隨著社會進(jìn)步和經(jīng)濟發(fā)展，能量消耗高速增長，傳統(tǒng)粗放的能源管理模式已經(jīng)無法滿足當(dāng)時社會的進(jìn)步，節(jié)能降耗面臨嚴(yán)峻的考驗。至2017年，我國的能源消耗已占全球能源消耗量的20%，首次超過美國成為世界能源消耗第一大國。節(jié)約型校園建設(shè)是公共機構(gòu)建設(shè)中的重要內(nèi)容，不僅是學(xué)校自身發(fā)展的需求，更是學(xué)校應(yīng)有的社會責(zé)任。高校建設(shè)能源管理，不僅有利于緩解教育資源供需矛盾，推進(jìn)學(xué)校自身可持續(xù)發(fā)展，還將為節(jié)能型社會提供良好的氛圍，為節(jié)能型社會建設(shè)提供人才和技術(shù)支持。本文以北京廣元科技有限公司高校能管系統(tǒng)為例，闡述能源管理系統(tǒng)在面對高校用戶時的設(shè)計原則。

1. 高校能源管理的必要性

1.1. 高校能源管理對教育教學(xué)的影響

高校能源管理工作不僅是學(xué)校教育教學(xué)能夠正常運轉(zhuǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而且高校能源管理模式及正常運行也是高校教育教學(xué)工作的重要組成部分。對于前者而言，高校的能源管理工作不僅事關(guān)高校現(xiàn)有能源能否正常發(fā)揮其應(yīng)有的效能、而且也事關(guān)在這些能源的影響下，學(xué)校的教育教學(xué)工作實現(xiàn)既定的教學(xué)目的。對于后者而言，學(xué)生在參與能源管理工作，或者在其消耗能源的過程中他們也在潛移默化地形成正確的能源觀，也在潛移默化地接受以“節(jié)儉”為核心的能源教育，從而使能源管理工作與正常的教育教學(xué)實踐一起對學(xué)生的健康成長起到了重要的影響。

1.2. 促進(jìn)高?？沙掷m(xù)發(fā)展

高校能源管理系統(tǒng)的建設(shè)可以促進(jìn)高?？沙掷m(xù)發(fā)展。隨著社會對環(huán)境問題的日益關(guān)注，高校的社會責(zé)任感也在不斷增強。建設(shè)能源管理系統(tǒng)可以有效地降低高校的能源消耗，減少對環(huán)境的影響，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

1.3. 提高高校管理效率

高校能源管理系統(tǒng)的建設(shè)可以提高高校的管理效率。通過對能源消耗的監(jiān)控和控制，可以實時掌握各場所的能耗情況，及時發(fā)現(xiàn)和解決用能問題，提高管理效率。同時，能源管理系統(tǒng)還可以提供豐富的數(shù)據(jù)分析和報告功能，幫助高校管理者了解能源使用情況，制定更加科學(xué)合理的用能計劃和管理策略。

1.4. 遵循綠色發(fā)展理念，高校能源管理工作勢在必行

隨著綠色發(fā)展理念的提出與發(fā)展，節(jié)能減排成為各個產(chǎn)業(yè)在未來發(fā)展的必由之路，高校建設(shè)和發(fā)展同樣適用于這一理念，大力開展節(jié)能工作和能源管理體系建設(shè)，更高效地利用有限的能源資源，可以更好地保障校園的建設(shè)和運行，促進(jìn)校園建設(shè)發(fā)展。

2. 建設(shè)基礎(chǔ)原則

北京廣元科技高校能管系統(tǒng)是完成對用水量、用電量，以及輸水管道、空調(diào)系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)、加壓泵站自控系統(tǒng)等運行情況的現(xiàn)場采集、自動上傳、定時存儲以及輔助分析的自動化系統(tǒng)。根據(jù)可靠性和高效率能耗管理的要求，遵循下列原則：

2.1. 安全性原則

高校能源管理系統(tǒng)監(jiān)管包含水、電、空調(diào)系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)、加壓泵站自控系統(tǒng)等系統(tǒng)，并實現(xiàn)圖信樓的智能化系統(tǒng)（如：視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等）集成和聯(lián)動等。如此復(fù)雜的系統(tǒng)，任何一點的疏忽都是巨大的安全隱患，為此，系統(tǒng)安全性應(yīng)從系統(tǒng)權(quán)限安全性、程序的安全性、操作員安全性、文件安全性和網(wǎng)絡(luò)安全性等多方面綜合考慮。廣元科技能管系統(tǒng)數(shù)據(jù)均采取獨有的數(shù)據(jù)加密技術(shù)進(jìn)行傳輸；系統(tǒng)對操作角色、用戶權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格控制；網(wǎng)絡(luò)滿足安全等級保護(hù)二級要求。

