建筑能耗监管平台建设与思考
——以山东农业大学为例

吕宗迎，王 震，杨庆贺，李学军

（山东农业大学，山东泰安 271018）

1 平台总体结构

山东农业大学能耗监控平台主要基于Internet校园网，部分采用无线通信网络（无线433M自组网模块）进行建设，平台整体系统采用B/S架构，充分利用现有的校园网络，尽可能减少线路敷设，通过厂家自行研制、功能强大的RS-485串行总线数据采集器，可靠实现对远传电、水计量表具、物理传感器等进行数据采集传输，借用校园网H3C S5130以太网交换机上传至平台服务器IBM X3650，数据库服务器采用Microsoft SQL Server 9.0及配套客户端组件，采用自行研发的BuildNH_LoadV_2.0管理软件，实现对重点能耗单位、建筑及公共设施的水、电等资源的监控和管理，为学校能源利用提供详备的数据分析和完善的辅助决策,方便管理人员进行节能管理。

2 平台主要内容

平台主要包含建筑用电计量监测系统、建筑用水计量监测系统、平台监控中心3个系统模块，实现数据实时在线监测。图1为能耗监控平台架构。

图1 能耗监控平台架构

2.1 建筑用电计量监测系统

系统结合校区内楼宇分布，通过远程数据釆集器，将学校北校区42栋教学楼的智能电表采集的用电数据实时上传到校园网，通过校园网存储到服务器，实现对学校按建筑或按单位的能耗实时监控和统计，进而分析学校能源损耗情况。图2为建筑用电排名情况。通过图2可以看出，主要用电能耗建筑为学院科研办公建筑，其次为学生宿舍楼和办公楼等。学生宿舍楼因安全原因，禁止大功率电器使用，计量表具有限电功能，因此用电能耗并不突出；而具有科研性质的办公建筑因设备仪器多，部分设备24 h运转，因此呈现能耗偏高。

图2 建筑用电排名情况

图3为6号教学楼建筑用电分时统计情况。通过图3的柱状图可以看出，目前校内6号教学楼建筑当日分时用电情况：早上8点以后，工作人员陆续上班，能耗逐渐增加；8点之前，能耗基本稳定在33 kWh～36 kWh之间，基本可以判断为24 h未停机电气设备的耗电量，这为后期电气设备管理及节能改造提供了依据。

图3 6号教学楼建筑用电分时统计图

2.2 建筑用水计量监测系统

平台参考校区内建筑用水量，通过远程数据釆集器，将教学楼和学生宿舍的智能水表采集的实际用水量数据实时上传到校园网，通过校园网存储到服务器，实现每栋建筑的按用水量分类的实时监控。图4为6号学生公寓建筑用水分日统计情况。观察图4，学生用水能耗呈现量大、平均用水量稳定的特点，每日用水量偏差基本在10%，甚至5%以内。结合公寓学生人数和建筑面积，更具有节能研究和改造的普遍意义，因此，高校学生公寓是能耗监控平台进行节能研究的核心区域。

图4 6号学生公寓建筑用水分日统计图

2.3 平台监控中心

平台监控中心采用3×3的9块49寸超窄边LED背光拼接大屏，分辨率为1920×1080，拼接缝为5.5 mm，配置HDMI/VGA/BNC等信号输入接口，平台控制输入输出选用通用的RS232接口，铺设防静电地板。为保证液晶显示质量，建议采用HDMI控制器，高清信号效果更好。此外设置5人的监控系统操作台，便于人员管理。

3 平台系统功能特点

3.1 实时性

在确保校园正常教学、科研的能源需求的同时，平台每30 min对全校用能情况进行统计，通过校内网web页面实时展现整个校园建筑能耗的数据，使学校能源管理日常运行管理工作趋于图形化、简单化，提高工作效率。

3.2 多功能、可兼容性

能耗监管平台可实现校园用能的年、月、日横向能耗对比，也可实现建筑或单位的动力、照明、三相电或分单位计量统计；可拓展使用带有485总线传输接口，依据modbus-rtu协议或dl/T645-2007规约进行远传的计量表具，目前该平台已经兼容多种电气计量的挂表、导轨表等，如上海顶德、浙江章明、上海人民电气、山东五洲浩特等厂家表具。

3.3 易操作性

管理人员或用能单位，可以通过电脑或手机直接访问校内网站，对每栋建筑或所属单位进行查看用能情况或打印。后期通过系统综合能耗分析，进行远期规划能源公示，建立能耗统计、分类分项计量、能效考核、能源需求管理，节能降耗研究、设计与改（建）造等提供参考数据。

4 平台建设重要节点

4.1 计量表具选取

能耗监控管理平台的基础是计量表具，而平台最需要的功能是数据远传，这就需要带有远传功能的计量表具。目前，市场上的能耗（水电气暖等）计量表具外观主要有普通挂表、导轨智能表、智能电子表、电力监测仪等，市场品种多，复杂多样，各种型号及规格参数等也参差不齐。因此，能耗监控管理平台的建设可以首先结合自身管理需要，选出自己合适的计量表具。本平台设计选用带有RS-485串行总线标准模式，带预付费功能，进行数据存储及远传的计量表具。

4.2 布线形式

采用RS-485串行总线标准进行数据传输，对布线形式要求异常严格。485线路传输总的要求为：总线中所有模块之间采用“手拉手”的方式进行总线连接。结合已建能耗监控管理平台情况来看，布线形式直接影响后期运行和维护，因此十分重要。有时因为平台建设需要，建设时常忽略布线规则，或多或少产生信号反射、强电干扰、线路潮湿氧化腐蚀、信号电压损耗或漂移、接地电阻过大等问题，直接导致采集的数据丢失。

4.3 采集器选取

本平台数据采集器融合了多达12路的-485串行总线标准协议传输接口，以及4路的标准RJ45网线接口、光纤模块接口等，并含有以太网网络交换机的路由功能，8 GB数据空间，提供12/24 V外部直流电源，完全满足平台要求。所有远传计量表具都需要数据采集器采集数据保存并上传校园网络，因此数据采集器的功能应尽可能全面。以本平台为例，首先，采集器应带有强大的网络功能，通过简单设置即可进行数据传输；第二，采集数据需要的通道数量以及数据量存储的能力，采集的通道数量多，平台后期兼容及扩展有保障；第三，强大的数据存储能力，以保证所需要数据的持久性。

4.4 平台中心建设

能耗监控管理平台中心，应配置较大的独立房间，内设平台使用及管理计算机、平台展示大屏幕及监控操作台等基本硬件设施。室内电气线路应尽可能单独布线，零线、地线、防静电等措施完备，避免因静电及接地等电气原因造成设备故障。

5 平台应用前景

能耗监管平台的建设，使学校实现了智慧校园、建筑智能化方向的第一步。将校园内绝大多数的建筑能耗情况，直观地统计出来，借助学校信息化建设，融合校园内的软硬件资源，利用物联网组网等技术，使现有零散的网络集成化、系统化。管理人员通过能耗监控平台，逐步分析校内建筑能耗数据情况，査找用能过程中的差距和损耗，将后勤管理保障工作直观地显示出来，进而及时加强精细化管理，避免因管理或设备老化等原因造成能源及资源损耗。