安科瑞 华楠
摘要：结合深圳南方科技大学能效系统工程设计实例，针对校园中电耗、热量消耗、冷量消耗及水资源消耗数据的采集、传输、分析管理系统，分析了系统中的水、电、气在高校中的能耗分布，并阐述了节能应用方案，可为其他节能减排项目的设计提供参考。
关键词：能源管理系统；水电量；网络结构；解决方案
0 引言
随着社会进步和经济发展，能量消耗高速增长，传统粗放型管理模式已无法满足当今社会的进步，节能降耗面临严峻的考验。我国的能源消耗已达到全球的20% ,超过美国，能效减排压力迫在眉睫。我国高校的建设质量标准不断提高和高校建设速度的高速发展，导致高校建筑能耗成倍增长，其各项指标远高于普通商业建筑。
本文主要针对校园中电耗、燃料消耗、热量消耗、冷量消耗及水资源消耗数据的釆集、传输、分析管理系统展开介绍。随着社会对节能降耗认识的不断深化,绿色环保高校已经成为高校建设和发展的新理念。
1 高校系统应用
1.1系统概述
能源管理系统（energy management system, EMS）是计算机辅助系统，用来监视、控制以及优化能源的转换、使用与回收，提高能源利用效率。1985年，能源管理系统已应用于宝钢钢铁总厂，其后，在钢铁、石油化工、电力等行业中都有应用，但在造纸行业尚未形成完善的针对能源管理与节能减排的管控一体化系统。
建筑能耗监测系统应用智能化集成系统技术，对校园内的电能消耗、水资源消耗（包括冷水和热水）等能源信息予以采集、显示、分析、处理、维护及优化管理，园综合能耗信息的集中管理。系统通过资源整合形成具有实时性、全局性和综合性的能源利用状况及效率信息，向用户提供校园能源利用状况报告,并辅助能源管理人员制定适合的能源运行、管理策略，实现“管理节能”和“绿色用能”，最终某大学成为国内乃至国际先进的绿色校园。其系统平台示意图如图1所示。
图1某大学建筑能耗监测系统平台示意图
该案例在图书馆信息中心设计一个系统后台,系统服务器设置在图书馆网络汇聚中心，系统工作站设置在图书馆消防监控中心。校园内按照各区域能源消耗的种类及用途，设置了电量釆集点1227个（其中不包含中低压配电系统的电参数采集点），低压配电系统釆集釆集点650个，冷水用量采集点1221个，热水用量釆集点1214个。前端能耗釆集装置通过RS485总线与设置在各区域的通信管理机连接，将各区域的能耗数据汇集在通信管理机中。各区域的通信管理机通过校园控制网与系统服务器通信,实现系统后台对校园内各类分项能耗的分布采集、集中管理、资源和信息共享。
该系统采用三层架构,三层结构部署,分别为数据接口层、数据整合层和数据应用汇总层。数据接口层设备主要包括多功能电力监控仪、三相智能数显仪表、多功能电能表、远传水表（冷、热） 等，如图2所示。
图2系统架构图
1.2 能耗分项计量
按照《国家机关办公建筑和大型公共建筑分项能耗数据采集技术导则》和《高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则》的要求，并根据某大学的实际情况，能源计量的类型包括电量和水量(包含冷热水)、燃气量、冷量。
1.2.1 分区域
某大学区域共分为八大区域，分别为公共教学楼、风雨操场及食堂、检测中心、科研楼、行政楼、信息中心及图书馆、教师公寓、学生书院及院士楼、校医院。
1.2.2 能耗类型
每个区域有电量和水量(包含冷、热水)、燃气量、空调冷量。其中电量在总能量消耗中最大，电量消耗的类型也分照明用电、空调用电、动力用电、特殊用电等。
校园建筑分类能耗中电耗比例大，是校园建筑节能监管的重点，因此建筑用能设备的分项能耗主要针对电耗部分，按用电系统分类将电量分为以下4项实施分项电耗数据采集。
（1）照明插座用电。
（2）空调用电。
（3）动力用电。
（4）特殊用电。
特殊区域用电是不属于建筑物常规功能的用电设备的用电，特殊用电的特点是能耗密度高、占总电耗比重大的用电设施及设备。特殊用电设施一般包括信息中心、厨房餐厅、游泳池、实验室或其他特殊用电设施。
1.3 能耗系统特点
能耗系统是由相关部门根据学校或机关节能管理工作的需要，按统一规定的方式自底层至上级 提供相关能耗统计资料的统筹工作。能耗监测软件是校园节能监管系统的核心，能充分反映校园能源管理需求，符合国家相关建筑节能统计、审计及监管技术要求。平台构筑也符合校园节能监管内容及要求的数据库；具备能耗数据实时监测、图表显示、自动统计、节能分析、数据存储、报表管理、指标比对、数据上传等功能。流程如下:能耗历史采集、能耗预算分析、节能目标设定、能耗评估。
系统具有以下特点：
（1）实用性。系统支持基于Internet的远程浏览,不同部门可在校内不同的地点同时査看所需信息、运行状态监视、趋势分析等，并提供相应数据报表，方便管理。
（2）高度集成。系统通信管理机可以接入支持Modbus, BACnet等通信协议的各类计量表。系统网络构架一体化设计，可使用标准OPC或ODBC接口与第三方系统无缝对接，无需额外网关和数据转换带来的实时性损失,减少网络设备的重复敷设和降低维保成本。
（3）可靠性。系统基于互联网技术、B/S软件架构，并釆用企业级关系型数据库进行数据管理,具有很强的可靠性。
