1996年，為滿足計量科學(xué)發(fā)展對先進實驗環(huán)境的需求，中國計量科學(xué)研究院(以下簡稱“計量院”)分兩期向國家申報了實驗基地建設(shè)項目。獲批后，經(jīng)過3年多的努力，一期工程建設(shè)完成并投入運行。實驗基地總規(guī)劃建設(shè)用地為561085m²，一期工程建筑面積為47352m²，建設(shè)建筑物為25項、構(gòu)筑物為3項，其中科研實驗樓為13棟，容積率為0.084，建筑密度為5.3%，綠化率為87.9%。
    

一、現(xiàn)有用能狀況和能耗統(tǒng)計方式分析

    計量院實驗基地自2008年建設(shè)完成后，經(jīng)過兩年多的運行，初步統(tǒng)計結(jié)果表明，每年電費消耗約1400萬元，水費消耗約100萬元。在能耗監(jiān)測和管理方面，雖然目前各耗能設(shè)備有了一定的信息化基礎(chǔ)，但在位置上分散，缺乏系統(tǒng)性的優(yōu)化運行監(jiān)管手段，大多還停留在傳統(tǒng)的定期抄表能耗統(tǒng)計方式上，分項能耗還存在底數(shù)不清、情況不明、監(jiān)測難度大等問題。因此，構(gòu)建一套符合計量院實際情況的建筑能耗統(tǒng)計平臺及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)各建筑能耗準確統(tǒng)計，特別是實現(xiàn)空調(diào)等重點用能系統(tǒng)的能耗分項計量和在線能效評估，較快地發(fā)現(xiàn)各耗能系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的問題，并采取措施，從而改善能耗系統(tǒng)運行狀況，對提高能源利用率具有十分重要的意義。
    

二、能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

    計量院實驗基地能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示，該系統(tǒng)基于以太網(wǎng)，主要由現(xiàn)場監(jiān)測子系統(tǒng)、遠程傳輸網(wǎng)絡(luò)、能耗監(jiān)測平臺3部分組成。其中，現(xiàn)場監(jiān)測子系統(tǒng)由各種遠傳計量裝置和現(xiàn)場采集器等組成，構(gòu)成建筑和重點耗能系統(tǒng)內(nèi)部的監(jiān)測傳輸網(wǎng)絡(luò)；遠程傳輸網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)建筑現(xiàn)場計量裝置與后方能耗監(jiān)測平臺的數(shù)據(jù)通信；能耗監(jiān)測平臺由采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器等組成，完成能耗數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)視及分析處理工作。
    

<CTSM>    圖1  計量院實驗基地能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)拓撲圖</CTSM>
    

