绿色能效管控系统在高铁站房的运用及展望

周祝华

（中铁建设集团有限公司 北京 100040）

1 引言

我国高速铁路事业不仅在我国飞速发展，而且已经走出国门，得到了全世界人民的认可，但高铁站房作为一个为旅客提供安全搭乘的公共建筑平台，其用电量高达每月数十万度，已成为每个城市的“用电大户”，如何打造绿色站房，在节能减排、提高效率方面进行研究探讨，存在很大潜力。2017年11月，国家颁布《铁路十三五规划》，明确指出推进智能化现代化建设，提升安全监控自动化水平，加强生态文明建设，要求铁路建设及运营要坚持绿色低碳发展，加大节能减排力度、加强能耗管理、推广智能化节能管控、提高能源综合利用率［1］，《绿色铁路客站评价标准》（TB/T 10429—2014）还对铁路旅客车站建设在节能减排等方面做出了更多具体要求和标准。富阳站作为杭黄高铁的其中一个站房，站房能耗较大，加上车站内生产服务部门众多，有客运、公安、安检、保洁、商业及其他生产单位，高效协调管理显得尤为重要。绿色站房能效管控系统通过环境监测、智能配电、智能照明、智能厕所、智能通风、智能空调等几大系统，有效地实现了站房节能减排、可靠控制、高效管理的目标。本文介绍了绿色能效管理控制系统在富阳站的成功运用。

2 综合能效管控系统解决方案

本站房能效管理控制系统主要采用物联网技术，按照协议的约定，通过移动互联网和智能感知等技术手段，以实现对站房能源应用情况进行智能化识别、定位、跟踪、监管，并集监测、监控、管理于一体的动态监控和数字化管理，从而实现对高铁站房的环境监测系统、能耗监测系统、智能照明系统、智能卫生间系统、智能通风空调系统、商户预付费系统、FAS系统进行集中监控，并预留了其他管理系统扩展接口，比如：停车收费管理系统、员工管理考勤系统以及门禁管理系统等［2］。绿色站房能效管控系统通过软件集成和物理集成的方式，将需要监管的弱电子系统集成在一个操作台上，实现集中管理，从而实现“减少人工成本”、“保证运行品质”、“降低运行能耗”的目标。

绿色站房能效管理控制系统的组成，包括末端信息采集设备和设施、信息传感设备、信号转换、处理设备、中央控制主机及软件。其中软件是本系统的核心组成部分，主要功能是收集、整合各种采集到的数据信息，包括：能源消耗数据信息；各商户用水、用电抄表数据；机电设备运行实时电流、电压、三相电不平衡等信息；监测站房内变电所内的温度、湿度、CO2浓度，感知设备间内的气体浓度环境信息等；并提供基于管理需求的数据，进行及时处理和计算分析，包括信息览阅、读取、处理、统计查询、预警、报警、生成报表、报告、定额及指标管理、能源消耗及效益分析功能等［3］。系统主界面如图1所示。本系统能兼容B/S和C/S架构，项目管理人员经过身份认证后，可通过浏览器或客户端调阅站房机电设备运行状态和能耗能效数据，对各项能耗能效数据进行分析以指导站房的节能工作。数据处理和数据对接使用C＃、JAVA等开发语言，采用基于J2EE技术的服务进行数据对接。前端采用基于对象和事件驱动并具有相对安全性的客户端脚本JavaScript语言，确保浏览器具有良好的兼容性，使用当前最优秀的Ajax框架和最新的超文本标记语言HTML5、层叠样式表CSS3技术，确保用户有良好的体验。数据库支持跨操作系统，支持SQL Server 2014及以上版本，并借助其易操作性和友好的界面，保证数据的备份和恢复方便快捷。为了确保数据的稳定和安全，将项目的基础信息、最原始的数据、分项能耗和商户能耗数据等，分别存储于不同的数据库中，为了保证访问的实时性，逐时和逐日能耗进行分开存储。根据本站房的具体情况，能效管理控制系统接入服务能力不少于300个数据计量点，同时考虑在设计上具有良好的可扩展性和可升级能力，将来可扩展接入服务能力不应少于600个数据计量点［4］。

