节约型校园节能监管系统技术方案.docx

1、节约型校园节能监管系统技术方案节约型校园能耗监管系统技术方案南京人博科技有限公司2012-7-27一、概述 随着我国经济的高速发展，建筑能耗，特别是国家机关办公建筑和大型公共建筑高耗能的问题日益突出。学校属大型公共机构建筑的重要组成部分之一，其特点是占地面积大，建筑物种类及数量多，校园供配电系统及自来水管网、热网面广、量大。目前校园的能耗、水耗抄表数据不完整、不全面，造成管理不到位、能源利用存在较大的浪费现象。为了确保校园正常教学与科研的能源需求且实现有效节能，建立能源远程监控与管理系统、掌握校园水、电、暖、气能耗的实时数据、对校园各种能源系统进行分布式监控与集中管理。二、方案编制依据 方案编

2、制依据和规范有： 1）节能监测技术通则GB/T15316-1994； 2）公共机构节能条例中华人民共和国国务院令； 3）国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设分项能耗数据采集技术导则； 4）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； 5）国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术导则； 6）国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术、分项能耗数据采集、分项能耗数据传输技术导则以及系统建设、验收与运行管理规范； 7）高等学校节约型校园建设管理与技术导则；8）高等学校校园设施节能运行管理办法 9）高等学校校园建筑能耗

3、统计审计公示办法 10）高等学校校园建筑节能监管系统运行管理技术导则 11）高等学校节约型校园指标体系及考核评价办法 12）电能计量装置技术管理规程DL/T 4482000； 13）电子远传水表CJ/T224-2006；三、校园用能现状分析 随着各种能源价格的飞涨，各学校用于能耗的开支费用日益增加，各园区管理部门均想方设法节约能耗开支。现就校园内各种能耗管理及使用情况进行分析。 1、用电现状 目前，大多学校没有建立能源账本，对园区内的各个建筑没有进行用电核算。大多管理者掌握着只是总用电情况，对单个建筑以、各个建筑内用电情况以及园区内功能性区分用电情况并不了解。同时，校园内还存在较大的节电潜力。

4、 1）教室、实验室、办公室长明灯、少人开多灯、自然光照充分的情况下开灯等现象仍然存在； 2）办公室、教室、宿舍等空调使用中存在超标使用，如：不按温度管理要求开空调、开门、窗开空调等； 3）学生公寓中未安装电表、 学生存在使用大功率电器等现象，既费电又存在安全隐患。4）校园内景观灯、路灯等管理不合理、开关时间设置不合理现象比比皆是。2、用水现状 目前，大多学校对于校内用水没有很好的管理办法，水资源浪费现象严重，加上一些学校建筑建设年代较久，地下管网老化严重，管道破裂导致的水资源流失更是无法估计。常见水资源浪费现象如下： 1）卫生间、茶水间长流水； 2）教师宿舍、学生公寓无用水计量，导致浪费； 3

5、）跑冒滴漏现象较多，地下管网泄露较难发现。 3、用气现状 因国内南北分布及气候因数导致南方学校基本用气量较恒定，北方学校需要供暖，多采用燃气锅炉进行集中供暖，则燃气消耗与供暖管理息息相关。 4、采暖现状 对有集中供暖的学校，采暖管理具有较大的节能空间。集中供暖中出现的浪费现象如下：1）供暖期间开窗通风时间较长； 2）由于供暖管道设计的不合理以及供暖配比的失调，导致近端温度过高，远端温度不够；3）因学校的特殊因数导致放假期间教学楼、学生公寓等设施基本无人，但暖气仍然正常供应。 四、推荐方案设计1、建设目标 1）能耗采集、统计、分析 a、能耗采集及能耗分类：按照能耗类型进行分类，如：水、电、气、煤

