淺談能源智能管理系統(tǒng)在大學(xué)高校中的應(yīng)用

摘要：結(jié)合深圳南方科技大學(xué)能效系統(tǒng)工程設(shè)計實例，針對校園中電耗、熱量消耗、冷量消耗及水資源消耗數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析管理系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)中的水、電、氣在高校中的能耗分布，并闡述了節(jié)能應(yīng)用方案，可為其他節(jié)能減排項目的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：能源管理系統(tǒng)；水電量；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；解決方案

0 引言

隨著社會進步和經(jīng)濟發(fā)展，能量消耗高速增長，傳統(tǒng)粗放型管理模式已無法滿足當(dāng)今社會的進步，節(jié)能降耗面臨嚴(yán)峻的考驗。我國的能源消耗已達到全球的20% ,超過美國，能效減排壓力迫在眉睫。我國高校的建設(shè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷提高和高校建設(shè)速度的高速發(fā)展，導(dǎo)致高校建筑能耗成倍增長，其各項指標(biāo)遠高于普通商業(yè)建筑。

本文主要針對校園中電耗、燃料消耗、熱量消耗、冷量消耗及水資源消耗數(shù)據(jù)的釆集、傳輸、分析管理系統(tǒng)展開介紹。隨著社會對節(jié)能降耗認(rèn)識的不斷深化,綠色環(huán)保高校已經(jīng)成為高校建設(shè)和發(fā)展的新理念。

1 高校系統(tǒng)應(yīng)用

1.1系統(tǒng)概述

能源管理系統(tǒng)（energy management system, EMS）是計算機輔助系統(tǒng)，用來監(jiān)視、控制以及優(yōu)化能源的轉(zhuǎn)換、使用與回收，提高能源利用效率。1985年，能源管理系統(tǒng)已應(yīng)用于寶鋼鋼鐵總廠，其后，在鋼鐵、石油化工、電力等行業(yè)中都有應(yīng)用，但在造紙行業(yè)尚未形成完善的針對能源管理與節(jié)能減排的管控一體化系統(tǒng)。

建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用智能化集成系統(tǒng)技術(shù)，對校園內(nèi)的電能消耗、水資源消耗（包括冷水和熱水）等能源信息予以采集、顯示、分析、處理、維護及優(yōu)化管理，園綜合能耗信息的集中管理。系統(tǒng)通過資源整合形成具有實時性、全局性和綜合性的能源利用狀況及效率信息，向用戶提供校園能源利用狀況報告,并輔助能源管理人員制定適合的能源運行、管理策略，實現(xiàn)“管理節(jié)能"和“綠色用能"，最終某大學(xué)成為國內(nèi)乃至gj先進的綠色校園。其系統(tǒng)平臺示意圖如圖1所示。

圖1某大學(xué)建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)平臺示意圖

該案例在圖書館信息中心設(shè)計一個系統(tǒng)后臺,系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)置在圖書館網(wǎng)絡(luò)匯聚中心，系統(tǒng)工作站設(shè)置在圖書館消防監(jiān)控中心。校園內(nèi)按照各區(qū)域能源消耗的種類及用途，設(shè)置了電量釆集點1227個（其中不包含中低壓配電系統(tǒng)的電參數(shù)采集點），低壓配電系統(tǒng)釆集釆集點650個，冷水用量采集點1221個，熱水用量釆集點1214個。前端能耗釆集裝置通過RS485總線與設(shè)置在各區(qū)域的通信管理機連接，將各區(qū)域的能耗數(shù)據(jù)匯集在通信管理機中。各區(qū)域的通信管理機通過校園控制網(wǎng)與系統(tǒng)服務(wù)器通信,實現(xiàn)系統(tǒng)后臺對校園內(nèi)各類分項能耗的分布采集、集中管理、資源和信息共享。

該系統(tǒng)采用三層架構(gòu),三層結(jié)構(gòu)部署,分別為數(shù)據(jù)接口層、數(shù)據(jù)整合層和數(shù)據(jù)應(yīng)用匯總層。數(shù)據(jù)接口層設(shè)備主要包括多功能電力監(jiān)控儀、三相智能數(shù)顯儀表、多功能電能表、遠傳水表（冷、熱） 等，如圖2所示。

