1.概述
近年来，随着节约高校建设理念的提出，高校能源管理和有效节能已成为高校最重要的话题之一。如何有效地实现对校园各类能耗的采集和监控，进而对采集的能源数据进行统计分析，然后制定出管理部门所需的各种能耗数据报表，从而在能源消耗过程及管理措施上提出改进计划，已成为现阶段各高校能源管理所面临的主要问题。
目前在我国部分高校内存在能耗数据统计粗放、管理不规范、缺乏对能源的科学预测与监管，导致能耗数据不准确，增加了学校节能监管的难度。同时，在校园内能源浪费现象普遍存在，节能形势严峻。究其原因，正是由于缺乏对高校能耗数据的有效监管和控制，理论上缺少能耗数据模型的研究所造成。因此，建设计量准确、运行可靠、功能完善的能耗管系统是实现高校用能科学化管理的迫切需要。
2.能耗监管系统建设意义
目前在我国，高等院校“水、电、气”等能耗数据的收集与管理大多数还采用人工抄表的管理模式。人工抄表不仅增加了校园能耗管理的难度和工作量，同时存在诸如数据准确度不高、实时性差、延续性差、能耗数据统计分析不准确等问题。水电管理部门也无法实时掌握高校各区域的水电数据及其能耗负荷的变化，从而无法及时做出可行性调整，制定相应的管理制度。而且由于校园内建筑类型多、功能区划分较复杂，更是导致校园能耗管理效率较低、成本较高的原因。
建立能耗监管系统后，管理人员可随时随地感知能耗，从而使水电运行和资产的管理开始逐步由传统经验型向科学技术型转变，对节能减排发挥了巨大作用。同时将影响学校碳排放最大的几项因素，如电力消耗、水电资源消耗等情况集中到全实时化的监测管理平台上来，进行综合分析与管理，从而为学校的“减碳排放”和“低碳发展”，提供了技术基础和平台支持。有效地降低高校能源消费支出和能源管理成本，促进高校的可持续发展。
3.设计理念和思想
建筑能耗监管系统结构复杂，涉及面广，集数据采集、现场总线、计算机信息处理、图形处理等技术为一体，高度集成。能耗监测平台系统总体设计立足于技术先进性、稳定性、安全性、可靠性、灵活性，各系统功能遵循科学性和实用性，以及软硬件的成熟性，同时兼顾系统未来的扩容需求，确保系统具有较长的生命周期，满足节约型数字化高校长远建设需求。
4.系统介绍
（1）电能计量管理系统
电能计量管理系统是建立在建筑节能监管系统基础上的子系统之一，主要用于实现对建筑各用电的分类、分项、分户精细化计量、电能数据采集、远程数据传输、后台数据处理、前台查询统计和管理功能。为学校实现用电的实时监测、数据统计分析、用电管理、指标管理、费用结算等提供准确数据依据和必要条件。
系统由监控主站、智能数据网关（能源管理终端）、各级智能电能表、传输通道等组成。系统选用带有远传数据接口（电气接口符合RS485或M-bus接口规范）的多功能导轨式电能表实现对建筑用电分项计量。电能计量管理系统远程数据传输网络借用校园内网，现场传输通道采用RS485总线方式。其系统架构框图如图1所示。
图1 电能计量监管系统架构
系统功能：
1）用电实时监测：实时在线监测每个电能表的运行参数和动态实时数据，用户可在此界面查询到各电能表每小时或任何时段用电数据和相应分析图表。
2）用电明细查询：提供以用电区域或组织为导航的用电明细查询功能，用户可在功能模块下查询任一时间段内的用电明细。
3）用电报表统计：提供日、月、年用电报表统计功能，实现依据各区域或组织，按用电性质和用电类型划分的日、月、年用电量报表统计功能。报表支持导出和在线打印功能，报表导出支持Word、Excel、PDF格式。
4）用电数据分析：对区域或部门的日、月、年用电量进行环比、同比、和趋势分析，提供直观地显示图标（见图2和图3）。
5）用电定额管理：对部门用电进行定额设置和管理，实现按实际需求的用电配置和管理。节能监管模型提供空调、计算机等设备的待机功耗模型，以及不同工作模式下能耗模型的建立和设置，并且绑定到指定的电能表。同时提供设置和查询功能。
6）能源财务报表：提供按各个区域或部门的月用电财务结算报表和年用电财务结算报表，报表支持在线导出和打印。
7）综合信息管理：提供用电属性管理功能和用电综合信息查询功能；提供对故障信息列表、断电信息列表、节能模型预警的查询功能。
8）短信查询：系统可根据设定好的方案每月或每周定时将能耗数据及信息通过短信方式发送至相关管理人员。同时支持能耗信息手动查询，用户可通过手机发送短信方式获取当前实时和累计能耗数据，方便用户及时获取能耗信息。
（2）VRV空调监控管理系统
图2 用电监测
图3 同比分析
