中小学节能监测管理解决方案.docx
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中小学节能监测管理解决方案
中小学节能监测管理
解
决
方
案
哈尔滨新中新电子股份有限公司
二○一三年五月
中小学节能监测管理解决方案
为了确保校园正常教学、科研的能源需求和实现有效节能，上海市中小学建设校园建筑能源节能监管平台，用以掌握校园建筑能耗的实时数据、对校园各种能源系统进行分布式监控与集中管理。
通过节能监管平台可实现校园用能的实时在线分类、分项、分户监测和计量，自动化节能控制，能耗数据自动采集与存贮、数据统计与分析、数据远程传输、数据显示和打印、数据显示发布等，使上海市中小学的能源管理部门对能源系统进行有效的监控与管理；为校园节能降耗研究、设计与改（建）造提供参考数据；对已实施节能改造的建筑提供节能效果真实数据。
依据上海市中小学节能具体需求，技术文件，按现行施工验收规范、技术操作规程、国家现行质量验评标准、国家法令法规、政府有关文件精神，结合本工程质量标准、采用检查、实测实量等手段，加强关键工序、关键部位进行重点质量控制，特编制本节能监测管理专项解决方案。
一、项目背景
1.1能源形势与校园能耗现状
2011年，全球一次能源消费增长2.5%，与过去十年的平均水平基本持平，非经合组织国家的消费增长了5.3%。
全球一次能源消费的净增长全部来自新兴经济体，仅中国一国就贡献了全球能源消费增量的71%。
由此可见，在世界能源消耗逐年递增的情况下，中国对于能源的需求尤为强烈，占有绝对比例。
全球能源消费趋势（资料来源：
BP世界能源统计年鉴2012）
中国自1998年5月签署并于2002年8月核准了《京都议定书》以来，作为全球最大的发展中国家，已逐步承担起为全人类减排和限排温室气体的责任，这是中国面对致力于世界环境改善赋予自身义务定位的开端。
21世纪，能源紧缺与环境恶化已经成为全球面临的最大问题。
而在我国，持续高速的经济增长成为过去几年中全球经济的最大亮点，但同时也引发了能源供应危机及环境保护的巨大压力。
节能增效已经成为社会经济发展的必然要求，越来越多的中国企业、机构和个人都已投身到节能工作当中。
作为城市能耗的重要组成部分，校园的能源监测管理体系的建立的迫切性与必要性自然首当其冲。
中国校园能耗一直在城市能耗组成中占据重要比例，伴随城市能源消耗的发展，校园能耗数据也在逐年攀升，加之我国校园能耗使用缺乏完善的统计，管理粗放，各校之间能源收费体制差异大，缺乏行之有效的能源监测管理体系，亟待建立一整套能耗监测方案与行政办法。
校园是培养人才的摇篮，通过节能监测体系的建立，培养未来社会主人的节能意识也同样具有深远意义。
1.2国家政策导向
1.2.1节能监管体系的建设符合国家政策导向
2007年10月，中华人民共和国第十届全国人民代表大会常务委员会第三十次会议正式修订通过《中华人民共和国节约能源法》，2008年国家又相继颁布《民用建筑节能条例》和《公共机构节能条例》,这些都为这类产品提供了政策支持。
1.2.2节约型校园建设的规划、设计和建设全面进入操作阶段
2008年4月，建设部出台《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据采集技术导则》等五项导则，用以指导大型公共建筑分项能耗数据采集系统的建设。
国家建设部与国家教育部也于2008年5月共同制定了《高等学校节约型校园建设管理与技术导则》，为节约型校园建设的规划、设计、建设、管理、教育普及等各阶段环节提供管理与技术指导。
1.2.3国家控制能源消耗增长的力度势必会逐年加大
国家法律和相关部委文件和规范的相继颁布和出台，表明国家已充分认识到建设“资源节约型、环境友好型”社会对于国民经济长期可持续发展的重要意义。
同时也表明了国家控制能源消耗增长、提高能源利用效率的决心。