6、等； b、能耗分项：按照能源用途进行分类，如：空调、动力、照明插座、特殊用电等； c、功能区分类：根据校园内各建筑设施的用途进行分类，如生活服务、行政办公、教学设施 、学科研究、实验设施、实习工厂等。 2）供暖系统管理控制 a、建立建筑物温度采集系统，采集各监测点温度，获得建筑物平均温度及温度变化趋势；b、在各建筑主供暖管道上安装比例积分调节阀、压差平衡阀及控制器，通过建筑平均温度自动调节主供暖管道供暖流量，做到将室内温度控制在 18-22 度之间； c、在节假日期间及工作日夜间，将相应建筑（如：教学楼、办公楼等）室内温度控制在 8-12 度之间，实现节能；在较长假期（寒假）将相应建筑（学生公

7、寓、教学楼、食堂等）室内温度控制在 6-10 度之间； d、对供暖循环水泵系统进行变频改造，根据前端供水压力及回水温差进行变速调节。 3）空调系统管理控制 a、建立建筑物内部温湿度采集系统，实时监测室内各个区域温湿度变化；b、根据时间和温度的要求对空调系统进行控制（室内温度夏季：不低于 26 度，冬季：不高于 18 度，非工作时间关闭空调），较合理的使用空调； c、严禁开门、开窗使用空调。 4）教室照明管理系统 建立教室照明管理系统，通过安装在各个教室的照明控制器和相应传感器，对教室照明根据课程表时间、光照度和是否有人在教室进行集中管理。做到自然采光满足照度需求时系统自动关闭教室灯光，夜间自习

8、时可根据需求开放相应教室照明，避免人少开多盏灯现象。 5) 校园生活区节水节电管理与控制a、学生宿舍用水、用电预付费管理。对原有学生宿舍进行改造，安装预付费水电表，除每月定量补贴外，其余用量由学生自费，提高学生节约意识；每个学生宿舍安装智能限电器，杜绝宿舍内使用大功率发热电器，消除安全隐患； b、对校内员工宿舍安装、更换预付费水、电表，提高后勤工作管理效率； c、对校园内路灯照明进行控制管理，安装自动控制器，使路灯安装每天日出、日落时间以及自然光照度级别进行工作。 2、方案设计 系统简介能耗监测及节能管理系统采用先进的现场控制总线技术和无线传感网技术（WSN），可以方便的深入到建筑物内各个区域

9、，实现对能源消耗全过程、全参数（能耗、环境参数、灯光状态等）在线监测；系统专用软件对各种监测数据进行统计和分析，并生成各类报表和违规报警；系统还可以根据各监测点监测数据变化情况对能耗设备进行自动控制。本节能监控系统是大型公共建筑及校园能耗监测、节能运行管理和自动控制的综合解决方案。 节能监管系统图：该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，一般分为三层：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。 1）站控管理层 站控管理层针对能耗监管系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的最上层部分。主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打印机、UPS等组成。监控系统软件具有良好的人机交互界面，对采

10、集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。同时，可根据系统设置的控制逻辑进行自动化管理控制和人工干预控制。监控主机：用于数据采集、处理和控制数据转发。为系统内或外部提供数据接口，进行系统管理、维护和分析工作。 打印机：系统召唤打印或自动打印图形、报表等。 UPS：保证计算机监测系统的正常供电，在整个系统发生供电问题时，保证站控管理层设备的正常运行。 2）网络通讯层 通讯层主要是由服务器、以太网设备及总线网络组成。该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和传送等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。 服务器：是系统数

11、据处理和智能通讯管理中心。它具备了数据采集与处理、通讯控制器、前置机等功能。 以太网设备：包括工业级以太网交换机及路由器。 通讯介质：系统主要采用屏蔽双绞线、光纤以及无线通讯等。 3）现场设备层 现场设备层是数据采集终端，主要由传感器、智能仪表和测控终端设备组成。照明及空调控制子系统采用具有高可靠性、带有现场总线连接的分布式I/O控制器构成数据采集控制终端，向数据中心上传现场采集的实时数据并根据采集参数进行智能控制管理。路灯控制及能耗监测子系统采用无线传感网络技术实时采集现场数据，将采集数据及时上报，并可依据现场数据进行反馈控制和智能管理。系统功能特点 ： 能耗采集系统和路灯控制系统可采用无线