VRV空调监管系统采用BACnet协议网关和专用网关联网方式，采用嵌入式主机管理和控制中央空调末端风机盘管技术。主机根据系统设定的温湿度、时间等管理条件对中央空调风机盘管进行控制。具有温控器状态监测、压缩机运转状态监测、室内风扇运转状态检测、空调机异常信息检测、ON/OFF控制和监测、温度设定和监测、空调机模式设定和监测（制冷/制热/风扇/自动）、滤网信号监测和复位监测、风向设定和监测、额定风量设定和监测、强迫温控器关机设定和监测、能效设定和设定状态监测等功能。不仅能满足对VRV空调系统的集中控制管理要求，而且可以充分利用楼内弱电智能控制管理集成平台与若干弱电系统实现功能联动。
系统主要由监控主站、VRV空调控制器、风机盘管输出控制模块、传输通道等组成。VRV末端设备的运行状态通过BACnet网关接口上传信号至监控平台，同时监控中心经该网关接口下传信号（如初始值、控制参数设定等）至末端设备，实现对整个VRV空调系统的监管。系统中还可增加CO2传感器、室内有害气体传感器等设备用于监测室内空气环境。其示意图如图4所示。
系统功能：
1）监测控制：通过图形界面实时监测中央空调的运行状态和数据信息，同时可对空调进行远程控制等操作，以及提供对内机运行状态的查询和数据分析功能（见图5和图6）。
2）能耗统计及报表：提供对建筑或楼层空调的日、月、年用电量进行统计；支持对任意时间段内空调工作时间用电、非工作时间用电和累计用电情况进行统计，并生成统计报表，报表支持在线导出和打印。同时，具有对空调属性信息的统计功能，如对空调全路径名称、所属区域、所属节能模式信息进行统计等。
图4 VRV空调监管系统架构
图5 空调监控图
图6 空调内机控制
3）能耗分析：提供对建筑或楼层空调的日、月、年用电量的同比、环比、趋势分析功能；支持对空调工作与非工作时间段用电对比柱形图分析。
4）节能策略配置：提供自定义节能模型和策略配置功能，可用于实现对各空调节能模式的配置和管理，如制冷温度下限、制热温度上限、制冷起止期间、制热起止期间、允许开机时间、日用电上限、月用电上限、年用电上限等。
5）节能模式下发：系统提供用于实现对各空调节能模式的下发功能，用户在配置好节能模式后，即可将节能模式与具体空调进行关联后进行下发。下发后，对应的空调即被该节能模式控制，系统也将依据该节能模式实现对该空调的全方位在线节能监测和管理。支持单个空调节能模式下发和批量下发。
6）节能运行提醒：系统可对各空调节能运行情况进行周期巡检，统计违反节能模式的空调信息，以及当前节能预警信息和空调故障信息，并及时通过短信服务进行报警，提醒用户采取相应措施。
7）节能运行分析：支持对单个空调与空调总用能进行分析比较，生成能耗对比分析图，空调所属节能模式，违规空调分布及空调违反的策略进行分析，生成相应分布图或比率图。
（3）分体空调监管系统
该系统由监控主站、智能数据网关（能源管理终端）、空调控制器、中继器及传输信道等组成。主要用于实现对分体空调状态检测、出风控温检测、开关机控制与用电数据分析功能。通过在房间内安装室内节点主机，采用红外遥控技术，实现对普通空调机的遥调、遥控、遥信等无触点控制；在监控平台上设定控制单元空调开启限制（课时表、季节等），并且可以实现智能温控，使空调的设置温度符合国家最新空调温度标准。实现与校园课时表时间对应的空调控制策略，实现在下课时及时关闭空调，在无课的时间段无法开启空调，以达到节能和对分体式空调监测的目的。系统架构框图如图7所示。
系统功能：
1）空调运行监视：实时在线监测各空调点的运行状态、温度、空调电耗，并以楼层平面图形式直观、形象地显示现场实际情况。系统支持加载实时天气预报，并在开机时实时播放。
2）空调运行控制：提供对空调的批量和单个空调的开关和通断电控制，并可采取即时、定时、延时控制措施；支持自动控制和手动控制模式；系统对空调控制采取非直接断电方式，有效保障了空调使用寿命。控制器支持自动脱网运行，确保了空调运行舒适度和安全性。(www.xing528.com)
3）控制策略：教室空调的控制能够与课表结合，可按照课表生成每个教室空调的控制策略，实现有课有空调，无课关空调的自动管理模式；支持多时段控制模式管理空调；支持温度+时段控制模式控制；提供灵活的手动策略配置功能，以适应讲座、会议、考试等各种情况。
图7 分体空调监管系统架构
4）事件侦测及消息预警：实时监测系统内空调运行状态，在状态发生变化时及时在系统界面进行提醒；当系统或设备发生问题时，管理员可通过email、手机短信通知相关人员，确保及时获取和处理故障。
5）空调综合监管：对分体空调实现分项计量，实现空调能耗统计等功能，并生成相应数据报表；提供空调历史运行的数据变化规律，运行温度、运行时间的变化趋势对比功能，并以图表直观显示。
其他功能：
在设定的正常工作时间段结束后，如果还需使用空调，可通过触发命令使空调延时关闭，延时时间值可根据实际情况设定。系统可提供不同级别的控制管理权限，不同的控制管理权限只限于对应设定的某些功能的操作。