1.2.4节能监管系统符合产业发展趋势，早安装早受益
各学校、教育机构、能耗较大企业、居住集中型社区建立科学有效的节能监管系统显得十分必要，并且目前急需具有示范作用和推广价值的且符合能源监管需求特点的节能监测管理平台，为建设节约型校园、节约型企业、节约型社会提供示范和引导。
二、整体概述
上海市中小学用能系统主要包括变配电系统、空调系统、生活用水供应系统、室内照明系统、排风系统、给排水系统、太阳能系统等，所包括的能源主要为电力和水等资源。
1、监测整体目标和范围
建立针对整个市区教育机构的节能监管中心，监管范围覆盖到整个市区；实现各校园的一级计量；实现各校园的每一栋建筑的总计量即二级计量；重点对校区进行能耗监测及节能改造，包括对各校园的典型建筑、重点能耗建筑实现三级监测，以及部分建筑进行节能控制改造。
覆盖各校园内所有一级计量设备的基础上进行二级设备的监控及采集，二级设备优先保证水电能耗的数据采集。
在条件许可的情况下，完成三级水电表的计量及数据采集，累加各校园原有的抄表系统接入节能监管平台系统，如教学楼抄表系统、办公楼监测到户的表计系统等。
2、实施方案内容
１）校园用电监测：
实现各校园的一级计量；实现各校园的每一栋建筑的总计量即二级计量；对各校园的典型建筑、重点能耗建筑实现三级监测计量。
２）校园用水监测：
在各校园建立水循环监测系统，监测计量各校园的楼栋建筑的用水情况。
３）中央空调与照明系统的节能改造：
对各校园教学楼、图书馆等实行中央空调与照明的节能改造。
保证中央空调、照明与日常教学日历能够实现联动控制。
三、中小学节能监管平台解决方案
3.1总体思路
上海市中小学节约型校园建设总体思路主要包括以下几个方面：
1）以建设节约型校园为目标，引入生态低碳理念和方法，整体提校园园规划建设水平，建立节约型校园规划，建设和管理的标准和评价体系，按照“四节一环保”（节能、节水、节地、节材、环保）的要求，推进节约型校园的建设工作。
2）以全程技术支撑为依托，引入专业化咨询机构，提出包含管理模式改革、硬件设备改造、软件系统建设的综合解决方案，并提供技术支持，推进绿色生态新校区的规划和建设。
3）以水电节能作为切入点，建立全面的能源监控管理体系，逐渐拓展到门禁、场馆、会议、网络、视频监控等资源监控管理领域，打造集能源、资源监控管理于一体的节约型校园监测管理平台。
4）以监管平台建设为手段，摸清现状底数和基数，不断提校园园运行管理水平，坚持监控、管理两手抓，做好能耗统计、审计、公示、监测工作，建立节约型校园监测管理平台：
a）针对教学楼、实验室、食堂、道路等公共区域的节能需求，建设节约型校园监测管理平台，重点满足校级、部门级、院系级的节能监控和管理需求；
b）针对宿舍楼、商铺等商用能源区域的能源监测及收费管理需求，建设节约型校园服务平台，重点满足校内师生及商户的能耗查询、充缴需求；
c）从硬件设备改造、数据中心建设、基础平台建设、应用系统建设、运维体系建设、管理模式改革等层面全方位推进节约型校园建设；
d）与校园卡系统实现身份认证、充值消费的无缝对接，进而实现与数字化校园建设的融合；
e）通过良好的平台框架设计、开放的标准应用程序接口，确保节约型校园监测管理平台、服务平台的健康可持续发展，支撑节约型校园建设的快速推进、兼容并蓄、拓展深化。
3.2基本原则
3.2.1统一规划、分步实施的原则
节约型校园建设的各个环节相互关联，在建设的过程中，有计划、有步骤地实施。
根据学校节能减排建设的通盘考虑，进行统一规划、制定合理的分步实施规划，按照总体规划、试点示范、综合分析、节能改造、深化提高的步骤分阶段进行节约型校园的建设。
3.2.2协调发展的原则
节约型校园建设的各个环节相互依赖，任何一个环节的建设都离不开其它环节。
因此，节约型校园建设规划将根据信息基础设施建设、公共基础平台、应用系统建设、支撑体系建设等内容内在的逻辑关系，制定合理的分步实施规划，以确保各项内容的协调发展。