图1 综合能效管控操作系统界面

3 各分系统的监测及控制功能

3.1 环境监测子系统

环境监测是提高管理效率的手段，同时，环境数据既是评价指标，也是管理的基础数据。本系统监测内容包括室外环境数据、室内环境数据及视频巡检数据三部分。其中室外环境数据通过接入气象综合检测仪，可实时显示接入系统的气象综合监测仪参数，包括但不限于：光照强度、空气的湿度、室外温度、风力风向、PM2.5、CO2浓度等参数；室内环境参数气体探测仪，实时监测室内温湿度、照度、PM2.5、CO2、氨气、硫化氢等参数。将环境监测系统接入能效管理控制系统后，在操作界面中任意采集点都可通过点击鼠标，随时查看其环境监测参数的实时数据曲线和历史数据曲线，实现对候车大厅、候车厅、变电所等空间的环境监测，能够对空气质量、温度湿度、亮度等参数及时搜集、展示、分析，为智能化管理站房提供基础数据［5］；同时，其视频系统能够直观观察场景如公共空间、无人值守机房的实际情况，及时掌握现场情况，及时对变电所等重要空间进行“巡检”。视频巡检的操作界面如图2所示。

图2 环境监测管理系统界面

3.2 智能照明子系统

智能照明子系统采用BLE技术构建智能照明系统，做到任意控制每一套灯具，并能根据环境参数、客流分布特点进行智能调光控制。此外，利用每一套灯具的“信息点位”功能构建站内物联网，实现人、资产互联，同时不仅能实现对每一个控制模块的在线状态、离线报警信息，以及通讯网关设备的掉线报警信息等进行实时监测，而且对每一个照明控制回路的开闭状态等皆能进行实时监测（见图3）。

图3 智能照明控制系统界面

用户可通过系统日历对智能照明的运行模式进行排程操作，也可根据用户需求自主选择控制关系：

（1）恒照度控制，充分使用自然光。

（2）结合场景，自动调节区域照度水平。

（3）基于列车时刻表和场所实时光照度，实现照明策略优化和自动控制。站台、通道、出站厅，在无旅客的情况下自动调低照度，并根据保洁、管理等少量人员分布局部调高照度［6］。

（4）利用微波探测技术，分析并呈现客流热力分布图［7］。

（5）利用电子标签，实现资产跟踪。

（6）利用电子标签，实现巡更管理。

（7）利用微波探测技术，实现电子围栏功能，对重点区域的非法入侵的行为及时报警。

（8）对灯具编码，建立维修档案、预先提示维修更换。

（9）实现室内导航。

3.3 能耗监测子系统

能耗监测已算不上“新技术”，其基本方案就是将各重要回路的智能电表接入主控平台，而主控平台兼有分析、监测、展示、控制等功能。能耗监测的发展和突破创新在于对数据价值的挖掘。本系统能按照站房实际管理需求，实现分区域能耗统计。对站房总能耗、分类能耗原始数据进行统计，并实现能源消耗量的折标（标准煤、CO2）计算。可按照用户实际管理需求，灵活配置管理模型，实现分区域、分户能耗统计［8］。不仅可实现对分类和分项能耗进行数据对比和分析，而且也可实现对多个区域能耗趋势进行对比分析和能耗排名分析。使管理人员能直观地了解各区域（如车站）能耗所占比重，重点分析高能耗区域的用能情况。如针对中央空调系统能效实时监测和分析，并针对运行效率低的机组进行主动告警，提醒运维人员及时维护保养。不同管理人员可根据自身管理需要，配置多个私人专属的综合能耗信息展示页面，并可灵活调整各页面中数据展示的位置和大小，确保良好的人机交互效果［9］。操作界面如图4所示。

图4 能耗监测操作界面（一）

本系统除了可以进行能耗统计以外，也可展示配电系统图，实时显示每条支路的全电量参数及开关状态等，各回路电气参数；可根据设计参数，或规范要求，以及用电管理规定，对各用电回路或设备的相关电量参数进行安全限位设置，包括电压不足或过高、电流过大、功率因数偏低、三相电压失衡、不寻常跳闸、设备异常操作等，与安全报警模块联动；可根据用户需求对每一个配电支路的历史数据、历史功率峰值、异常的黑历史数据值进行查询；可针对长明灯、长流水等异常用能情况进行监测和主动告警。操作界面如图5所示。

图5 能耗监测操作界面（二）

3.4 智能卫生间子系统

本系统可根据厕位忙闲情况，引导旅客快速寻找厕位，主要功能如下：

（1）照明灯具控制。厕位、洗手盆及走道位置上方照明灯具可根据本区人流多少，有无人员的情况，经前端感应设备采集信号，通过综合能效管控系统进行自动调节本区域灯具的照度水平，从而达到节能目的。