（4）给水管网监管系统
给水管网监管系统主要由监管系统主站、智能数据网关（能源管理终端）、各级智能计量水表、传输通道等组成。系统选用带有远传数据接口（电气接口符合RS485或M-bus接口规范）智能远传水表实现校园各级用水计量，系统远程数据传输网络借用校园内网，现场传输通道采用RS485总线方式。该系统可实现对校园用水数据的水平衡分析、用水漏失分析和用水异常情况识别等，及时发现和有效杜绝给水管网用水的跑、冒、滴、漏现象，极大地提高水资源使用效率和用水管理水平，节省了用水成本。其架构图如图8所示。
图8 给水管网监管系统架构
系统功能：
1）水表实时监控：实时在线监测系统内水表的运行参数和动态实时数据，用户可在此界面查询到各水表每小时或任何时段用水数据和相应分析图表。
2）用水明细查询：提供以用水区域或组织为导航的用水明细查询功能，用户可在功能模块下查询任一时间段内的用水明细。
3）用水报表统计：提供日、月、年用水报表统计功能，实现依据各区域或组织，按用水性质和用水类型划分的日、月、年用水量报表统计功能。报表支持导出和在线打印功能，报表导出支持Word、Excel、PDF格式。
4）用水数据分析：对区域或部门的日、月、年用电量进行环比、同比和趋势分析，提供直观地显示图标。
5）用水财务报表：提供按各个区域或部门的月用水财务结算报表和年用水财务结算报表，报表支持在线导出和打印。
6）管网漏水分析及预警：提供水平衡分析和用水异常情况识别功能，并实时计算漏水点每小时漏失量；提供短信预警功能，实现管网漏水与短信联动报警功能。
7）综合信息管理：提供用水属性管理功能和用水综合信息（排名等）查询功能；提供对故障信息列表、断水信息列表的查询。
8）短信查询：每月或每周定时将能耗数据及信息通过短信方式发送至相关管理人员。同时支持能耗信息手动查询，用户可通过手机发送短信方式获取当前实时和累计能耗数据，方便用户及时获取能耗信息。
5.系统关键设备和技术性能指标
（1）EMU6000型能源管理终端
EMU6000型能源管理终端是正泰建筑节能监管系统中的重要智能管理设备，主要用于负责采集并管理各类智能仪表的用能信息（水、电、气等）、与系统主站通信、执行系统控制方案、为系统提供基础数据等。产品适用于公用建筑（工矿企业、事业单位、政府机关、学校、宾馆、商场等建筑）内用能（水、电、气等）设备节能的建筑节能监管系统；也可用于楼宇智能化建设，通过标准OPC接口接入BA等智能化系统。
主要技术参数和指标：
1）工作温度：-25～70℃，相对湿度：≤95%。
2）存储容量：256MB FLASH。
3）整机功耗：视在功耗≤10VA，有功功耗≤7W。
4）数据接口：1路RJ45口，遵循Ethernet数据传输协议标准，10/100Mbit/s自适应；4路独立可配置的RS485采集接口。其中1路可配置为M-BS总线接口，1路可以配置成Lon-works双绞线或电力线载波接口；符合RS485电气接口协议，每条总线最多可连接32台（64台可选）计量仪表；1路USB2.0 Host接口。
5）平均无故障时间（MTBF）≥10000h。
（2）DDC6050型分体式空调控制器（壁挂式）
该设备主要用于实现对分体空调状态检测、温度检测、开关机控制与用电数据分析。在监控平台上设定空调开启限制（课时表、季节等），并且可以实现智能温控，使空调的设置温度符合国家最新空调温度标准。实现与校园课时表相对应的空调控制策略，实现在下课时及时关闭空调，无课时无法开启空调，以达到对分体式空调监测和节能的目的。
该产品可用于公用建筑（工矿企业、事业单位、政府机关、学校、宾馆、商场等建筑）内各类空调的控制，也可用于普通居民的楼宇智能化建设。
主要技术参数和指标：
1）工作电压：AC220V；
2）整机功耗：视在功耗≤6VA，有功功耗≤3W；
3）计时准确度：±5s/d；
4）负载电流：20A；
5）数据通信：无线或载波；
6）无线通信距离：≥200m，空旷可达500m以上；
7）通信协议：DL/T645-2007、Modbus协议。
6.结束语
正泰能耗监管系统采用现场总线技术、采集技术，结合高校校园网、无线物联网实现对高校的水、电、气能耗的全方位实时在线监控和管理，以及对空调的智能管理和控制；建立了校园能耗平衡管理和节能管理体系，实现了对能耗的指标化、量化、智能化管理；系统提供了详细的数据报表，同时提供有效的分析手段和节能措施，指导和实现能源的合理配置和有效利用。
该系统技术先进、产品成熟，具有较高的稳定性、实用性和可操作性，节能效果显著，完全满足我国高校能耗监管系统建设需求和国家相关政策。
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