3.2.3实用发展的原则
节约型校园建设规划从学校的特点和需求出发，做到够用、能用即可，切不可一味地追求大而全，也不可一味地追求技术的先进性。
与此同时，节约型校园建设的技术和应用都是不断发展的，具有一定的不确定性，所以，建设规划必须满足建设过程中的可扩展、可兼容和可转向。
3.3中小学节约型校园建设总体架构
图3-1新中新节能监测管理平台建设总体架构
节约型校园建设规划方案总体架构包括七层，从下到上分别是设备层、数据采集层、数据层、基础平台层、开放接口层、应用系统层、交互层，对应的项目主要包括节能硬件设备改造、数据中心建设、基础平台建设、应用子系统建设、节约型校园管理规范建设。
1.终端设备：
计量表具、传感设备、控制器；
2.采集传输：
智能数据网关（硬件）、数据采集上传系统（软件）；
3.数据中心：
1）数据中心硬件：
服务器、存储系统、管理用PC终端、网络设备；
2）数据中心软件：
操作系统、数据库、节能监测管理平台软件；
4.基础平台：
节能监测管理基础平台是整个节能平台的核心框架，主要负责维护各个应用子系统共用的基础数据及各种基础数据之间的关系；
5.开放接口：
基础平台为应用子系统及第三方厂商开放的标准程序接口；
6.应用服务：
能源管理、服务类应用子系统；
7.前台交互：
后台管理操作界面（管理员），前台服务操作界面（普通用户）。
3.4中小学节能监测管理平台系统拓扑图
图3-2新中新节能监测管理平台系统拓扑图
3.5节能监测管理平台软件设计解决方案
3.5.1节能监测管理基础平台
对平台及各应用子系统所共用的信息进行统一维护和管理，主要包括以下功能模块：
1.用户管理
2.角色权限管理
3.单位基本信息维护
4.部门管理
5.建筑综合信息管理
6.支路管理
7.节点管理
8.设备分类管理
9.信息发布
10.系统日志
3.5.2数据采集上传系统
3.5.2.1数据采集系统
数据采集系统主要负责智能数据网关和节能平台软件之间的衔接，主要功能包括：
1）数据采集：
通过数据网关，采集终端计量表具的能耗计量数据和用能状态数据等；
2）数据整理：
将采集到的能耗数据按照节能平台规定的数据格式进行转换和整理，并存放到计量表具原始数值表中。
3.5.2.2数据拆分服务
数据拆分计算：
将计量表具原始数值表中的数据按照能耗分类分项、部门、建筑、支路等分类，按小时、按日进行拆分计算，便于之后的数据统计分析。
3.5.2.3数据上传系统
数据上传系统可将数据采集系统采集整理后的数据上报到住建部，数据包格式符合住建部颁发的五项建设导则要求标准格式，系统功能包括数据提取、数据打包、数据加密、发起连接、数据发送、数据日志查询等。
3.5.3上海市中小学节能监测管理应用子系统
3.5.3.1能源综合分析系统
经过大量基础能耗数据的积累后，通过能源综合分析系统的综合数据提取与模型化处理，可进一步结合气候变化等因素，实现能源指标的合理度评价、能耗走势的科学预测。
该系统的应用，将为节能管理中长期部署提供专家化的决策支持，为减少碳排放，实现低碳经济和可持续发展提供全面的信息支撑。
能源综合分析系统主要实现以下功能：
1）综合能耗统计分析：
实现按行政区、按单位、按部门、按建筑的能耗总量统计分析、分类分项能耗分析、能耗结构分析、单位土地面积能耗分析、单位建筑面积能耗分析、人均能耗分析、能耗费用统计分析等；
2）综合能耗对比分析：
实现按行政区、按单位、按部门、按建筑的能耗总量对比分析、单位土地面积能耗对比分析、单位建筑面积能耗对比分析、人均能耗对比分析、能耗费用对比分析等；
3）节能效果分析：
实现按行政区、按单位、按部门、按建筑的能耗总量节能效果分析、单位土地面积能耗节能效果分析、单位建筑面积能耗节能效果分析、人均能耗节能效果分析、能耗费用节能效果分析等；
4）综合能耗排名分析：
