3D模型圖

用電綜合監(jiān)控：對(duì)校園35KV-10KV-0.4KV各級(jí)用能進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析；對(duì)進(jìn)線(xiàn)電能質(zhì)量及關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)室電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析；對(duì)變配電室內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警；能夠?qū)ψ儔浩鬟M(jìn)行監(jiān)控，保證用電安全和穩(wěn)定。

用水綜合監(jiān)控：對(duì)覆蓋校區(qū)所有建筑的總進(jìn)水量進(jìn)行計(jì)量；對(duì)單棟建筑進(jìn)水量進(jìn)行二級(jí)計(jì)量。個(gè)別實(shí)驗(yàn)樓進(jìn)行三級(jí)計(jì)量監(jiān)測(cè)。通過(guò)一、二、三級(jí)水表計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析水平衡情況，存在異常水情時(shí)能夠立即發(fā)出警情。

商業(yè)/宿舍預(yù)付費(fèi)：對(duì)校園內(nèi)的各類(lèi)商鋪用水、用電進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理。對(duì)學(xué)生宿舍用電進(jìn)行定時(shí)用電控制、違規(guī)電器使用監(jiān)測(cè)和預(yù)付費(fèi)管理。

分布式光伏監(jiān)測(cè)：提供光伏電站運(yùn)行監(jiān)視，逆變器運(yùn)行監(jiān)視，電站發(fā)電統(tǒng)計(jì)，逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)，光伏電站配電監(jiān)測(cè)，逆變器曲線(xiàn)分析等功能。

空調(diào)節(jié)能監(jiān)管：實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的用能監(jiān)測(cè)和分體式空調(diào)的用電監(jiān)測(cè)及控制。

路燈/照明智能監(jiān)管：實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)照明和室外路燈照明的用電監(jiān)測(cè)和照明控制，可按照預(yù)先設(shè)定的邏輯進(jìn)行自動(dòng)管理或遠(yuǎn)程群控管理。

校園能耗分析：能夠?qū)崿F(xiàn)能耗監(jiān)管、能耗查詢(xún)、能耗報(bào)警、能耗公示、能耗審計(jì)等功能，能夠幫助學(xué)校清晰、直接的了解到用能情況，并輔助學(xué)校做好審計(jì)公示工作。

校園用能分析報(bào)告：能夠?qū)φw用能、整體監(jiān)管和計(jì)量設(shè)備工作狀態(tài)、同比數(shù)據(jù)、環(huán)比數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析，幫助校方了解到校園綜合能效情況。

綜合手機(jī)端：相關(guān)人員可通過(guò)手機(jī)客戶(hù)端的方式隨時(shí)登陸能源管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)校內(nèi)各類(lèi)能源系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)量、監(jiān)測(cè)、控制、狀態(tài)反饋、報(bào)警等功能，對(duì)校園水電等能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管。

2.3典型硬件

四、討論及思考

綠色校園建設(shè)中，傳統(tǒng)能耗采集管理方式存在即時(shí)性差、采集繁瑣、自動(dòng)化程度低等等缺陷，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前節(jié)能減排管理需求。而AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺(tái)等市場(chǎng)上已有的學(xué)校能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)完善了能源計(jì)量數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)、分析體系，實(shí)現(xiàn)了宿舍商鋪用電預(yù)付費(fèi)管理、路燈空調(diào)等公用設(shè)備管控、用水綜合監(jiān)管等功能，對(duì)校園節(jié)能減排具體重要現(xiàn)實(shí)意義。因此建立功能完善、計(jì)量準(zhǔn)確、可靠效率高的高校綜合能效管理平臺(tái)是改變高校用能粗放式管理、實(shí)現(xiàn)校園節(jié)能減排大目標(biāo)的迫切需求。

同時(shí)學(xué)校作為新技術(shù)、新理念傳播的重要基地，將節(jié)約理念通過(guò)這樣的管理方式貫穿于校園建設(shè)、學(xué)生教育，使節(jié)能成為習(xí)慣，讓節(jié)儉成為美德，也具有著深遠(yuǎn)的教育意義。