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          高校能源管理系統的設計
          發布時間:2023-10-16

          隨著社會進步和經濟發展,能量消耗高速增長,傳統粗放的能源管理模式已經無法滿足當時社會的進步,節能降耗面臨嚴峻的考驗。至2017年,我國的能源消耗已占全球能源消耗量的20%,首次超過美國成為世界能源消耗第一大國。節約型校園建設是公共機構建設中的重要內容,不僅是學校自身發展的需求,更是學校應有的社會責任。高校建設能源管理,不僅有利于緩解教育資源供需矛盾,推進學校自身可持續發展,還將為節能型社會提供良好的氛圍,為節能型社會建設提供人才和技術支持。本文以北京廣元科技有限公司高校能管系統為例,闡述能源管理系統在面對高校用戶時的設計原則。

          1. 高校能源管理的必要性

          1.1. 高校能源管理對教育教學的影響

          高校能源管理工作不僅是學校教育教學能夠正常運轉的物質基礎,而且高校能源管理模式及正常運行也是高校教育教學工作的重要組成部分。對于前者而言,高校的能源管理工作不僅事關高?,F有能源能否正常發揮其應有的效能、而且也事關在這些能源的影響下,學校的教育教學工作實現既定的教學目的。對于后者而言,學生在參與能源管理工作,或者在其消耗能源的過程中他們也在潛移默化地形成正確的能源觀,也在潛移默化地接受以“節儉”為核心的能源教育,從而使能源管理工作與正常的教育教學實踐一起對學生的健康成長起到了重要的影響。

          1.2. 促進高??沙掷m發展

          高校能源管理系統的建設可以促進高??沙掷m發展。隨著社會對環境問題的日益關注,高校的社會責任感也在不斷增強。建設能源管理系統可以有效地降低高校的能源消耗,減少對環境的影響,符合可持續發展的理念。

          1.3. 提高高校管理效率

          高校能源管理系統的建設可以提高高校的管理效率。通過對能源消耗的監控和控制,可以實時掌握各場所的能耗情況,及時發現和解決用能問題,提高管理效率。同時,能源管理系統還可以提供豐富的數據分析和報告功能,幫助高校管理者了解能源使用情況,制定更加科學合理的用能計劃和管理策略。

          1.4. 遵循綠色發展理念,高校能源管理工作勢在必行

          隨著綠色發展理念的提出與發展,節能減排成為各個產業在未來發展的必由之路,高校建設和發展同樣適用于這一理念,大力開展節能工作和能源管理體系建設,更高效地利用有限的能源資源,可以更好地保障校園的建設和運行,促進校園建設發展。

          2. 建設基礎原則

          北京廣元科技高校能管系統是完成對用水量、用電量,以及輸水管道、空調系統、光伏系統、加壓泵站自控系統等運行情況的現場采集、自動上傳、定時存儲以及輔助分析的自動化系統。根據可靠性和高效率能耗管理的要求,遵循下列原則:

          2.1. 安全性原則

          高校能源管理系統監管包含水、電、空調系統、光伏系統、加壓泵站自控系統等系統,并實現圖信樓的智能化系統(如:視頻監控系統、門禁系統等)集成和聯動等。如此復雜的系統,任何一點的疏忽都是巨大的安全隱患,為此,系統安全性應從系統權限安全性、程序的安全性、操作員安全性、文件安全性和網絡安全性等多方面綜合考慮。廣元科技能管系統數據均采取獨有的數據加密技術進行傳輸;系統對操作角色、用戶權限進行嚴格控制;網絡滿足安全等級保護二級要求。

          2.2. 穩定性原則

          能源管理系統是一項長期不間斷運行的系統,肩負著監管校園內多種供能/用能設備的運行狀況,并具有一定的處理事件的功能,所以系統的穩定性要求較高,為節約后續成本。為了保證系統的穩定運行,能管平臺應從從系統結構、技術措施、軟硬件平臺、技術服務和維護相應能力等方面綜合考慮,確保系統較高的性能的同時,滿足系統穩定性的要求。如:在網絡環境下多用戶并發操作中,滿足較高的穩定性和響應速度,綜合考慮確保系統應用中最低的故障率,確保系統的良好運行。

          2.3. 可擴展性原則

          系統設計時遵循最經濟的原則,力爭實現“擴展性很強,且在擴容升級時浪費最少”。結合系統的結構特性,充分考慮系統用戶組織結構的業務特點,需構建標準化的能耗管理機制和系統業務處理流程;系統應充分考慮到升級、擴展以及與其它應用系統的接口能力;并提供標準的設計方案、開發者平臺及API接口。

          2.4. 維護性原則

          能源管理系統應充分考慮了運行過程中的“簡單易行,且具備良好的實施預防型和糾正型維護”功能。所有測點、結構模型、數據修改等都有可以實現實施層面的配置。另外,系統還應設置“自監測功能”,能夠實現對系統自身包括對故障的檢測、診斷、修復以及系統重新進行初始化等功能,方便后期系統的維護。

          3. 部署架構

          平臺主要分為設備層、網絡層和管理層三部分。

          3.1. 管理層

          本層由云服務器、操作員工作站、打印機、監控大屏等組成。Web終端用戶包括能耗管理人員-使用該系統進行能源的分析和管控;用能用戶-對自身的用能情況進行查詢;企業管理人員-瀏覽相關報表,提供決策支持。