实现按行政区、按单位、按部门、按建筑的能耗总量排名、单位土地面积能耗排名、单位建筑面积能耗排名、人均能耗排名、能耗费用排名分析等；
5）能源综合分析报告：
根据用户需求自定义自动生成能源综合分析报告。
以上分析模块均实现多维度分析：
1）第一维度：
按行政区、单位、部门、建筑分析；
2）第二维度：
能耗总量分析、分类分项能耗分析、能耗结构分析、单位土地面积能耗分析、单位建筑面积能耗分析、人均能耗分析、能耗费用分析；
3）第三维度：
按年、按月统计分析，同期、环期对比分析；
4）第四维度：
分析内容覆盖全部13大类能耗。
3.5.3.2能源计划指标管理系统
能源计划指标管理系统主要用于为校内各建筑及用能部门分配月度、季度、年度用能计划指标，并以分配的指标作为能耗使用情况超标预警、用能考核及奖惩的依据。
1）能源计划指标分配：
实现按建筑、按部门的能源计划指标分配；
2）能源指标查询管理：
对往期的能源指标完成情况及当期已分配的能源计划指标进行查询和管理；
3）能源指标完成情况：
对比水、电、气、热等各种能源计划指标及实际能耗数据，生成能源指标完成情况分析；
4）能耗数据模拟预测：
根据往期能源计划指标完成情况及增长数据，模拟生成当期及未来能耗指标预测数据，为管理层提供决策支持。
3.5.3.3节约型校园综合评价系统
按照国家住建部发布的《高等学校节约型校园指标体系及考核评价办法》，建立节约型校园建设综合评价管理体系，通过系统量化考核评价指标，满分105分，从节约型校园建设组织及制度建设、节约型校园规划设计、校园建筑节能监管体系建设、校园能耗指标评价、校园资源消耗指标评价、校园节能技术应用、节能型校园文化建设等七个方面综合评价校园节约型校园建设情况。
3.5.3.4.能耗公示系统
能耗水耗公示分为社会公示和校园内部公示两部分。
社会公示时间为每年3-5月份，公示时间不少于20个工作日。
校园内部公示时间为全年公示，公示数据更新每月至少一次。
社会公示内容包括：
1）建筑基本信息：
建筑名称、建筑面积、建筑层高、建筑层数、建筑功能、建成及使用年份、常驻人数、主要用能方式等；
2）能耗水耗指标：
年度总能耗量、年度总水耗量，年度分类能耗量、年度分类水耗量，年度单位面积能耗量、年度单位面积水耗量，年度生均能耗量、年度生均水耗量；
3）节能指标：
年度节能率、年度节水率。
校园公示内容包括：
每月定期公示以部门、建筑为单位的能耗水耗统计分析信息。
3.5.3.5能耗预警管理系统
预警管理系统在节能平台接入的硬件设备发生设备状态异常、用能异常等情况时，自动发送预警信息，主要功能包括：
1）预警规则设置：
预警条件包括电表水表设备状态异常、用电用水超标异常、用能设备（室内照明、路灯、景观灯、空调设备等）开停异常、用水用电能耗账户余额不足等；
2）预警发送渠道：
包括平台站内信、电子邮件、手机短信等；
3）预警信息查询：
对已发送的信息按照预警条件、时间范围、接收人进行查询及管理。
3.5.3.6智能电网监测管理系统
智能电网监测管理系统实现用电的管理和指标执行情况的监督、费用结算、数据统计分析等多项功能，为实现各部门用电的量化管理提供了必备条件。
主要用于为校内各楼宇及用电部门进行电能数据的实时监测和历史数据的分析对比。
智能电网监测管理系统主要实现以下功能：
1）基本信息管理：
包括客户基本信息管理，电表基本信息管理，智能数据网关基本信息管理等；
2）实时监控数据：
电表的配置参数；电表实时运行参数；在系统界面上实时监测每个电表的用电的动态实时数据；可按任何时段查询到各电表每个小时用电数据；
3）历史监测数据：
历史监测数据是指过去一段时间采集到的电表运行数据。
历史数据可保留5年以上（视数据库系统硬盘容量）；
4）需提供可靠的数据三级保存机制：
即电表保存总用电数据、智能数据网关保存5天以上时段用电数据、数据库保存系统全部数据，保障历史监测数据的完整性和安全性；
