上海海事大学校园节能监管平台技术方案.docx
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上海海事大学校园节能监管平台技术方案
上海海事大学
校园节能监管系统设计方案
2018-09-19
1.概述
上海海事大学位于上海浦东新区海港大道1550号，是一所以航运、物流、海洋学科为特色，具有工、管、经、法、文、理、艺等学科门类的多科性大学。
本项目是在现有校园能耗监测系统的基础上进行全面升级改造，逐步建立校园节能监管平台，本平台以能源管理和节约控制为主要目的，并辅以房产管理和耗能设施设备的资产管理功能。
当今能源问题已经成为我们生活中普遍关注的问题，一直以来，公用建筑是能源消耗的大户，对于我们这个发展中国家而言，显然是急需解决的一个问题。
随着《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》（国发[2007]15号）精神的不断贯彻落实，以及根据《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》（建科[2007]245号）的发布，中国建筑节能的趋势已经越来越明显。
“节能降耗，数据先行”，建筑物内的大量的能耗与设备数据是建筑节能的基础。
只有收集了详尽的工程相关能耗数据，才能有效地对建筑物的能效进行全面综合的分析。
通过建立能耗模型，监控能耗设备运行状态，优化设备配置，达到节能降耗的目的。
因此，如何有效的收集建筑物、建筑群的能耗数据并有效地组织分析数据使之为建筑节能服务，成为首要问题。
上海海事大学校园节能监管平台在设计中运用了各种生态节能技术，为高效利用各种能源，实现节能最大化，有必要将绿色建筑技术、新能源技术纳入一个综合能源管理平台中统一管理，实现资源的合理调配，提高能源管理水平，并为各种节能技术的后评估和建设部绿色建筑运行标识、绿色建筑示范工程评审提供数据支撑，使上海海事大学校园节能监管平台成为环境友好型的绿色建筑。
系统应能够对各用能系统和可再生能源及资源回用系统实施信息采集、显示、分析、处理及优化管理，应用信息通信和计算机网络技术，通过能源数据采集器对电、水、能量等各类能源数据，不仅通过管理平台实现数据的存储、检索、显示、管理，而且通过展示平台对项目中运用的技术及能源系统特点运用多媒体手段在大屏幕上生动形象展示节实时和统计分析的节能环保数据，扩大各种生态节能技术的影响和公众对其的认知度。
系统应实现以下功能：
Ø实时监测建筑用能，确切掌握用能总量及动态变化；
Ø通过数据分析和诊断指导合理用能；
Ø通过对系统和设备的能效分析，协助管理方建立节能长效机制；
Ø协调各种节能策略，实现运行过程的节能；
Ø对采用的节能技术进行后评估；
Ø为绿色建筑星级运行评审提供数据依据；
Ø与大型公共建筑节能监管平台实现无缝连接；
Ø节能减排实时数据生动形象的宣传展示。
2.项目设计目标
2.1设计目标
据中国建筑协会智能建筑专业委员会与建设部科技委智能建筑技术开发推广中心主编的《建筑节能智能化技术指导》的指导思想，上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的设计目标为：
将整个校园现有能耗监控系统和将增加的能耗监测系统集中在同一个能耗监控平台。
1、在工程内建立建筑能耗数据中心，所有被监测建筑的能耗数据统一传输至该中心，建立整体工程数据模型，实现统一信息资源层次体系、统一数据元素标准和统一信息编码。
通过对数据的规范化定义，实现数据的唯一性、准确性、完整性、规范性和时效性，实现数据的共享共用，解决数据层面的信息孤岛问题；
2、对工程数据进行数据存储管理的集中优化整合，对现有各类应用系统的数据库进行集中整合，对相关应用系统数据库进行迁移，将现有分散管理的数据库迁移到集中的数据库管理系统平台上；
3、建立数据仓库，为管理决策层提供有效的能效数据服务；
4、实现联机分析处理，为用户提供灵活自由的数据查询和报表生成手段；通过对数据的分析和挖掘，对工程使用中的能耗问题提供辅助决策支持；
5、制定信息资源的建设和管理标准，规范各个功能系统的建设；
6、数据传送严格遵循《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书》中的数据中心及建筑信息的XML文件及其Schema规范。
2.2设计原则
本系统设计本着高起点、高标准的原则，从设计之初即将系统定位在平台型信息管理系统之上，瞄准目前国际领先的信息集成方法和软件技术，从技术领先性、扩展性和开放性等诸多方面保持与国际水平同步，同时保证产品平台的后续开发在一个高水平上进行。
本系统设计为整个信息系统平台的概念设计，将从系统架构的角度描述系统所需具备的组件、技术、应用模块和各种相关概念。
上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统在架构设计与建设时，遵循了如下的指导原则：
序号
原则
描述
1
模块化设计的原则