三、能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)功能

    結(jié)合計量院實驗基地實際情況，本系統(tǒng)包含能源電子臺賬、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)手工填報、能耗統(tǒng)計、能效分析、報表管理、系統(tǒng)管理等8個功能模塊，實現(xiàn)了能耗數(shù)據(jù)的采集監(jiān)測、能耗相關(guān)基礎(chǔ)信息管理和重點耗能系統(tǒng)的能耗分類統(tǒng)計以及能效評估等。此外，系統(tǒng)還提供擴展接口，為新監(jiān)測點提供擴展能力。
    1.能源電子臺賬
    為了采集、監(jiān)測并多角度分析計量院能耗數(shù)據(jù)，必須完整收集與用能相關(guān)的基礎(chǔ)信息，經(jīng)過分類整理存儲于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，與自動監(jiān)測或手工錄入的能耗數(shù)據(jù)及運行數(shù)據(jù)相結(jié)合，實現(xiàn)能耗監(jiān)測、統(tǒng)計、分析等功能。因此，本軟件系統(tǒng)中包含一系列與用能相關(guān)的基礎(chǔ)信息管理功能，稱為能源電子臺賬。其實現(xiàn)的功能有:①能耗分類:按照不同載能工質(zhì)分類記錄管理，記錄的信息包括能源及載能工質(zhì)的名稱、計量單位、折標(biāo)系數(shù)、采購價格等。②能耗分項:按通風(fēng)、空調(diào)、給水、排水、采暖、供電、弱電、消防、照明、動力、生活、交通等用途分項。③能耗分級:將計量院作為一級用能單位，其下屬部門可劃分為多層的次級用能單位。將能耗數(shù)據(jù)與用能單位關(guān)聯(lián)，可以明確能耗的受益者及責(zé)任人，為能耗定額管理等工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。④計量和采集設(shè)備電子臺賬:主要記錄計量和采集設(shè)備的名稱、型號規(guī)格、準確度等級、測量范圍、生產(chǎn)廠家、出廠編號、用能單位管理編號、安裝使用地點、使用狀態(tài)等，方便用戶多角度查詢。
    2.數(shù)據(jù)采集
    數(shù)據(jù)采集是計量院能耗監(jiān)測和管理軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、監(jiān)控預(yù)警、能耗統(tǒng)計和能效分析等功能都建立在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)之上。
    數(shù)據(jù)采集是本系統(tǒng)中監(jiān)測分析軟件與計量采集通信硬件相互銜接的部分。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集基于組態(tài)軟件平臺進行二次開發(fā)。組態(tài)軟件平臺是一套通用組態(tài)軟件，是實現(xiàn)自動化過程監(jiān)視、控制和管理的軟件平臺，基于Microsoft Net開發(fā)。在組態(tài)軟件上的數(shù)據(jù)采集二次開發(fā)，指開發(fā)針對不同PLC、DCS、儀表、智能模塊和板卡等設(shè)備的驅(qū)動程序，實現(xiàn)從其中實時采集設(shè)備能耗、設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備運行參數(shù)等數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)庫進行計算與存儲。
    3.數(shù)據(jù)監(jiān)控
    (1)可視化監(jiān)控
    可視化監(jiān)控功能用于幫助用戶形象、直觀地了解用能系統(tǒng)和建筑的運行情況。軟件通過系統(tǒng)模擬圖，既可以顯示系統(tǒng)的全局信息，使管理人員對整個系統(tǒng)運行狀況一目了然，又可以進一步深入顯示各個設(shè)備的運行信息，為管理人員的數(shù)據(jù)分析工作提供依據(jù)。
    (2)運行記錄和運行日報
    軟件提供多種報表，展現(xiàn)用能系統(tǒng)、設(shè)備的運行記錄。運行記錄包括按固定時間間隔統(tǒng)計的系統(tǒng)、設(shè)備的能耗、設(shè)備起停狀態(tài)及室內(nèi)外溫濕度等環(huán)境信息。用戶可通過運行記錄詳細了解系統(tǒng)及設(shè)備的運行狀態(tài)，為系統(tǒng)及設(shè)備的節(jié)能控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
    (3)運行報警
    通過軟件提供完善的報警機制來滿足不同人員對報警的不同需求。本系統(tǒng)實時監(jiān)測需要報警變量的狀態(tài)或者數(shù)值，并與報警設(shè)定比較，決定是否發(fā)出報警信息。報警信息可以通過畫面上的報警窗口內(nèi)的信息、語音報警等方式及時傳遞給系統(tǒng)的運行人員，也可以通過電子郵件、手機短信、或MSN Messenger、Yahoo Messenger等及時消息軟件的對話消息的形式發(fā)送給指定的管理人員。報警信息可按照嚴重程度進行分類，以使相關(guān)人員根據(jù)報警的緊急程度采取處理措施。
    4.手工數(shù)據(jù)填報
    因計量院內(nèi)液氦特殊液體和氧氣等特種氣體、食堂罐裝液化氣、車輛燃料油三類用能難以采用自動化方式進行監(jiān)控，因此，本系統(tǒng)設(shè)計采用定期手工填報的方式收集這三類能耗的使用情況。
    5.能耗統(tǒng)計
