摘要：結合深圳南方科技大學能效系統工程設計實例，針對校園中電耗、熱量消耗、冷量消耗及水資源消耗數據的采集、傳輸、分析管理系統，分析了系統中的水、電、氣在高校中的能耗分布，并闡述了節能應用方案，可為其他節能減排項目的設計提供參考。

關鍵詞：能源管理系統；水電量；網絡結構；解決方案

0 引言

隨著社會進步和經濟發展，能量消耗高速增長，傳統粗放型管理模式已無法滿足當今社會的進步，節能降耗面臨嚴峻的考驗。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。我國高校的建設質量標準不斷提高和高校建設速度的高速發展，導致高校建筑能耗成倍增長，其各項指標遠高于普通商業建筑。

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據的釆集、傳輸、分析管理系統展開介紹。隨著社會對節能降耗認識的不斷深化,綠色環保高校已經成為高校建設和發展的新理念。

1 高校系統應用

1.1系統概述

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

建筑能耗監測系統應用智能化集成系統技術，對校園內的電能消耗、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、維護及優化管理，園綜合能耗信息的集中管理。系統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“管理節能"和“綠色用能"，最終某大學成為國內乃至gj先進的綠色校園。其系統平臺示意圖如圖1所示。

圖1某大學建筑能耗監測系統平臺示意圖

該案例在圖書館信息中心設計一個系統后臺,系統服務器設置在圖書館網絡匯聚中心，系統工作站設置在圖書館消防監控中心。校園內按照各區域能源消耗的種類及用途，設置了電量釆集點1227個（其中不包含中低壓配電系統的電參數采集點），低壓配電系統釆集釆集點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總線與設置在各區域的通信管理機連接，將各區域的能耗數據匯集在通信管理機中。各區域的通信管理機通過校園控制網與系統服務器通信,實現系統后臺對校園內各類分項能耗的分布采集、集中管理、資源和信息共享。

該系統采用三層架構,三層結構部署,分別為數據接口層、數據整合層和數據應用匯總層。數據接口層設備主要包括多功能電力監控儀、三相智能數顯儀表、多功能電能表、遠傳水表（冷、熱） 等，如圖2所示。

圖2系統架構圖

1.2 能耗分項計量

按照《國家機關辦公建筑和大型公共建筑分項能耗數據采集技術導則》和《高等學校校園建筑節能監管系統建設技術導則》的要求，并根據某大學的實際情況，能源計量的類型包括電量和水量(包含冷熱水)、燃氣量、冷量。

1.2.1 分區域

某大學區域共分為八大區域，分別為公共教學樓、風雨操場及食堂、檢測中心、科研樓、行政樓、信息中心及圖書館、教師公寓、學生書院及院士樓、校醫院。

1.2.2 能耗類型

每個區域有電量和水量(包含冷、熱水)、燃氣量、空調冷量。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，是校園建筑節能監管的重點，因此建筑用能設備的分項能耗主要針對電耗部分，按用電系統分類將電量分為以下4項實施分項電耗數據采集。

（1）照明插座用電。

（2）空調用電。

（3）動力用電。

（4）特殊用電。

特殊區域用電是不屬于建筑物常規功能的用電設備的用電，特殊用電的特點是能耗密度高、占總電耗比重大的用電設施及設備。特殊用電設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施。

1.3 能耗系統特點

能耗系統是由相關部門根據學校或機關節能管理工作的需要，按統一規定的方式自底層至上級 提供相關能耗統計資料的統籌工作。能耗監測軟件是校園節能監管系統的核心，能充分反映校園能源管理需求，符合國家相關建筑節能統計、審計及監管技術要求。平臺構筑也符合校園節能監管內容及要求的數據庫；具備能耗數據實時監測、圖表顯示、自動統計、節能分析、數據存儲、報表管理、指標比對、數據上傳等功能。流程如下:能耗歷史采集、能耗預算分析、節能目標設定、能耗評估。

系統具有以下特點：

（1）實用性。系統支持基于Internet的遠程瀏覽,不同部門可在校內不同的地點同時査看所需信息、運行狀態監視、趨勢分析等，并提供相應數據報表，方便管理。

（2）高度集成。系統通信管理機可以接入支持Modbus, BACnet等通信協議的各類計量表。系統網絡構架一體化設計，可使用標準OPC或ODBC接口與第三方系統無縫對接，無需額外網關和數據轉換帶來的實時性損失,減少網絡設備的重復敷設和降低維保成本。

（3）可靠性。系統基于互聯網技術、B/S軟件架構，并釆用企業級關系型數據庫進行數據管理,具有很強的可靠性。

（4）安全性。系統釆用與工作主機儲存方式進行雙機熱備，使數據安全可靠。

（5）遠程管理維護。系統基于以太網進行數據傳輸，將大大減少系統實施難度，并且系統的維護和擴展非常方便；可提供遠程能源托管和數據維護服務。

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

2 安科瑞能源管理系統介紹

2.1系統架構介紹

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，根據現場實際情況采用現場總線、光纖環網或無線通訊中的一種或多種結合的組網方式，為大型公共建筑的實時數據采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測設備構成任意復雜的監控系統。開放性、網絡化、單元化、組態化的采用面向對象的分層、分級、分布式智能一體建立如下層次結構：

圖 3 安科瑞Acrel-5000能源管理系統架構示意圖

2.2 系統功能介紹

圖4 安科瑞Acrel-5000能源管理系統用能統計示意圖

2.2.1支路用能

系統可以統計各支路某段時間內逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。系統可查看各支路用能趨勢，可根據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分項能耗統計

系統可以按照分項進行能耗統計與顯示。其中，日分項用能同比分析圖顯示不同分項的當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能耗值qian10位的支路。

2.2.3分項用能報表

系統可以統計各分項某段時間內逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。可查看分項中各支路用能趨勢，可根據已有的日期或者自定義時間進行查詢，統計數據可導出至Excel。

2.2.4能耗的同比環比分析

系統可將各主要耗能設備的能耗與去年同期值和上月值進行同比環比分析，檢驗節能效果，根據分析結果執行節能績效考核，以及節能目標的修正。統計各支路當年每月用能及去年同期用能。

2.2.5用能數據檢查

系統可以統計某段時間內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、準確性。

2.3系統設備選型

應用場合

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計，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規格：經互感器接入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可選復費率電能統計；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，通過RS485總線直接輸出表盤數據

表1 安科瑞Acrel-5000能源管理系統設備選型表

3 結束語

能耗系統建設目標如下：

（1）實現能耗波動幅度跟蹤,實現能耗的準確預測。

（2）實現能耗監測、自動警示,避免不合理能耗。

（3）實現能耗、能效標準化管理，形成具有推廣性的標準規范。

（4）實現能耗量化分析、能耗管理流程化和精細化管理。

（5）節能效果評估，實現對節能改造措施的全面管理。

通過實現這些目標，使高校實現“十二五"的 節能目標，保證高校節能目標設定的科學性和受 控性,從預算環節就將節能目標納入高校管理流 程,并進行動態管理模式，對節能減排目標以年、 季度、月為周期進行分析、調整、控制和評估。

【參考文獻】

[1] 住房和城鄉建設部建筑與科學技術，教育部發展規劃司.高等學校校園建筑節能監管系統建設技術導則[G].

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

[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.