隨著社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能量消耗高速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)粗放的能源管理模式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)時(shí)社會(huì)的進(jìn)步，節(jié)能降耗面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。至2017年，我國(guó)的能源消耗已占全球能源消耗量的20%，首次超過(guò)美國(guó)成為世界能源消耗第一大國(guó)。節(jié)約型校園建設(shè)是公共機(jī)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(huì)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(huì)提供良好的氛圍，為節(jié)能型社會(huì)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(duì)高校用戶(hù)時(shí)的設(shè)計(jì)原則。

1. 高校能源管理的必要性

1.1. 高校能源管理對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而且高校能源管理模式及正常運(yùn)行也是高校教育教學(xué)工作的重要組成部分。對(duì)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(shí)現(xiàn)既定的教學(xué)目的。對(duì)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(guò)程中他們也在潛移默化地形成正確的能源觀(guān)，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(shí)踐一起對(duì)學(xué)生的健康成長(zhǎng)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(huì)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，高校的社會(huì)責(zé)任感也在不斷增強(qiáng)。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(duì)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(guò)對(duì)能源消耗的監(jiān)控和控制，可以實(shí)時(shí)掌握各場(chǎng)所的能耗情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決用能問(wèn)題，提高管理效率。同時(shí)，能源管理系統(tǒng)還可以提供豐富的數(shù)據(jù)分析和報(bào)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(jì)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(shì)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(gè)產(chǎn)業(yè)在未來(lái)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(kāi)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(yùn)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(duì)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(yùn)行情況的現(xiàn)場(chǎng)采集、自動(dòng)上傳、定時(shí)存儲(chǔ)以及輔助分析的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)圖信樓的智能化系統(tǒng)（如：視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)等）集成和聯(lián)動(dòng)等。如此復(fù)雜的系統(tǒng)，任何一點(diǎn)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(dú)有的數(shù)據(jù)加密技術(shù)進(jìn)行傳輸；系統(tǒng)對(duì)操作角色、用戶(hù)權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格控制；網(wǎng)絡(luò)滿(mǎn)足安全等級(jí)保護(hù)二級(jí)要求。

2.2. 穩(wěn)定性原則

能源管理系統(tǒng)是一項(xiàng)長(zhǎng)期不間斷運(yùn)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(yùn)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(yùn)行，能管平臺(tái)應(yīng)從從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、軟硬件平臺(tái)、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(shí)，滿(mǎn)足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。如：在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多用戶(hù)并發(fā)操作中，滿(mǎn)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(yùn)行。

2.3. 可擴(kuò)展性原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)遵循最經(jīng)濟(jì)的原則，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)“擴(kuò)展性很強(qiáng)，且在擴(kuò)容升級(jí)時(shí)浪費(fèi)最少”。結(jié)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，充分考慮系統(tǒng)用戶(hù)組織結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，需構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的能耗管理機(jī)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(jí)、擴(kuò)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(jì)方案、開(kāi)發(fā)者平臺(tái)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(yùn)行過(guò)程中的“簡(jiǎn)單易行，且具備良好的實(shí)施預(yù)防型和糾正型維護(hù)”功能。所有測(cè)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)模型、數(shù)據(jù)修改等都有可以實(shí)現(xiàn)實(shí)施層面的配置。另外，系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)置“自監(jiān)測(cè)功能”，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)自身包括對(duì)故障的檢測(cè)、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(tái)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(jī)、監(jiān)控大屏等組成。Web終端用戶(hù)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(hù)-對(duì)自身的用能情況進(jìn)行查詢(xún)；企業(yè)管理人員-瀏覽相關(guān)報(bào)表，提供決策支持。

3.2. 網(wǎng)絡(luò)層

本層以交換機(jī)、通訊管理機(jī)、防火墻及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路組成。根據(jù)不同的校園網(wǎng)絡(luò)情況，對(duì)其不足支出進(jìn)行有效補(bǔ)充，最大限度的滿(mǎn)足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)囊?。根?jù)校園的面積及對(duì)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(jī)為我司自主研發(fā)，已經(jīng)在多個(gè)大型項(xiàng)目中應(yīng)用，具有技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，各儀表及傳感裝置通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，與通訊管理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，然后由通訊管理機(jī)通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(jì)、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(chǎng)情況，各儀表及傳感裝置通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)（Lora）的方式，與數(shù)通訊管理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，然后數(shù)據(jù)采集器通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與主站的數(shù)據(jù)傳輸功能；三方系統(tǒng)通過(guò)總線(xiàn)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(jì)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(diǎn)（即：水表、電表、壓力傳感器等監(jiān)測(cè)點(diǎn)），測(cè)點(diǎn)之上是數(shù)據(jù)展示模型，也是系統(tǒng)用戶(hù)進(jìn)行能耗管理工作的“邏輯對(duì)象”。系統(tǒng)以頂層管理、決策為目標(biāo)，對(duì)能源管理系統(tǒng)進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，逐層向下分解，直至底層重點(diǎn)用設(shè)備。各維度包含：