12、自组网方式，减少原有线路改动和额外布线，也不对现有设备作任何改造，工程安装和维修简单方便； 系统采用分布式照明智能控制系统。照明控制系统软件分散配置，存储于各个现场控制和执行器(输出模块)中。所有照明回路采用多种控制形式，即可以集中控制、区域就地控制；中央监控功能停止工作不影响各分区功能和设备运行，网络通信控制也不应因此而中断。 系统功能完善：既有能耗使用的过程管理，又有能耗的分析管理； 中央空调控制通过PID调节、风机盘管联网控制、水系统及风机系统监测，实现整个空调系统的节能控制。有别于现在常用的控制方式，系统通过对末端和主机端同时监测，动态调节的方式，采用先进的控制理论与算法，实现计算机智

13、能控制； 系统实时性强：实时采集各种能耗和状态参数，上传到管理中心； 配置灵活及扩展性强：用户可以自由选择适合自身需求的功能和组件，也可在原有网络中扩展安防、人员定位、环境监测等性功能；同时系统具有极强的扩容能力，可根据用户需要随时增加、调整系统配置，新增设备与原有系统无缝连接。 无线传感网络设备发射功率低于10mw，自身耗能极低； 无线传感网络具有自组织、自诊断和自恢复功能，单个设备故障不会对整个网络构成影响。 系统提供开放的标准软件接口和硬件接口，具有良好的兼容性和开放性，能够与任何支持OPC或MODBUS标准协议接口的系统实现集成，达到信息交流与资源共享。3、能耗采集分析子系统能耗监测管

14、理系统对校园内各类能耗进行实时监测、采集与存贮各类能耗数据，并对数据进行统计与分析，使学校管理部门对校园内各种能耗进行有效的监测与管理，为校园节能降耗研究、设计改（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，同时还可以显示、查寻、打印、发布、远程传输数据。系统结构示意图如下：系统将对校园的行政办公楼、教学楼、实验楼、图书馆、食堂、宿舍等公共建筑进行建筑能耗采集（含：水、电、气、暖）。现场设备运行的能耗数据实时传送到管理中心进行分析与存贮，并可显示或打印各种参数的历史趋势数据。校园网已经覆盖到了校园内的每一栋大楼，节能监管系统可借校园网有线传输方式实现对建筑能耗的分项分类动态

15、监测及采集。实现对建筑能耗数据信息的网上查询、数据统计、信息输出、数据备份等。现场采集设备示意图如下：系统实现功能：1、数据采集实现与采集器的实时通讯，完成能耗数据的接收、预处理和和存储功能。实现对建筑能耗采集器的集中管理、配置、状态监控。能耗管理平台系统的自动计量装置所采集的能耗数据，通过RS485有线或无线传输，并采用TCPIP通信协议自动并实时上传给数据中心，以保证数据得到有效的管理和支持高效率的查询服务，同时数据传输采取一定的编码规则，实现数据组织、存储及交换的一致性。系统能够很好的与校园网络兼容，可以充分利用校园网络，对水、电等计量数据实现准确采集，安全传输、汇总，并具有较快的刷新频

16、率。2、基本信息能够显示监测点的详细基础信息和附加信息，建筑名称、建设年代、建筑层数、建筑功能、建筑总面积、空调面积、能源经济指标等，能够显示建筑物的整体用能情况和各楼层、各房间的具体的分类用能情况。能耗监测通过能耗地图导航、定位监测建筑，导航建筑对应的基本信息、分项能耗、分类能耗、总能耗等展示项构成。建筑分项用能数据分析展示主要包含用能总量、同类建筑用能、详细用能动态数据分析展示等功能。3、实时监测实现多级能耗模型，包括区域模型、建筑模型、能耗统计单元模型、能耗表计模型，以及建筑能耗日历的设计。展示计量表具设置参数、运行状态参数、控制命令的执行也便利、快捷，满足学校各种场合的应用，实时计量数