5）绘制图表：
对单个区域、单个部门、多个部门的组合、复合条件筛选出的组合等按时间条件（按日、按月、按季、按年、按指定的一段时间等）对用电情况分析绘制相应图表；
6）报表管理：
对单个区域、单个部门、多个部门的组合、复合条件筛选出的组合等按时间条件（按日、按月、按季、按年、按指定的一段时间等）同时对多种分析类型生成数据报表；
7）支持单独或批量打印报表，支持报表导出为Word、Excel、PDF等通用格式文件。
3.5.3.7智能供水管网监测管理系统
智能供水管网监测管理系统可实时监测和采集用水管网各部位的积算水量，供控制中心及有关部门分析和决策使用，提高工作效率，保障供水。
智能供水管网监测系统包括三方面的内容：
一是实时记录用水情况；二是按照区域、部门汇总、统计用水信息；三是及时发现供水系统问题。
智能供水管网监测管理系统可实时在线检测水表的累积流量，监控中心通过对采集并实时传输的数据进行自动分析，提供管理决策支持服务。
为故障检修争取时间并最大限度的减少浪费。
提高水资源使用效率，提高用水管理水平，从而实现了给水管理的信息化、现代化。
智能供水管网监测管理系统主要实现以下功能：
1）实时记录用水情况；
2）多样的数据分析、统计图表；
3）及时发现供水系统问题；
4）短信提醒、信息互动；
5）为供水三级计量管理提供技术保障；
6）为管理层提供全方位决策支持。
3.5.3.8网络预付费系统
网络预付费管理系统采用了基于校园网的实时通信与数据采集技术，结合内嵌加密通信协议的智能预付费水电表。
该系统实现了网络化实时操作，实时计量监控，实时售退、实时通断的效果。
为校园学生宿舍用水、用电管理、园区商铺经营户、房屋租赁单位的收费和水电管理提出了更完善的解决方案。
该系统解决了以往IC卡式电表、控电模块、载波通信电表等预付费系统用电管理、卡管理、数据不透明等的诸多问题。
网络预付费管理系统主要实现以下功能：
1）预付费账户管理：
a）预付费账户信息管理：
对用户开户、过户、销户等基本信息管理维护，用户预付费账户冻结、账户恢复；
b）能耗账户管理：
用户预付费账户和能耗账户的绑定、解绑，能耗账户和房间号的绑定、解绑等；
2）预付费充值管理：
a）定期配额管理：
批量基础用能配额下拨；
b）窗口手动充值：
满足保留原有服务窗口人工充值的需求；
c）充值提醒设置：
充值提醒限额阀值、提醒方式的设置；
d）无费、欠费关断设置；
3）预付费流水查询：
a）实时用能状态查询、能耗量查询、能耗余额查询；
b）充值记录查询：
用户向能耗账户预付费充值记录的查询；
c）分配记录查询：
用户通过能耗账户向各种能耗计量表具分配余额的记录查询；
d）消费记录查询：
用户能耗费用消费记录查询；
4）预付费自助充值服务：
a）实时用能状态查询、能耗量查询、能耗余额的网络自助式查询；
b）网络自助式水电预付费充值；
c）充值、消费流水的网络自助式查询；
d）即将欠费时通过手机短信等方式提醒用户及时充值缴费。
3.5.3.9数字地图系统
3D地图能耗监测系统在3D地图基础上提供3D建筑、用能点导航、能耗定位监测、建筑基本信息和能耗信息的分析展示功能，主要功能包括：
1）GIS数据对接：
根据学校实际情况，可选择三种GIS数据对接方式；
a）与学校现有3D校园数字地图对接；
b）在校园实景图基础上增加GIS数据；
c）与第三方3D数字地图对接；
2）建筑能耗定位监测：
在3D地图基础上绘制建筑能耗定位监测点，并增加监测查询功能；
3）用能点导航：
在建筑能耗定位监测点上增加用能点导航功能，对建筑内所有用能点的能耗信息进行监测查询；
4）建筑基本信息及能耗信息分析展示：
在建筑能耗定位监测点上增加建筑基本信息及能耗信息分析展示功能；
a）建筑基本信息：
建筑名称、建筑功能、建筑面积、用能人数等信息；
b）建筑能耗信息分析展示：
与能源综合分析系统对接，对建筑能耗信息进行详细的分析及图表展示。