（4）安全性。系统釆用与工作主机储存方式进行双机热备，使数据安全可靠。
（5）远程管理维护。系统基于以太网进行数据传输，将大大减少系统实施难度，并且系统的维护和扩展非常方便；可提供远程能源托管和数据维护服务。
（6）能耗评估。客户确定投入和实施节能计划的决策依据。通过对目前世界上最先进的综合能耗仿真软件包的应用研究和二次开发,提供准确的设计和运行能耗数据,为客户节能降耗提供依据。
2 安科瑞能源管理系统介绍
2.1系统架构介绍
Acrel-5000建筑能耗分析管理系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，根据现场实际情况采用现场总线、光纤环网或无线通讯中的一种或多种结合的组网方式，为大型公共建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测设备构成任意复杂的监控系统。开放性、网络化、单元化、组态化的采用面向对象的分层、分级、分布式智能一体建立如下层次结构：
图 3 安科瑞Acrel-5000能源管理系统架构示意图
2.2 系统功能介绍
图4 安科瑞Acrel-5000能源管理系统用能统计示意图
2.2.1支路用能
系统可以统计各支路某段时间内逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。系统可查看各支路用能趋势，可根据已有的日期或者自定义时间进行查询，并可以将支路用能显示合计，以图表形式显示。
2.2.2分项能耗统计
系统可以按照分项进行能耗统计与显示。其中，日分项用能同比分析图显示不同分项的当日与昨日能耗柱状图；用能饼图显示各分项过去31天的用能占比；堆积图显示各分项过去31天的能耗趋势；分项用能排名图显示被选中分项对应能耗值排名前10位的支路。
2.2.3分项用能报表
系统可以统计各分项某段时间内逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。可查看分项中各支路用能趋势，可根据已有的日期或者自定义时间进行查询，统计数据可导出至Excel。
2.2.4能耗的同比环比分析
系统可将各主要耗能设备的能耗与去年同期值和上月值进行同比环比分析，检验节能效果，根据分析结果执行节能绩效考核，以及节能目标的修正。统计各支路当年每月用能及去年同期用能。
2.2.5用能数据检查
系统可以统计某段时间内各回路与下级支路的用能差值，超过一定百分比后醒目显示，确保计量体系的完整性、准确性。
2.3系统设备选型
| 应用场合 | 型号 | 功能 |
| 照明箱 | DTSD1352 | 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3*1（6）A，直接接入3*10（80）A,有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 |
| 动力柜 | ACR220EL | LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、S、PF、F）；四象限电能计量RS485/Modbus可选复费率电能统计；4DI+2DO |
| 高压重要回路 或低压进线柜 | APM810 | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月峰值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种警示类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示 |
| 给水管道 | 水表 | 计量流经给管道用水的体积总量，适用于单向流水，采集电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据 |
表1 安科瑞Acrel-5000能源管理系统设备选型表
3 结束语
能耗系统建设目标如下：
（1）实现能耗波动幅度跟踪,实现能耗的准确预测。
（2）实现能耗监测、自动警示,避免不合理能耗。
（3）实现能耗、能效标准化管理，形成具有推广性的标准规范。
（4）实现能耗量化分析、能耗管理流程化和精细化管理。
（5）节能效果评估，实现对节能改造措施的全面管理。
通过实现这些目标，使高校实现“十二五”的 节能目标，保证高校节能目标设定的科学性和受 控性,从预算环节就将节能目标纳入高校管理流 程,并进行动态管理模式，对节能减排目标以年、 季度、月为周期进行分析、调整、控制和评估。
【参考文献】
[1] 住房和城乡建设部建筑与科学技术，教育部发展规划司.高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则[G].
[2] 谷屹岩，袁文胜.浅谈能源管理系统在高校中的应用方案[J].2013年年会专刊.
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.