17、据，还有历史数据全面展示。实现能耗在线监测，界面采用直观的图形化界面（柱状图、饼图、仪表盘等呈现方式）来分析展示能耗数据，支持逐时、逐日、逐月、逐季、逐年的自由导航。可以监测学校大口径水表的流量监测能有效的防止漏水的问题，帮助维修部门有效地控制管理大口径水表的运行情况，有效地预防跑冒滴漏情况出现，并及时处理，将能源损耗降到最低。可以直观的反应水表的当前流量，最大、最小流量，以及相关的管路平衡情况。4、数据统计可按照分类、分项实现用能的日、周、月、年统计，并能以多种图表格式显示；可以按照建筑、院系等层次结构进行统计，并能够根据用户输入的起始时间和终止时间进行任意时间段的用能统计；多种统计图表，多

18、种的数据分析，能导出各种符合公共机构统计格式的月、季、年等能源资源消耗报表；能形成完整的公共机关能源财务报告，对比能耗分析报告；能提供以组织机构为单位的能耗定额管理和生均能耗管理、单位面积能耗统计等相关报告和图表。5、能耗查询实现按用能项属性查询、实时值查询、分组历史值查询、同类建筑单位面积分项用能查询、同类建筑人均分项用能查询、专题人均用能查询以及自定义建筑用能查询等。提供多种查询结果的报表导出功能，方便将查询结果作为节能监管部门日常文档的一部分提交。可以对建筑、院系进行用能的上下限查询，可以对建筑、院系进行限量查询和超量查询；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

19、间条件（按日、按月、按季、按年、按指定的一段时间等）对用水用电情况分析绘制相应图表，同时对多种分析类型生成数据报表。用户可以根据自己的需要，选择不同的查询方式，如能耗类型（水、电、气、暖等），组织机构（行政办公楼、重点用能单位及经营性单位、大型能耗设备、公共场所、学生宿舍等）等，系统会生成丰富多样的图形和报表，进行数据分析，以折线图、柱状图、饼图、二维表等形式体现。6、数据分析实现建筑、院系用能趋势分析和用能指标分析，通过实时监测用能数据，对建筑用能进行用能异常分析和线路负荷分析；可实现对设备故障进行故障分析；可以按照区域、分类、分项统计总能耗、单位面积能耗、用电能耗、用水能耗、用热能耗等对周

20、期（日、周、月、年）能耗进行统计分析。提供专题的能耗分析，为研究人员进行专项的建筑相关科研提供辅助。主要的专题分析包括工作时间、非工作时间高校建筑能效分析、夜间待机能耗专项分析等。对建筑和用能单位的用能规律进行分析，为用能异常监测提供基础数据，实现多种方式的灵活监测，实现工作时间的用能异常检测数据和非工作时间的用能异常检测数据。对同类建筑的用能进行分析，对比建筑的用能情况，分析建筑能耗指标。趋势曲线根据数据的显示内容，具备翻看数据的历史值功能，可以任意自由放大缩小时间轴。支持多曲线同一时间的对比分析；支持单条、多条曲线的不同时间段的对比分析；支持曲线显示设置。提供专题的能耗分析，为研究人员进行

21、专项的建筑相关科研提供辅助。主要的专题分析包括工作时间、非工作时间高校建筑能效分析、夜间待机能耗专项分析等。7、能耗报警 系统应具有强大的报警系统，能够对实时、历史的报警和事件进行显示、存储、查询等操作，并能够及时通知操作人员，帮助用户进行故障监控和决策制定。 支持多种报警显示窗口，包括实时报警窗口、历史报警窗口和查询窗口。实时报警窗口显示最新的报警信息，报警信息被确认或恢复后，报警信息随之消失。历史报警窗口显示历史报警事件，包括以往的历史报警信息、报警确认信息和恢复信息，报警事件的来源是报警缓存区。查询窗口能够查询报警库中的报警事件，报警事件来源是报警库。支持多种报警查询条件，对报警信息的查