    把采集到的能耗數(shù)據(jù)，按照不同維度進行分析。統(tǒng)計時，通常都按照不同的時間段進行匯總(如年統(tǒng)計、月統(tǒng)計、日統(tǒng)計等)，或者自定義選擇某個時間段進行統(tǒng)計。匯總不同時間段內(nèi)的用能數(shù)據(jù)后，再進行橫向比較或者縱向比較。其實現(xiàn)的功能有:①綜合能耗統(tǒng)計:實現(xiàn)將電量、氣量、油量、水量等能源消耗匯總，并可按時間、分項、分級查詢。②能耗分類、分項、分級統(tǒng)計:分類是實現(xiàn)電量、氣量、油量等能源消耗量分別統(tǒng)計，并可按時間，分項、分級查詢；分項指按能源用途對能耗進行分類；分級指根據(jù)管理需求對能源使用劃分的層次關(guān)系，例如針對一個建筑統(tǒng)計其總電耗，并可以按照建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行細分，按照樓層、房間等進行分級統(tǒng)計。最終可以實現(xiàn)用柱狀圖、曲線圖等圖形展示、分析能耗變化趨勢，對于用能出現(xiàn)異常的時間段進行進一步分析，查看每一個采集點的數(shù)據(jù)。
    6.能效分析
    (1)用能系統(tǒng)能效分析
    對配電、供暖、制冷、空調(diào)、給水等系統(tǒng)的整體能源利用效率進行分析，計算線損率、有效供熱率、COP等系統(tǒng)能效指標(biāo)。將這些指標(biāo)與國內(nèi)標(biāo)準、國際指標(biāo)進行比較，了解建筑的用能效率水平，尋找節(jié)能點。
    (2)重點用能設(shè)備能效分析
    采集計量院內(nèi)的重點用能設(shè)備運行參數(shù)，將實際檢測結(jié)果與設(shè)備的出廠標(biāo)準進行比較，對不符合標(biāo)準或者效率較低的設(shè)備進行更換。并為以后購買類似產(chǎn)品提供參考。
    (3)建筑能效分析
    對某棟建筑物，按照國家公共建筑能源審計的方法計量建筑物的面積、各類能源消耗量，計算出建筑物的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)能效指標(biāo)、采暖系統(tǒng)能效指標(biāo)、照明系統(tǒng)能效指標(biāo)、室內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)能效指標(biāo)、綜合服務(wù)系統(tǒng)能效指標(biāo)、水耗指標(biāo)。將這些指標(biāo)與國內(nèi)標(biāo)準、國際指標(biāo)進行比較，了解建筑的用能效率水平，尋找節(jié)能點。
    (4)重點實驗室能耗分析
    重點監(jiān)測高能耗實驗室、不間斷運行實驗室等重要用能區(qū)域的能耗、水耗，實時統(tǒng)計其能耗，及時發(fā)現(xiàn)重點區(qū)域的用能問題。
    7.報表管理
    利用計算機展示分析技術(shù)對采集到的用能數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，生成能耗統(tǒng)計報表、電量統(tǒng)計報表、偏差分析報表、最大值/最小值分析報表，并對生成的報表進行管理。
    (1)全院總能耗統(tǒng)計報表
    提供整個實驗基地的日、月、年總能耗的統(tǒng)計報表，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)報表查詢、打印功能，并能輸出特殊統(tǒng)計要求的對外能耗統(tǒng)計報表。
    (2)分項統(tǒng)計報表
    根據(jù)計量院管理要求，在基于分項計量設(shè)備采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提供按照管理層級要求的能耗統(tǒng)計報表的編制、查詢和打印功能。
    (3)特定統(tǒng)計報表
    提供用戶能夠按照具體時間、計量點、實驗要求編制能耗統(tǒng)計報告或報表的功能。
    8.系統(tǒng)管理
    (1)系統(tǒng)維護
    系統(tǒng)維護模塊是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，只有在系統(tǒng)維護中完成基礎(chǔ)的功能設(shè)置和維護功能，用戶才可以在IE瀏覽器中看到監(jiān)測畫面和數(shù)據(jù)，提供系統(tǒng)監(jiān)視與數(shù)據(jù)庫鏈接的友好界面。
    (2)用戶授權(quán)管理
    用戶授權(quán)分為4種角色，他們分別擁有系統(tǒng)管理員功能、數(shù)據(jù)測點配置功能、曲線查看功能和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護功能，從而維持對整個系統(tǒng)有秩序的運行。
    9.擴展接口
    由于本系統(tǒng)采用分期建設(shè)方式，因此，軟件需要為今后的監(jiān)測范圍擴展預(yù)留接口。系統(tǒng)支持的擴展包括:①計量院實驗基地能耗統(tǒng)計、能效分析的深度與廣度；②計量院實驗基地二期建筑及用能系統(tǒng)的統(tǒng)計分析；③計量院其他院區(qū)及其他實驗基地監(jiān)測數(shù)據(jù)的集成。
    

四、結(jié)束語

    本文所設(shè)計的能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)軟件是計量院開展節(jié)能減排工作，加強基礎(chǔ)能源管理的基礎(chǔ)。同時也是摸清計量院實驗基地用能家底及用能特點，實現(xiàn)能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理可監(jiān)測性，以便進一步開展各種節(jié)能改造、節(jié)能管理工作的定量管理平臺。另外，也在為寒冷地區(qū)類似科研類建筑的運行提供可供參考的能耗指標(biāo)方面發(fā)揮了重要作用。