模块化设计指的是系统中各个模块的功能和相互之间相对独立，这样可以大大加强了系统的稳定性和可维护性，在设计中，根据项目需求和平台化的基本原则，各组件之间通过公共接口交互，系统的局部改动将不会影响整体，由此企业可以根据发展的需要，随时替换旧有的组件以满足工作的需要。
2
面向服务架构SOA的理念
上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的建设遵循SOA的架构理念，平台架构为面向服务的架构系统在设计中，主要的数据和信息操作均通过各种服务完成，外部系统和服务器之间的数据传递均基于WebService，这样提高了系统互通的能力，同时为系统提供了方便。
3
设计开放性原则
上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统作为支撑节能服务的基础运行环境，其设计和建设必须坚持开放的原则，必须符合当前开放的标准和接口，以便系统今后可以进行灵活的扩展。
保证系统平台的开放和标准是上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的重要特性之一。
4
业务驱动原则
上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的构建必须以业务发展、需求为导向，必须能够满足、支持业务的需要。
应以业务驱动为原动力，同时能够根据业务的发展而进行动态、灵活的调整。
5
标准统一原则
整体架构必须遵从标准统一的原则,系统应遵循架构统一原则，遵守统一的技术规范、标准接口和设备选型标准，避免造成系统资源过于庞杂，难以管理，难以共享。
6
IT资产重用原则
上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的构建应遵循IT资产重用的原则，上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统建成后，应用系统的开发和部署都要按照上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的相关技术规范要求部署在平台上，最大化的重用IT资产，对上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的设计必须保证各应用系统能最大限度重用上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的资源，除非有特殊的要求，可作一些适当的扩展或变更。
7
分层架构的原则
上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的设计要采取分层架构的原则，层次设置必须科学合理，符合SOA思想并易于部署和管理，各层次之间应符合松耦合的原则，某个层配置的改变不能影响其他层的使用，每个具体的应用可被分成多个层次，部署在系统支持平台的相关层上，便于配置和管理。
8
设计标准化原则
上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的设计及其实施将按照国家和地方的有关标准进行，所选用的系统，设备，产品和软件符合工业标准或主流模式，支持多种协议可以连接不同的厂商设备和网络。
对于可以提供OPCSever协议的，我们可以用OPCCliene进行数据传输；同时不能提供的OPC协议，我们可以根据设备厂家提供的独立协议通过规约适配器进行转换。
9
设计先进性原则
系统使用先进的计算机技术、网络通讯技术和数据库技术，建立一个可扩展的上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统，并利用其优越的技术性能实现节能服务的要求。
考虑到电子信息及软件技术的迅速发展，能源监控系统设计在技术上将适当超前，所采用的设备产品和软件不仅成熟而且能代表当今世界的技术水平。
10
高效性与成熟性原则
利用网络提供传输速率，及时高效地传输实时数据，快速响应。
上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统已经在数个工程中使用，有成功的使用案例。
11
实用性与经济性原则
上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统必须以业主需求分析着手，并以得到业主认可的需求为目标来开展工作，保证满足目前存在的各种需要。
在保证平台先进性的同时，以提高服务效率，节省人力和各种资源为目标进行设计，充分考虑系统的实用和效益，争取获得最大的投资回报率。
12
安全性与可靠性原则
安全和可靠是对上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的基本要求，应当建立一套统一的安全基础设施，通过对请求者进行身份验证和对其授予服务访问权、基于基本信任模型跨Web服务请求传播安全上下文、审核重要事件，以及有效地保护数据和内容。