          3.2. 網絡層

          本層以交換機、通訊管理機、防火墻及相關網絡線路組成。根據不同的校園網絡情況,對其不足支出進行有效補充,最大限度的滿足系統數據采集和傳輸的要求。根據校園的面積及對網絡通訊質量的要求,做出相應調整,如主干通訊網絡鋪設光纖等。

          通訊管理機為我司自主研發,已經在多個大型項目中應用,具有技術成熟、運行穩定的特點。根據現場情況,各儀表及傳感裝置通過現場總線,與通訊管理機進行數據的交互,然后由通訊管理機通過IP網絡實現與主站系統的數據交互。

          3.3. 設備層

          設備層主要由水表、電表、壓力傳感器、熱量表、流量計、溫濕度傳感器,以及各三方系統等組成。三方系統包含但不限于:加壓泵站自控系統、空調監控、智能照明系統、視頻監控系統等。根據現場情況,各儀表及傳感裝置通過現場總線、無線(Lora)的方式,與數通訊管理機進行數據的交互,然后數據采集器通過校園網絡實現與主站的數據傳輸功能;三方系統通過總線或者TCP/IP(數據接口:OPC、BACNet、MQQT等等)與主站進行通訊。

          4. 高校能管系統軟件設計要素

          4.1. 自上向下的能耗分析

          北京廣元科技能源管理系統的底層為數據采集點(即:水表、電表、壓力傳感器等監測點),測點之上是數據展示模型,也是系統用戶進行能耗管理工作的“邏輯對象”。系統以頂層管理、決策為目標,對能源管理系統進行頂層設計,逐層向下分解,直至底層重點用設備。各維度包含:

          ? 用能單位級:高校整體;

          ? 次級用能單位級:圖書館、教學樓、學生公寓、餐廳、體育設施、功能建筑等等;

          ? 用能單元級:根據計量表安裝精細度,用能統計至各樓或用戶;

          ? 重點用能設備或工藝:直接用能生產設備,作為生產環節中用能消耗主要對象,如泵、鍋爐、電梯等等。

          4.2. 四維能耗分析

          系統支持多個維度數據統計和分析,能源管理系統的各項數據是通過“統計腳本”來實現的。這些統計腳本可以對使用者開放,允許用戶自行修改、增加、和引用;腳本可以實現系統熱部署,即添加完腳本后,不需要停止系統就可以部署到系統內。

          ? 從能源介質維度統計分析:以各種能源介質的供給、轉換、傳輸、利用、放散和回收維度開發能流圖、形成能源消耗業務報表,實現能源監視、統計和分析。

          ? 從用能單位維度統計分析:以用能單位生產過程所使用的各種能源消耗形成能源監視潮流圖、計量統計表和管理分析圖表實現能源管控。

          ? 從能源用途維度統計分析:以電(用途分項包含:照明插座、空調、動力、特殊用電)、水(用途分項:生活熱水/冷水、消防用水、綠化用水、景觀水等)的不同用能,多維度統計能源使用狀況、評價各項能源需求在總能耗的占比關系、為高校用能結構優化提供決策支撐。

          ? 從重點用能設備或工藝能源統計分析:以不同的重點用能設備或重點用能工藝多維度統計能源使用狀況、評價各項能源需求在總能耗的占比關系、為節能技改和管理優化提供數據支持。

          4.3. 系統標準化

          制定系統命名規范及標準,為高校能管系統建設統一、標準化管理奠定基礎。按國家工信部數據編碼統一導則標準化命名。

          4.4. 知識庫建設

          專家庫的數據能夠為系統內的統計分析模塊引用,并為越限告警、專家診斷、用能/設備綜合報告等等功能提供數據依據。在多年的能源管理項目建設和維護的工作中,北京廣元積累了大量的專業數據,包含但不限于以下內容:

          (1)企業能耗管理制度:公司的能耗管理組織架構和崗位職責說明。

          (2)國家政策:《國家“十三五”節能減排綜合工作方案》、《關于加強國家機關辦公建筑和大型公共建筑節能管理的實施意見》、《高等學校校園建筑節能監管系統建設技術導則》...

          (3)國家/行業/企業指標,指標類型包含以下內容:

          ?反映總體指標:反映整體能源利用狀況和水平的指標。如:單位面積能耗、單位人能耗等;

          ?反應過程的指標:反映主要工藝流程,能源利用狀況和水平的指標,如:工藝能耗、主要工序能耗等;

          ?反應設備的指標:反映設備效率和利用效率的指標,如:設備效率,設備運行效率等;

          (4)設備維護維修檢查診斷:

          將日常系統運維、用能分析時積累的技術、方法、措施等等形成知識庫,已備進行數據挖掘和技術指導。目前經過項目積累生成的診斷策略共計3000多項。

          4.5. 系統對象化、模塊化

          對系統歸類出來的對象類進行建模,然后對添加到系統中的業務對象進行批量快速配置,提高系統的實施效率,簡化應用操作,提高系統處理效率,并應提供系統的自適應性,即系統增加、修改、刪除對象,自由配置監測參數項,使系統實現非代碼級的自動配置。

          4.6. 用能結構可配置

          系統計算模型是動態的,可完全隨用能結構配置的改變而改變,從而使系統可以適配各種復雜的統計運算,運用用能結構配置方式處理能源計量節點的統計業務,可以大大提高系統的自適應性、可維護性。北京廣元能源管理系統的各項數據是通過“統計腳本”來實現的。這些統計腳本可以對使用者開放,允許用戶自行修改、增加、和引用;腳本可以實現系統熱部署,即添加完腳本后,不需要停止系統就可以部署到系統內。產品已經積累了230個統計腳本,約1850余個數據項。


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