圖2系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.2 能耗分項計量

按照《國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分項能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》和《高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》的要求，并根據(jù)某大學(xué)的實際情況，能源計量的類型包括電量和水量(包含冷熱水)、燃?xì)饬俊⒗淞俊?/span>

1.2.1 分區(qū)域

某大學(xué)區(qū)域共分為八大區(qū)域，分別為公共教學(xué)樓、風(fēng)雨操場及食堂、檢測中心、科研樓、行政樓、信息中心及圖書館、教師公寓、學(xué)生書院及院士樓、校醫(yī)院。

1.2.2 能耗類型

每個區(qū)域有電量和水量(包含冷、熱水)、燃?xì)饬俊⒖照{(diào)冷量。其中電量在總能量消耗中最大，電量消耗的類型也分照明用電、空調(diào)用電、動力用電、特殊用電等。

校園建筑分類能耗中電耗比例大，是校園建筑節(jié)能監(jiān)管的重點，因此建筑用能設(shè)備的分項能耗主要針對電耗部分，按用電系統(tǒng)分類將電量分為以下4項實施分項電耗數(shù)據(jù)采集。

（1）照明插座用電。

（2）空調(diào)用電。

（3）動力用電。

（4）特殊用電。

特殊區(qū)域用電是不屬于建筑物常規(guī)功能的用電設(shè)備的用電，特殊用電的特點是能耗密度高、占總電耗比重大的用電設(shè)施及設(shè)備。特殊用電設(shè)施一般包括信息中心、廚房餐廳、游泳池、實驗室或其他特殊用電設(shè)施。

1.3 能耗系統(tǒng)特點

能耗系統(tǒng)是由相關(guān)部門根據(jù)學(xué)校或機關(guān)節(jié)能管理工作的需要，按統(tǒng)一規(guī)定的方式自底層至上級 提供相關(guān)能耗統(tǒng)計資料的統(tǒng)籌工作。能耗監(jiān)測軟件是校園節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)的核心，能充分反映校園能源管理需求，符合國家相關(guān)建筑節(jié)能統(tǒng)計、審計及監(jiān)管技術(shù)要求。平臺構(gòu)筑也符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫；具備能耗數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、圖表顯示、自動統(tǒng)計、節(jié)能分析、數(shù)據(jù)存儲、報表管理、指標(biāo)比對、數(shù)據(jù)上傳等功能。流程如下:能耗歷史采集、能耗預(yù)算分析、節(jié)能目標(biāo)設(shè)定、能耗評估。

系統(tǒng)具有以下特點：

（1）實用性。系統(tǒng)支持基于Internet的遠程瀏覽,不同部門可在校內(nèi)不同的地點同時査看所需信息、運行狀態(tài)監(jiān)視、趨勢分析等，并提供相應(yīng)數(shù)據(jù)報表，方便管理。

（2）高度集成。系統(tǒng)通信管理機可以接入支持Modbus, BACnet等通信協(xié)議的各類計量表。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架一體化設(shè)計，可使用標(biāo)準(zhǔn)OPC或ODBC接口與第三方系統(tǒng)無縫對接，無需額外網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換帶來的實時性損失,減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的重復(fù)敷設(shè)和降低維保成本。

（3）可靠性。系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、B/S軟件架構(gòu)，并釆用企業(yè)級關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理,具有很強的可靠性。

（4）安全性。系統(tǒng)釆用與工作主機儲存方式進行雙機熱備，使數(shù)據(jù)安全可靠。

（5）遠程管理維護。系統(tǒng)基于以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，將大大減少系統(tǒng)實施難度，并且系統(tǒng)的維護和擴展非常方便；可提供遠程能源托管和數(shù)據(jù)維護服務(wù)。

（6）能耗評估。客戶確定投入和實施節(jié)能計劃的決策依據(jù)。通過對目前先進的綜合能耗仿真軟件包的應(yīng)用研究和二次開發(fā),提供準(zhǔn)確的設(shè)計和運行能耗數(shù)據(jù),為客戶節(jié)能降耗提供依據(jù)。