13
服务便利性原则
系统在使用和操作上能为上海海事大学校园节能监管平台建筑能源管理系统的拥有者，管理者及其客户提供最有效的信息服务。
2.3设计依据
该系统实施所涉及的技术标准和规范，产品标准和规范及工程标准规范包括如下：
✓《智能建筑工程质量验收规范》（GB50339-2003）
✓《建筑电气安装工程施工质量验收规范》（GB50045-95）（2005年版）
✓《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
✓《公共建筑节能设计标准》DGJ08-107-2004
✓《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统技术导则》
✓《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书、结构文档》
✓《公共建筑节能工程智能化技术规程》（DG/TJ08-2040-2008）
✓《智能建筑设计标准》（GBT50314-2006）
✓《绿色建筑评价标准》（GBT50378－2006）
✓《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）
✓《交流采样远动终端通用技术条件》DL/T630-1997
✓《电测量仪表装置设计技术条例》DJ9-1987
✓《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》GB/T13730-1992
✓《静电放电抗扰度试验》GB/T17626.2
✓《电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》GB/T17626.4
✓《电力系统实时数据通信应用层协议》DL476-92
✓《远动设备及系统接口（电气特性）》GB/T16435.1-1996
✓《远动设备及系统传输规约》IEC-870-5-101
✓《电力系统中传输电能脉冲计量配套标准》IEC-870-5-102
✓《电测量及电能计量装置设计技术规程》SDJ9-1999
✓《电子测量仪器质量检测规则》GB/T6593-1996
✓《民用建筑能效测评标识及导则》
✓2005年10月《绿色建筑技术导则》
✓国办发2004第30号《国务院办公厅关于开展资源节约活动的通知》
✓《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》
✓《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》
✓《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统工程分项计量设计安装技术导则》
✓《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统数据中心建设与维护技术导则》
✓《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设、验收与运行管理规范》
✓《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书》
✓其它业主提供的有关资料
本系统的开发将依托于目前最新的开发手段，开发中用到的技术基于如下一些基本原则。
✓系统整体开发建立在微软最新的.NET3.5平台上
✓系统开发环境为VisualStudio2008
✓系统服务和系统组态环境的编程采用C#
✓系统的数据库操作采用C#调用存储过程共同完成
✓系统数据库采用SQLServer2005
✓系统网络连接和对外部系统信息交互采用WebService为标准模式
✓通过Internet/Intranet联接中央信息管理层、区域监控管理层、现场信息采集与控制层的三层网络结构；集成系统应建立和运行在相对独立的以太网络环境中，以保证系统的安全和流量的稳定
✓建立智能化集成系统，支持安全授权、身份认证、分级管理
随着节能需求的日益紧迫，本着将上海海事大学校园节能监管平台建设成为“网络化、数字化、智能化”的绿色数字建筑，系统可以通过各类平台接口技术、利用网络（Internet/Intranet）收集建筑工程运行的各个参数，建立的统一数据库，提供远程技术支持的数据管理平台。
系统以大容量历史数据库为基础，配合优化的查询和分析引擎，能够为各种分析工具提供快速可靠的数据服务。
2.4需求分析
考虑到上海海事大学校园节能监管平台的高端定位，在项目设计中运用了各种节能技术，为了实现统一监控节能最大化，有必要将各种绿色建筑技术、配套控制系统纳入一个综合监控平台中统一管理，实现资源调配的合理化、控制逻辑明晰化。
希望通过这些技术的集成应用，发挥各项生态技术的互补功能。
具体如下：
1）系统应以倡导建筑节能和创造绿色建筑为首要技术主题。