2.2. 穩(wěn)定性原則

能源管理系統(tǒng)是一項長期不間斷運行的系統(tǒng)，肩負(fù)著監(jiān)管校園內(nèi)多種供能/用能設(shè)備的運行狀況，并具有一定的處理事件的功能，所以系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高，為節(jié)約后續(xù)成本。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，能管平臺應(yīng)從從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、軟硬件平臺、技術(shù)服務(wù)和維護(hù)相應(yīng)能力等方面綜合考慮，確保系統(tǒng)較高的性能的同時，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。如：在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多用戶并發(fā)操作中，滿足較高的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度，綜合考慮確保系統(tǒng)應(yīng)用中最低的故障率，確保系統(tǒng)的良好運行。

2.3. 可擴展性原則

系統(tǒng)設(shè)計時遵循最經(jīng)濟的原則，力爭實現(xiàn)“擴展性很強，且在擴容升級時浪費最少”。結(jié)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，充分考慮系統(tǒng)用戶組織結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)特點，需構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的能耗管理機制和系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理流程；系統(tǒng)應(yīng)充分考慮到升級、擴展以及與其它應(yīng)用系統(tǒng)的接口能力；并提供標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計方案、開發(fā)者平臺及API接口。

2.4. 維護(hù)性原則

能源管理系統(tǒng)應(yīng)充分考慮了運行過程中的“簡單易行，且具備良好的實施預(yù)防型和糾正型維護(hù)”功能。所有測點、結(jié)構(gòu)模型、數(shù)據(jù)修改等都有可以實現(xiàn)實施層面的配置。另外，系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)置“自監(jiān)測功能”，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)自身包括對故障的檢測、診斷、修復(fù)以及系統(tǒng)重新進(jìn)行初始化等功能，方便后期系統(tǒng)的維護(hù)。

3. 部署架構(gòu)

平臺主要分為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層和管理層三部分。

3.1. 管理層

本層由云服務(wù)器、操作員工作站、打印機、監(jiān)控大屏等組成。Web終端用戶包括能耗管理人員-使用該系統(tǒng)進(jìn)行能源的分析和管控；用能用戶-對自身的用能情況進(jìn)行查詢；企業(yè)管理人員-瀏覽相關(guān)報表，提供決策支持。

3.2. 網(wǎng)絡(luò)層

本層以交換機、通訊管理機、防火墻及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)線路組成。根據(jù)不同的校園網(wǎng)絡(luò)情況，對其不足支出進(jìn)行有效補充，最大限度的滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)囊?。根?jù)校園的面積及對網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量的要求，做出相應(yīng)調(diào)整，如主干通訊網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)光纖等。

通訊管理機為我司自主研發(fā)，已經(jīng)在多個大型項目中應(yīng)用，具有技術(shù)成熟、運行穩(wěn)定的特點。根據(jù)現(xiàn)場情況，各儀表及傳感裝置通過現(xiàn)場總線，與通訊管理機進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，然后由通訊管理機通過IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

3.3. 設(shè)備層

設(shè)備層主要由水表、電表、壓力傳感器、熱量表、流量計、溫濕度傳感器，以及各三方系統(tǒng)等組成。三方系統(tǒng)包含但不限于：加壓泵站自控系統(tǒng)、空調(diào)監(jiān)控、智能照明系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。根據(jù)現(xiàn)場情況，各儀表及傳感裝置通過現(xiàn)場總線、無線（Lora）的方式，與數(shù)通訊管理機進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，然后數(shù)據(jù)采集器通過校園網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與主站的數(shù)據(jù)傳輸功能；三方系統(tǒng)通過總線或者TCP/IP（數(shù)據(jù)接口：OPC、BACNet、MQQT等等)與主站進(jìn)行通訊。

4. 高校能管系統(tǒng)軟件設(shè)計要素

4.1. 自上向下的能耗分析

北京廣元科技能源管理系統(tǒng)的底層為數(shù)據(jù)采集點（即：水表、電表、壓力傳感器等監(jiān)測點），測點之上是數(shù)據(jù)展示模型，也是系統(tǒng)用戶進(jìn)行能耗管理工作的“邏輯對象”。系統(tǒng)以頂層管理、決策為目標(biāo)，對能源管理系統(tǒng)進(jìn)行頂層設(shè)計，逐層向下分解，直至底層重點用設(shè)備。各維度包含：

? 用能單位級：高校整體；

? 次級用能單位級：圖書館、教學(xué)樓、學(xué)生公寓、餐廳、體育設(shè)施、功能建筑等等；

? 用能單元級：根據(jù)計量表安裝精細(xì)度，用能統(tǒng)計至各樓或用戶；

? 重點用能設(shè)備或工藝：直接用能生產(chǎn)設(shè)備，作為生產(chǎn)環(huán)節(jié)中用能消耗主要對象，如泵、鍋爐、電梯等等。