? 用能單位級(jí)：高校整體；

? 次級(jí)用能單位級(jí)：圖書(shū)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(jí)：根據(jù)計(jì)量表安裝精細(xì)度，用能統(tǒng)計(jì)至各樓或用戶(hù)；

? 重點(diǎn)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(duì)象，如泵、鍋爐、電梯等等。

4.2. 四維能耗分析

系統(tǒng)支持多個(gè)維度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，能源管理系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)是通過(guò)“統(tǒng)計(jì)腳本”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些統(tǒng)計(jì)腳本可以對(duì)使用者開(kāi)放，允許用戶(hù)自行修改、增加、和引用；腳本可以實(shí)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(jì)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(kāi)發(fā)能流圖、形成能源消耗業(yè)務(wù)報(bào)表，實(shí)現(xiàn)能源監(jiān)視、統(tǒng)計(jì)和分析。

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

? 從能源用途維度統(tǒng)計(jì)分析：以電（用途分項(xiàng)包含：照明插座、空調(diào)、動(dòng)力、特殊用電）、水（用途分項(xiàng)：生活熱水/冷水、消防用水、綠化用水、景觀(guān)水等）的不同用能，多維度統(tǒng)計(jì)能源使用狀況、評(píng)價(jià)各項(xiàng)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(diǎn)用能設(shè)備或工藝能源統(tǒng)計(jì)分析：以不同的重點(diǎn)用能設(shè)備或重點(diǎn)用能工藝多維度統(tǒng)計(jì)能源使用狀況、評(píng)價(jià)各項(xiàng)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(guó)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(shí)庫(kù)建設(shè)

專(zhuān)家?guī)斓臄?shù)據(jù)能夠?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)的統(tǒng)計(jì)分析模塊引用，并為越限告警、專(zhuān)家診斷、用能/設(shè)備綜合報(bào)告等等功能提供數(shù)據(jù)依據(jù)。在多年的能源管理項(xiàng)目建設(shè)和維護(hù)的工作中，北京廣元積累了大量的專(zhuān)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(shuō)明。

(2)國(guó)家政策：《國(guó)家“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》、《關(guān)于加強(qiáng)國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理的實(shí)施意見(jiàn)》、《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(guó)家/行業(yè)/企業(yè)指標(biāo)，指標(biāo)類(lèi)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：?jiǎn)挝幻娣e能耗、單位人能耗等；

?反應(yīng)過(guò)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(yùn)行效率等；

(4)設(shè)備維護(hù)維修檢查診斷：

將日常系統(tǒng)運(yùn)維、用能分析時(shí)積累的技術(shù)、方法、措施等等形成知識(shí)庫(kù)，已備進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和技術(shù)指導(dǎo)。目前經(jīng)過(guò)項(xiàng)目積累生成的診斷策略共計(jì)3000多項(xiàng)。

4.5. 系統(tǒng)對(duì)象化、模塊化

對(duì)系統(tǒng)歸類(lèi)出來(lái)的對(duì)象類(lèi)進(jìn)行建模，然后對(duì)添加到系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)對(duì)象進(jìn)行批量快速配置，提高系統(tǒng)的實(shí)施效率，簡(jiǎn)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(duì)象，自由配置監(jiān)測(cè)參數(shù)項(xiàng)，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)非代碼級(jí)的自動(dòng)配置。

4.6. 用能結(jié)構(gòu)可配置

系統(tǒng)計(jì)算模型是動(dòng)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(jì)運(yùn)算，運(yùn)用用能結(jié)構(gòu)配置方式處理能源計(jì)量節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)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(xiàng)數(shù)據(jù)是通過(guò)“統(tǒng)計(jì)腳本”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些統(tǒng)計(jì)腳本可以對(duì)使用者開(kāi)放，允許用戶(hù)自行修改、增加、和引用；腳本可以實(shí)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(gè)統(tǒng)計(jì)腳本，約1850余個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。