2）系统应以合理、可行、完整的各用能系统基本运行为基础条件，做好对各类机电设备运行实施节能监控及优化管理的后续智能化技术配接，以符合国家对公共建筑节能工程的整体要求。
3）系统配置，应根据公共建筑的使用功能、建筑规模、用能特征及运行管理方式等状况，采取高效节能的智能化技术措施，以实现建筑物有效降低能耗前提下能源经济使用效率的更大化。
4）系统应对各用能系统实施信息采集、显示、分析、处理、维护及优化管理，具有实时性、全局性、系统性和制约性的能效综合智能管理功能。
5）系统应综合各用能系统的可测控性、节能指标、能源使用方式与耗能成本的经济性。
6）应具有可靠性、易维护性和可扩展性。
7）满足《绿色建筑评价标准》公共建筑一般项的要求。
3.工程现状
3.1学校能源现状
学校目前有2路进线，设备3个开关站，13个室内变电所，3个室外箱变，总装机容量为47290KVA。
学校水管网供水方式，采用市政管道直供辅以学院变频恒压加压二次供水，校园有3处进水，管径均为DN200。
3.2学校能耗监控现状
学校已有一套电表集中抄表系统，对校园建筑用电进行一级计量。
集中抄表系统包括所有变电所低压出线回路电表179块，办公及行政楼宇空调回路电表1657块。
学校已有一套水集抄系统实现对学校用水计量。
前端数据采集方式采用的是脉冲直读式水表，采用无线传输，定时读取数据。
3.2学校耗能设备总表
序号
设备名称
规模描述
分布范围
1
中央空调
6台主机
图书馆4台、体育馆2台
2
VRV空调（大金、美的）
147台
商船学院、食堂、图书馆、行政楼、科研楼、公共教学楼、体育馆、自动化机舱、灯塔展览馆
3
屋顶空调（易龙）
17台
各二级学院、行政楼128报告厅、学生服务中心、大礼堂
4
分体式空调
2080台
除学生公寓外的其他楼宇
2200台
学生公寓
5
精密空调
3台
图书馆网络中心机房
6
电梯
51台
全校
7
水泵
114台
6座生活水泵房、人防地下室、校医院变电站排污泵
8
高喷
1台
C港75KW
9
锅炉
4台
体育馆2台、浴室2台
10
太阳能系统
1141组
1-7、21-26、56-61号学生公寓
11
空气源热泵
75台
1-7、21-26、56-61号学生公寓、游泳馆
12
室外照明
145.84KW
全校路灯、景观照明
3.3工程需求
3.3.1建筑信息管理
在原校园感知平台的GIS地图上进行完善，节能监管平台需要集成该地图平台，以3D校园地图为首页，对学校每栋建筑的部分能耗参数进行显示，并在此基础上将每栋建筑的面积、层数、平面图、房屋布局等件数信息展示出来，并可为以后计量到户的可视化界面做好基础。
实现耗能设施设备档案管理。
可针对各栋建筑编辑相应的设施设备清单及相关图纸，具备统计、报表打印、超能耗报警、对比曲线等功能。
3.3.2能耗监测与统计分析
实现对学校已有水、电计量远程集抄的系统集成，在本平台上上综合展示和分析处理数据，具有实时查询、统计和报表分析功能；
实现天然气手动数据录入功能；
实现水、电管线地图的显示、跑冒滴漏监测。
节能监管平台实现校园水、电的分类总计量，对楼宇重点部位实现用电的分项计量、监测，并实现向市、教委等上一级能耗监测数据中心上传。
3.3.3设施、设备监控
实现重点建筑楼宇的主配电柜进线实现用电计量及监测用电负荷、最大负荷出现的时间点、各项电能质量（电压、功率因数等）信息，并将建筑楼层配电图纸完善绘制完成，并在节能监管平台内展示。
变电所参数监测与管理系统，实现16个变电所的视频监控，实现变压器负载率监测，电能质量等参数监测，各楼宇用电总计、部分楼宇用电分项计量。
实现梳理并绘制各栋楼宇配电系统图纸，对进入单体的各主要配电柜的负载情况进行实时监测。
空调节能监控系统实现对分体空调、中央空调、VRV空调的监控。
分体空调实现与易奕公司安装的分体空调电控模块对接、实现与联宏公司安装的教室空调系统对接；中央空调实现与大冲公司安装的图书馆BA系统对接；对VRV空调实现对行政楼、图书馆空调的室外主机远程监控系统，实现远程实时开关、定时开关、故障报警、能耗计量、数据分析等功能。
实现现有学校太阳能系统的网络监控系统进行对接，采用平台链接原有控制系统的方式实现控制。
实现对现有7个水泵房实时视频和漏水监测。
4.系统网络
4.1能源监控整体架构
能源管理系统的整体构架设计，满足楼宇云管理和云能源消耗汇集体系。
负责数据的采集、设备最佳控制和日程管理功能，简单的数据和报表功能；需要查看能源分析数据和能耗建议，需要登陆服务器，在授权后进行查询。
WEBtalk可放在每栋建筑内或是几栋相临建筑共同使用一台，WEBtalk可实现本地显示可控制操作，并将数据通过TCP/IP机房数据网络传输到总监控平台，实现对整个校园能耗的实时监管。
能源监控管理系统本地架构图
能源管理系统本身的内部架构采用的是分布实施数据库的方式，基于公共互联网或者企业VPN进行信息交换。
在未来的广域体系中，用户可以在网络可达的环境，方便得通过浏览器管理广域的楼宇管理工作。