4.2. 四維能耗分析

系統(tǒng)支持多個維度數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，能源管理系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)是通過“統(tǒng)計腳本”來實現(xiàn)的。這些統(tǒng)計腳本可以對使用者開放，允許用戶自行修改、增加、和引用；腳本可以實現(xiàn)系統(tǒng)熱部署，即添加完腳本后，不需要停止系統(tǒng)就可以部署到系統(tǒng)內(nèi)。

? 從能源介質(zhì)維度統(tǒng)計分析：以各種能源介質(zhì)的供給、轉(zhuǎn)換、傳輸、利用、放散和回收維度開發(fā)能流圖、形成能源消耗業(yè)務(wù)報表，實現(xiàn)能源監(jiān)視、統(tǒng)計和分析。

? 從用能單位維度統(tǒng)計分析：以用能單位生產(chǎn)過程所使用的各種能源消耗形成能源監(jiān)視潮流圖、計量統(tǒng)計表和管理分析圖表實現(xiàn)能源管控。

? 從能源用途維度統(tǒng)計分析：以電（用途分項包含：照明插座、空調(diào)、動力、特殊用電）、水（用途分項：生活熱水/冷水、消防用水、綠化用水、景觀水等）的不同用能，多維度統(tǒng)計能源使用狀況、評價各項能源需求在總能耗的占比關(guān)系、為高校用能結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供決策支撐。

? 從重點用能設(shè)備或工藝能源統(tǒng)計分析：以不同的重點用能設(shè)備或重點用能工藝多維度統(tǒng)計能源使用狀況、評價各項能源需求在總能耗的占比關(guān)系、為節(jié)能技改和管理優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

4.3. 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化

制定系統(tǒng)命名規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，為高校能管系統(tǒng)建設(shè)統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化管理奠定基礎(chǔ)。按國家工信部數(shù)據(jù)編碼統(tǒng)一導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)化命名。

4.4. 知識庫建設(shè)

專家?guī)斓臄?shù)據(jù)能夠為系統(tǒng)內(nèi)的統(tǒng)計分析模塊引用，并為越限告警、專家診斷、用能/設(shè)備綜合報告等等功能提供數(shù)據(jù)依據(jù)。在多年的能源管理項目建設(shè)和維護(hù)的工作中，北京廣元積累了大量的專業(yè)數(shù)據(jù)，包含但不限于以下內(nèi)容：

(1)企業(yè)能耗管理制度：公司的能耗管理組織架構(gòu)和崗位職責(zé)說明。

(2)國家政策：《國家“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》、《關(guān)于加強國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理的實施意見》、《高等學(xué)校校園建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》...

(3)國家/行業(yè)/企業(yè)指標(biāo)，指標(biāo)類型包含以下內(nèi)容：

?反映總體指標(biāo)：反映整體能源利用狀況和水平的指標(biāo)。如：單位面積能耗、單位人能耗等；

?反應(yīng)過程的指標(biāo)：反映主要工藝流程，能源利用狀況和水平的指標(biāo)，如：工藝能耗、主要工序能耗等；

?反應(yīng)設(shè)備的指標(biāo)：反映設(shè)備效率和利用效率的指標(biāo)，如：設(shè)備效率，設(shè)備運行效率等；

(4)設(shè)備維護(hù)維修檢查診斷：

將日常系統(tǒng)運維、用能分析時積累的技術(shù)、方法、措施等等形成知識庫，已備進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和技術(shù)指導(dǎo)。目前經(jīng)過項目積累生成的診斷策略共計3000多項。

4.5. 系統(tǒng)對象化、模塊化

對系統(tǒng)歸類出來的對象類進(jìn)行建模，然后對添加到系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)對象進(jìn)行批量快速配置，提高系統(tǒng)的實施效率，簡化應(yīng)用操作，提高系統(tǒng)處理效率，并應(yīng)提供系統(tǒng)的自適應(yīng)性，即系統(tǒng)增加、修改、刪除對象，自由配置監(jiān)測參數(shù)項，使系統(tǒng)實現(xiàn)非代碼級的自動配置。

4.6. 用能結(jié)構(gòu)可配置

系統(tǒng)計算模型是動態(tài)的，可完全隨用能結(jié)構(gòu)配置的改變而改變，從而使系統(tǒng)可以適配各種復(fù)雜的統(tǒng)計運算，運用用能結(jié)構(gòu)配置方式處理能源計量節(jié)點的統(tǒng)計業(yè)務(wù)，可以大大提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性、可維護(hù)性。北京廣元能源管理系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)是通過“統(tǒng)計腳本”來實現(xiàn)的。這些統(tǒng)計腳本可以對使用者開放，允許用戶自行修改、增加、和引用；腳本可以實現(xiàn)系統(tǒng)熱部署，即添加完腳本后，不需要停止系統(tǒng)就可以部署到系統(tǒng)內(nèi)。產(chǎn)品已經(jīng)積累了230個統(tǒng)計腳本，約1850余個數(shù)據(jù)項。