3.5.4.10室内照明节能监控管理系统
室内照明节能监控管理系统作为节能管理系统的一个基本子系统或者独立运行的一个应用管理系统的硬件执行机构，完成对照明（灯具）的管理控制。
控制器能够检测光照、人体感应等外界信息，通过对应管理软件的设定，自动完成对照明灯具的通断控制，达到节能目的。
按照用户管理和使用的要求，照明控制器分为单体控制器和集中控制器两种。
单体控制器可以独立工作，也可以通过集中控制器管理工作。
集中控制器只负责管理多个单体控制器的工作，本身不能独立控制照明。
主要功能包括：
1）监视照明的手自动，运行状态，控制其启动和停止；
2）根据预设的时间表控制照明的启动和停止；
3）根据光照度控制室外照明的启动和停止；
4）根据时间表对公共通道实现分区、分时控制节约照明灯具的使用时间，节约能耗；
5）根据需要或按照时间表自动组合大楼泛光照明，实现不同效果艺术照明和室外照明；
6）显示各路照明累积运行时间，以便相关人员及时对系统进行保养和维护。
7）对各个照明回路的运行状态进行自动监视，出现故障自动报警，显示报警内容。
单体照明控制器
能够检测光照、人体感应等外界信息，具备RS-485通讯接口，具备控制电源的执行机构（继电器控制），能够检测负载工作电流，具备实时时钟。
能够联网或脱网工作，根据管理系统设定的工作模式或默认的工作模式控制照明灯具。
集中照明控制器
集中照明控制器主要具备的功能包括检测人员出入，确认室内人数；双485通讯，同时支持与网关和单体控制器的通讯；电源，能保证给多个单体控制器提供工作电源；具备实时时钟；按照上层软件设定管理单体控制器，根据人数决定哪个单体控制器的工作状态；由软件设定集中控制器需要管理的单体控制器编号；以通道机的基本设计为基础，做适当调整，满足集中控制器的要求。
照明控制器主要功能
单体照明控制器基本功能主要包括：
1.检测光照度、人体感应，并上传；
2.标定功能：
标定光照度等；
3.有实时时钟，时钟校对功能；
4.485通讯，预留I/O口、AD转换口；
5.编号设定；
6.执行机构（继电器，使用常闭触点，保证控制器异常时能通电）；
7.在开关灯状态下，检测工作电流，判定控制继电器工作状态和灯工作状态，上传继电器状态和灯状态；
8.按照设定的时间段、光照、是否有人来确定开关灯（自动工作模式）；
1）上电开灯，不判断任何条件；
2）满足以下其中一个条件就开灯：
a）满足时间段开灯
b）满足有人开灯
c）满足光照开灯
d）满足时间段和光照和有人开灯
e）满足时间段和光照开灯
f）满足时间段和有人开灯
g）满足光照和有人开灯
h）满足时间段或者光照开灯
i）满足时间段或者有人开灯
j）满足光照或者有人开灯
k）满足时间段和有人或者满足时间段和光照开灯
l）满足有人和时间段或者有人和光照开灯
m）满足光照和时间段或者光照和有人开灯
n）满足时间段和光照条件或者有人条件开灯
o）满足时间段和有人条件或者光照条件开灯
p）满足有人和光照条件或者时间段条件开灯
9.硬件操作临时开关灯，有时间限制（通过上层软件设定时间），方便现场调试、检修，临时状态取消时间可以通过上层软件设定；
10.按照上层软件命令执行临时开关灯，有时间限制（通过上层软件设定时间），临时状态取消时间可以通过上层软件设定（即临时状态最多可以保持在当天，不能跨日，由软件设定当日最后取消临时状态的时间）；
11.上层软件设定自动工作状态（长时间断电，长时间根据设定规则自动通断）；
12.节假日通断电设定：
起始截止日期，每天通电时间段。
3.5.4.11路灯节能监控管理系统
智能路灯节能管理系统结合数字矢量地图技术，结合无线数据传输和远程控制方法。
可根据人性化的控制方案，对区域内各路段的路灯制定不同的开关灯周
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