在广域的楼宇能源中，能源管理系统可以提供对于广域楼宇的一些增值应用，比如不同地方的单位建筑能耗的比较，比如同一地区的公共照明的开启时间的差异，各类机电设备的运行效率横向比较等等。
能源监控管理架构示意图
4.2Escloud云节能中心
上海海事大学共分三个校区，分别是临港校区、民生路校区、东校区，在以后三个校区的能源能耗数据可采用云节能中心方式，将上海海事大学所有能源能耗数据在同一个平台，学校有关领导可以只要具有网络的情况下，随时可以查看能耗数据。
云计算最终客户利用手机、PAD、互联网电视等轻量级终端设备获取云计算中心服务。
在云计算的模式下，客户端无需做复杂的信息处理，只需通过浏览器等UI与后端的云计算中心实现互动，随时、随地、随需获取交通信息等服务。
在平台层，云计算中心、云存储中心和灾备中心将共同构成整个云计算数据中心的基础架构，包含云计算、云存储和云安全的全部内容。
此外，通过云间资源调度管理系统，可以实现云计算数据中心与各类业务之间的互动和协作，由此构建一个完整的云计算平台系统。
云管理中心实现远程运维管理，具有云专家、云施工、云节能、云管理、云数据、云运营等功能。
云中心架构
云能源管理系统示意图
4.3Escloud云数据中心的优势
1、建设云计算中心，实现资源池化、自动化与互助调配；
2、资源池化能动态扩充系统性能，弹性支撑业务；
3、云计算的虚拟化、高可用提供系统容灾能力；
4、统一、高效、可视化的云平台运维，大大提速部署时间；
5、云计算的“IT即服务”理念，使得投入成本、运维成本和收益一目了然；
6、节约项目投资成本，通过简化运维降低长期拥有成本；
7、保证突发事件情况下IT系统仍稳定可靠；
8、保障项目的稳定性可靠，提高“智慧”创新能力，打造专业形象。
4.4Esvision能源管理平台
Esvision能源管理平台实现设备监控平台、能源计量平台、能源分析平台、能源调度平台功能。
设备监控平台：
设备监控系统是节能管理的硬件基础，是实现数据监测和控制调节能耗的基础。
EMS-500楼控自控系统
SeeLight智能照明系统
能源计量平台：
能源计量平台实现对建筑的用电量、用水量、冷热量的监测，对各个空调末端设备的能耗监测。
楼层用电量统计
楼层用水量统计
能耗分析平台：
对机电设备和区域的能耗日、周、月、季、年统计分析，通过对比分析以发现能耗环节。
能耗调度平台：
能源调度平台是节能系统的智能大脑，增加各种节能算法和能源调度管理，实现建筑节能。
4.5WEBtalk数据智能网关
4.5.1WEBtalk智能网关性能
1）Linux操作系统
2）64位双核CPU，500G固态存储器
3）标准数据库
4）集成工业组态图形软件（B/S架构）
5）支持WEBSERVICE数据集成
6）支持PAD、智能手机访问
7）支持GPRS数据访问
8）支持远程3G/4G/光纤数据访问
9）支持MODBUS/METERBUS智能表数据访问
4.5.1WEBtalk智能网关功能
1）每个WEBtalk支持4000块燃气表通讯管理
2）WEBtalk支持20个通讯进程；每个进程支持200台GPRS各种表具；
3）通讯管理机制管理：
（数据访问频率、错误处理、等待时间、重发机制等）
4）定义和解释数据内容
5）数据加密处理；
6）数据报警处理
7）12个月的数据存储
8）工业级数据网关；
9）LINUX内核，资源效率高
10）低功耗，体积小，环境要求低
4.6能源管理平台兼容性
Hysine能源监控管理平台可从各层兼容其它系统，读取所需要的数据。
从上到下分为管理层、集成层、本地采集层。
管理层可通过工业标准接口OPC实现；
集成层可通过国际标准协议BACnet实现，在本层可兼容HONEYWELL-
ALERTON系统、HONEYWELL-WEBS系统、Johnson-METAXIT系统、SIEMENS-APOGEE系统等；
本地采集层可通过标准的MODBUS-RTU协议通讯。
同时本系统也可通过上述协议为对方提供数据通讯接口。
5.系统设计方案
5.1能源计量系统设计方案
分项计量系统应包括电、水、气等全部能源的能耗数据进行采集。
如下图所示。
√热（冷）能计量，对中央空调及其它供热设备进行冷热量的计量。
√空调用电计量，包括冷热站用电、空调末端用电2个子项。
子项分别分项计量。
空调末端
包括全空气机组、新风机组、空调区域的排风机组、风机盘管和分体式空调器等。
√照明用电计量，以建筑、楼层和用途进行分项计量，包括室内照明、公共区域照明和景观
照明，统一进行分项计量。
√动力用电计量，是集中提供各种动力服务的设备用电的计量。
包括电梯用电、水泵用电、
通风机用电，共3个子项。
各子项分别分项计量。
√特殊用电计量，特殊区域用电是指不属于建筑物常规功能的用电设备的耗电量。
5.1.1计量表具的技术要求
电计量技术要求
电子式电能计量装置的选型与设置应符合以下规定：
✓电子式电能计量装置精度等级应不低于1.0级。
✓电子式电能计量装置性能参数应符合《多功能电度表
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