22、询，可以按报警时间查询、报警类型查询、按记录类型查询等等。系统提供能耗监测报警（能耗监察、能耗异常追踪）、E-mail 报警、短信报警、能耗报警报告自动生成、能耗报警记录查询等功能。报警记录可以分级别展示、采用主动式报警触发机制自动呈现高异常报警。系统可以对建筑和用能单位的用能异常进行报警和短信报警。可以对计量设备故障进行报警，可通过邮件系统和短信系统对建筑、院系的限量进行报警；8、定额管理校园能耗定额管理：结合建设部、教育部、本地区的能耗、用水定额标准和实际能耗统计结果，提出合理的校园能耗水平，制定校园能耗定额及管理制度，建立校园建筑及用能设施分类能耗统计和分项能耗统计制度。并结合多种统计图

23、表进行能耗公示。并针对宿舍、校园内商铺和营业性用电的特殊性，结合宿舍现有用电管理系统实现宿舍、校园内商铺、营业性用电的网络化预付费水电能管理功能，支持预付费和后付费双重模式。平台建好后在现售电处可购买水、电。9、能耗公示通过Web 方式向公众公示各类建筑的能耗情况、能效等级、用能结构等，并提供同类建筑的各项能效排名公示。公示方式采用列表、趋势图、饼图、柱状图等，界面直观，支持用户按需配置公示数据周期可以根据需要配置。主要公示内容有：1）同类建筑总能耗排名公示；2）同类建筑单位面积能耗排名公示；3）同类建筑分项用能统计数据公示；4）同类建筑分时用能统计公示；5）同类建筑人均用能排名公示；6）同类

24、建筑人均年度用能公示；7）用能监察超标单位公示。能耗公示采用B/S结构，用户可在任何一台电脑上按照平台设置的账号权限登陆公示平台的WEB网站即可查询到各部门的用能信息。10、数据报表 报表按照日期和区域两种类型分析，用图表和详细数据显示结果，并且可以切换图表的方式饼图、柱状图、折线图可以任意选择，并提供天/小时图、周/小时图、月/日图、月/日对比图、年/月图、年/月对比图。可以根据自己的需要，自行选择时间段及显示方式等。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。 能自动生成各类日、月、年报表，报表应以横向显示项目（如：水位、流量等），纵向显示时间周期内统

25、计数据的二维表方式为主（日报以24小时为单位、月报以31天为单位等）。并且提供横向显示项目的灵活定制功能，根据不同显示项目生成多种报表组合方式。操作人员可以在远程浏览查看全部的报表数据。包括操作人员的工况事件记录，现场或远程操作人员登录系统的时间，以及在系统内部的操作事件流程，按照时间先后顺序生成二维表。11、数据上报系统通过定时任务调度自动从数据中心的数据库中提取能耗分类分项数据、汇总统计数据，按照定义的数据交换格式包（参照国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据传输技术导则采用统一规范的XML 包格式），进行合并整理打包，发送到市、省、部级数据中心。本系统能耗监测平台可采用ZigBee技

26、术组建无线传感器网络（WSN）。整个网络由若干个终端采集器以及一个汇聚采集器构成。通常将 WSN的无线数传终端称为采集节点，将能耗采集器称为汇聚节点。采集节点负责数据的采集和传送，以及根据汇聚节点的控制命令设置相应的工作模式等;汇聚节点是网络的中心，起到协调器和网关节点的作用，汇聚节点负责整个区域网络的维护与数据的汇集，再将数据通过Internet上传到上级数据中心或中转站。系统最大特点就是可灵活地基于WSN技术进行信息采集，利用WSN节点与电表等与用能设备连接，通过无线自组网方式自动采集分散在各处的电、水、气、冷热量等实时数据，使用户随时监测现场耗能设备的运行数据，为今后实施节能反馈控制系统

27、的研发提供基础，以达到优化能源供应、提高能源管理水平、提高 能源利用效益、减少能源损耗、节约能源成本的目的。在各种无线传感网技术中，ZigBee的自组网能力以及高容量特性使其非常适合建筑能耗监测系统的应用，在节点分散、数量众多、低速率传输的能耗监测采集系统建设中，有明显的优势，同时可减少综合布线施工，是当前最适合建筑能耗监测系统数据传输的技术。4、供暖管理控制子系统 按照建筑物内温区的分布安装室内主机用于监测楼内各个不同采样点的实时温度（主要为控制供热量提供依据）。根据建筑物内供暖管网的分布特性，选择在每栋楼的供暖管前端或每层楼的水平供暖前端安装电动调节阀，系统根据采集到的实时温度或楼层平均温