2 安科瑞能源管理系統(tǒng)介紹

2.1系統(tǒng)架構(gòu)介紹

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)以計算機、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無線通訊中的一種或多種結(jié)合的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集及遠程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，它可以和檢測設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱印⒎旨墶⒎植际街悄芤惑w建立如下層次結(jié)構(gòu)：

圖 3 安科瑞Acrel-5000能源管理系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.2 系統(tǒng)功能介紹

圖4 安科瑞Acrel-5000能源管理系統(tǒng)用能統(tǒng)計示意圖

2.2.1支路用能

系統(tǒng)可以統(tǒng)計各支路某段時間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。系統(tǒng)可查看各支路用能趨勢，可根據(jù)已有的日期或者自定義時間進行查詢，并可以將支路用能顯示合計，以圖表形式顯示。

2.2.2分項能耗統(tǒng)計

系統(tǒng)可以按照分項進行能耗統(tǒng)計與顯示。其中，日分項用能同比分析圖顯示不同分項的當(dāng)日與昨日能耗柱狀圖；用能餅圖顯示各分項過去31天的用能占比；堆積圖顯示各分項過去31天的能耗趨勢；分項用能排名圖顯示被選中分項對應(yīng)能耗值qian10位的支路。

2.2.3分項用能報表

系統(tǒng)可以統(tǒng)計各分項某段時間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。可查看分項中各支路用能趨勢，可根據(jù)已有的日期或者自定義時間進行查詢，統(tǒng)計數(shù)據(jù)可導(dǎo)出至Excel。

2.2.4能耗的同比環(huán)比分析

系統(tǒng)可將各主要耗能設(shè)備的能耗與去年同期值和上月值進行同比環(huán)比分析，檢驗節(jié)能效果，根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行節(jié)能績效考核，以及節(jié)能目標(biāo)的修正。統(tǒng)計各支路當(dāng)年每月用能及去年同期用能。

2.2.5用能數(shù)據(jù)檢查

系統(tǒng)可以統(tǒng)計某段時間內(nèi)各回路與下級支路的用能差值，超過一定百分比后醒目顯示，確保計量體系的完整性、準(zhǔn)確性。

2.3系統(tǒng)設(shè)備選型

應(yīng)用場合

型號

功能

照明箱

DTSD1352

三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統(tǒng)計，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3*1（6）A，直接接入3*10（80）A,有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級

動力柜

ACR220EL

LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、S、PF、F）；四象限電能計量RS485/Modbus可選復(fù)費率電能統(tǒng)計；4DI+2DO

高壓重要回路

或低壓進線柜

APM810

三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月峰值，電流、電壓不平衡度，負(fù)載電流柱狀圖顯示，66種警示類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示

給水管道

水表

計量流經(jīng)給管道用水的體積總量，適用于單向流水，采集電子直讀技術(shù)，通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)

表1 安科瑞Acrel-5000能源管理系統(tǒng)設(shè)備選型表

3 結(jié)束語

能耗系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)如下：

（1）實現(xiàn)能耗波動幅度跟蹤,實現(xiàn)能耗的準(zhǔn)確預(yù)測。

（2）實現(xiàn)能耗監(jiān)測、自動警示,避免不合理能耗。

（3）實現(xiàn)能耗、能效標(biāo)準(zhǔn)化管理，形成具有推廣性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（4）實現(xiàn)能耗量化分析、能耗管理流程化和精細(xì)化管理。

（5）節(jié)能效果評估，實現(xiàn)對節(jié)能改造措施的全面管理。

通過實現(xiàn)這些目標(biāo)，使高校實現(xiàn)“十二五"的 節(jié)能目標(biāo)，保證高校節(jié)能目標(biāo)設(shè)定的科學(xué)性和受 控性,從預(yù)算環(huán)節(jié)就將節(jié)能目標(biāo)納入高校管理流 程,并進行動態(tài)管理模式，對節(jié)能減排目標(biāo)以年、 季度、月為周期進行分析、調(diào)整、控制和評估。

【參考文獻】

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑與科學(xué)技術(shù)，教育部發(fā)展規(guī)劃司.高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則[G].

[2] 谷屹巖，袁文勝.淺談能源管理系統(tǒng)在高校中的應(yīng)用方案[J].2013年年會專刊.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版.