（2）用水量控制。安装在卫生间隔断内、外的红外线探测器经信号电缆与综合能效管控系统连接，通过识别坑位有无人员、人员入厕状态、人员离开等信号，并将采集信号送入综合能效管控系统，综合能效管控系统的中央处理器对信号进行分析、处理；分析、处理后的信号经综合能效管控系统输出控制端传递至放水控制电磁阀，从而达到控制水流速、水流大小、节水的目的。

（3）空调系统控制。通过安装在本区内的前端探测设备探测本区域内的人员流动情况和实时卫生间有害气体浓度情况，并将探测信号发送至中央处理器，经分析、处理后，向新风系统发出控制信号，进行智能开启或调节新风系统。

（4）可监测香烟浓度并提示报警。

（5）根据厕位占用时间超常，及时提醒乘客或发现乘客异常情况并提示保洁给予帮助。

（6）实时监测卫生间有害气体浓度（如CO2、NH3、H2S 等），建立卫生评价体系［10］。

3.5 智能通风及空调子系统

本系统将FAS系统的电动排烟窗控制系统接入本主控平台，在不影响消防要求的前提下，根据前端信号采集设备对室内、外环境参数的采集，将信号输送入平台，经平台计算、分析、处理，适时开启或关闭电动排烟窗进行自然通风，确保室内空气质量优良，为人们提供一个舒适的候车环境。在消防控制室、变配电室、通信机房等其他机房内，通过监测其内的温度、湿度、CO2浓度，感知设备间内的气体浓度，设置监测环境信息预警值，高于预警值时，充分利用机房内部、外部环境参数差值，通过智能逻辑通风控制系统，实现机房内部、外部冷、热空气直接交换而自然降温，或室内超标气体与室外空气进行置换，并通过与空调机房控制系统进行联动控制，改变空调运行状态，减少空调系统运行时间或频率，实现降低通风空调系统能耗的目的［11］。操作界面如图6所示。

图6 通风、空调系统操作界面（一）

此外，现有的站房机房采用了精密空调系统，原来为达到机柜等局部高热区域降温的目的，便将整个空调系统的温度调到较低；部分机房的空调甚至是长期24 h开启，电能浪费现象非常普遍和严重。目前基本被设置为“强制制冷，25℃”或者是“自动，28℃启动”的工作模式，为优化改善机房散热系统，本系统采用控制功能分散、管理集中、兼顾分而自治和综合协调的原则，采用各种先进技术，如计算机控制技术、系统集成技术、变频调速技术，通过可靠的智能控制技术将各个控制系统在物理上、逻辑上、功能上互相连系在一起，优化控制策略，达到了各系统之间的信息综合、资源共享能力，在计算机平台上实现了集中控制、统一管理，保障空调系统的机电设备在最佳能耗效下运行，从而减少了空调系统的能源浪费，达到了降低能耗成本的目的。操作界面如图7所示。

图7 通风、空调系统操作界面（二）

4 应用展望

目前这套绿色能效管控系统已运行使用并收到了良好的效果，但仍然存在可改进空间。如系统是二维平面无法直观反映现场设备位置及运行信息；系统的高级算法比较少不能满足优质分配和管理站房能源、还存在“最后一公里”障碍等。这些问题随着BIM技术的深入应用，可深化建造一个基于物联网、大数据、云计算技术的全融合绿色智慧能效管控系统，通过BIM的三维监控，打通线下-线上服务，实现立体管控，实现运维管理、报警、能效、应急等一系列站房绿色智慧管控需求。

5 结束语

随着智能化技术的不断发展，建筑的智能程度与覆盖范围正在逐步提升，投资占比逐年增大，智能化系统不再是简单的“弱电”系统，而更为重视智能应用场景。本项目的绿色站房能效管控系统，针对站房能耗大、部门多不便管理的现实问题，结合高铁站房使用规律，充分利用各种子系统的优势，通过自动自主的设施管理，高效准确的数据分析，将站房的结构、系统、服务和管理根据用户的需求进行一系列优化的组合，尽全力为用户提供一个高效、绿色、便利、舒适的人性化建筑空间环境，使得站房成为集现代建筑技术、现代控制技术、现代通讯技术、现代计算机技术之大成的产物，并且减少了人力、物力、时间成本投入。