28、度自动调节电动阀，使楼层温度处于规定范围内。在非工作时段内根据设定温度自动降低大楼供暖，使大楼内温度保持在一个相对较低的温度范围内，从而实现最大限度节约热能。系统可实现功能： 系统可实时显示各个监测点的温湿度，用户可查询各监测点温湿度变化趋势； 正常工作、学习时段，保持室内温度在设定范围内变化，提高人体舒适度；用户也可根据需要自行调整不同建筑的温度控制范围； 休息时段，可根据建筑使用功能的不同调整相应建筑的温度控制范围，如教学楼、办公楼，下班、下课后降低其供暖温度，上班、上课前恢复其供暖温度； 放假期间系统可只保证室内基本温度在 6-8 度即可，实现最大限度的节能。 考虑用户未来校区扩容，只需

29、增加相应设备即可无缝接入现有系统进行统一管理。针对本次招标要求，系统主要实现如下功能： 以动画形式实时显示总监控点进水温度、回水温度及供暖系统运行情况； 历史数据的统计查询，能够以表格、图形等方式统计显示系统运行数据，并能生成报表打印。 供暖系统的运行状况及历史数据分析。 5、空调监控管理子系统1、单体空调在房间内安装室内节点主机，能够有效的对房间温湿度、空调设备运行状态进行实时监控。系统实现功能： 通过网络方式将现场环境数据传输至管理中心，管理中心会自动进行数据分析，发出相应控制命令。室内主机根据系统管理控制命令对空调进行控制。 单体空调可通过红外遥控和加装电控器的方式进行开、关控制。例如下

30、班后统一关闭空调；上班前发出恢复命令，允许使用空调；当某房间的室内温度超过设定的管理温度时关闭该房间的空调；当房间温度达到可以使用空调的管理温度时，发出恢复命令，允许使用空调。 可增加扩展功能，如当发现某房间开窗后关闭该房间的空调；当窗子关闭后发出恢复命令，允许使用空调等。 系统还可以根据设定，通过室内主机和电控器对其它电器设备的供电进行控制。 通过平台远程设置空调控制器：夏季开机温度、冬季开机温度、禁开季节、冬季夏季限温、上下班时间等参数； 平台可以进行空调使用报警：包括界面提示和短信报警等。2、中央空调 采用嵌入式主机管理和控制中央空调末端风机盘管，主机根据系统设定的温湿度、时间等管理条件

31、对中央空调风机盘管进行控制。用户可根据需要添加门窗磁，用于管理开门开窗时开空调现象，也可增加电控器等用于控制其它设备。 系统中还可增加 CO2 传感器、室内有害气体传感器等设备用于监测室内空气环境。 系统结构图如下：中央空调风机盘管联网控制系统主要功能：自动控制风机面板带有定时设置、温度设置等功能，通过温度传感器和时钟，可实时的感知室内的当前状态，然后根据策略自动控制风机盘管的电磁阀等，实现自动调节、自动控制功能。配合适当的传感器，系统还可以感知室内是否有人，并根据控制策略在无人的情况下自动关闭末端风机盘管，节约能源。计量功能风控面板带有计量功能，可实时计量各个房间大、中、小各档位运行时间及状态，通过区域控制器，也可测量所有的风机面板的各种状态的运行情况，通过联网的智能算法，可测定各个房间空调的真实使用情况，杜绝按照面积分摊空调用能的种种不合理因素，为能耗管理提供精确有效的工具，实现空调使用联网计量功能。风机面板及空调监控通过浏览器实现各个风机面板的远程状态实时监控，可远程查看中央空调的状态、运行档位、模式、定时情况、设定温度和当前温度。远程控制可通过网络对各个风控面板进行远程控制，实现风机档位、温度、模式、定时等远程设置。下班时，管理人员可以通过该功能关闭办公人员忘