哈尔滨某高校建筑能耗管理系统平台开发与应用

王砚玲，杨志辉，王 芳，张新全

(1. 哈尔滨工业大学 市政环境工程学院，哈尔滨 150090；2. 哈尔滨学院 基建处，哈尔滨150086；3. 哈尔滨学院 工学院，哈尔滨150086)

哈尔滨某高校建筑能耗管理系统平台开发与应用

王砚玲1，杨志辉2，王 芳1，张新全3

(1. 哈尔滨工业大学 市政环境工程学院，哈尔滨 150090；2. 哈尔滨学院 基建处，哈尔滨150086；3. 哈尔滨学院 工学院，哈尔滨150086)

本项目依托哈尔滨学院的电能计量管理系统、给水计量监管系统以及供热计量管理系统等基础平台，制订了高等学校建筑能耗综合管理系统平台应用的总体框架和方案，该系统可以对校园建筑的各种用能情况进行实时监测、统计能耗、进行能效分析，并可以对系统进行评估和故障诊断等应用研究，达到数据可视化、分析图表化、能耗指标化、管理数字化、消费合理化，为实现长效有序校园节能管理，建设节约型校园提供可靠的数据支撑.

建筑能耗管理；电能计量；给水计量；供热计量；节约型校园

我国高度重视节能减排工作，在十六届五中全会上确定了加快建设资源节约型和环境友好型社会的重大决定，标志着我国全面开始实施节能减排工作.在创建节约型社会的背景下，为有序而全面地推进校园节能减排的工作，教育部于2007年发出《教育部关于开展节能减排学校行动的通知》，标志着高校校园建筑节能减排工作全面开始实施.近些年节能减排成为全国校园建设的一大主题.高校能耗计量及其管理的研究，是降低高校能耗、建设节约型校园的关键基础.

高等学校建筑规模大、人员密集，属于大型公共建筑，能源消耗大，节约型校园建设意义重大.建设节约型校园建筑节能监管体系能够对建筑能耗实施动态监测、能耗统计、能源审计、能效公示、用能结算，加强用能管理，实施节能改造，落实新建建筑物节能规划与建设，推进大学节约型校园建设各项工作，为全面推进我国高等学校节约型校园建设积累经验，为促进建筑节能、创建节约型和谐社会、落实科学发展观提供有力的支持[1].

依据相关标准和导则，建成后的学校建筑节能监管体系以综合能耗(水、电、热等)远程监测平台为基础，实现对全校建筑物用能数据监测、分析与统计，根据校园建筑用能特点，为高校用能分类、分层次能耗定额制定提供数据支撑；总结高等学校的普遍用能规律，为高校建设、管理、改造提供管理经验；通过数据整理和分析，为新时期国家开展建筑节能研究、规划设计提供数据资料.

1 建筑能耗管理系统平台架构及应用框架

哈尔滨学院是哈尔滨市属唯一一所全日制普通本科高等院校，学校占地面积64.9×104m2，建筑面积44.7×104m2，拥有教学楼、办公楼、体育馆、运动场、图书馆、教学实验中心、专业实验室等教学设施，全日制在校生11 000余人，教职工1 200余人.

为保障数字化、节约型校园建设的顺利实施，哈尔滨学院将建筑节能工作纳入学校整体规划，在哈尔滨市政府的大力支持和国家配套节能改造专项资金的资助下，集成先进的数据传感和采集设备、网络数据传输、数据库技术，开发了建筑能耗监管综合平台[2]，高校建筑能耗管理系统平台架构如图1所示，系统包括设备层、数据采集层、数据层、基础平台层、开放接口层、应用系统层和交互层.采用此能耗管理系统可对哈尔滨学院的几十栋校园建筑进行远程、实时的能耗数据监测和采集，从而进行能耗监测、统计、分析、诊断，为全面实施校园能耗管理[3]的可视化监测、数字化管理、定额管理、量化评价等提供了强有力的支撑平台.建筑能耗管理系统平台从2014年开始建设，现水、电、供热等初期工程已经建设完毕并开始正式运行，运行效果良好.

注：图中实线框表示已实现功能；虚线框表示尚未实现的规划设计；……表示系统可实现的、以后可以加入的扩展功能图1 高校建筑能耗管理系统平台架构

2 高校建筑能源管理系统平台应用的总体框架和实现功能

哈尔滨学院建筑能源监管综合服务平台近、远期规划主要包含如下若干子系统[4]，该平台应用的总体框架和实现功能如图2所示.

高校建筑能耗管理平台的各系统能实现的功能如下：

1)建筑电能计量管理系统

建筑电能监测管理系统实现用电管理、费用结算、数据统计分析、指标执行情况监督等多项功能.主要用于为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，为实现各部门用电的量化管理提供了必备基础条件.

图2 高校建筑能耗管理平台应用的总体框架

2)建筑给水计量监管系统

给水计量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制定指标决策使用.还可以及时发现漏水点，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和用水管理水平，从而实现给水管理的信息化、现代化.

3)建筑供热计量管理系统

基于温度面积法的供热计量管理系统，具有计量、系统管理两大功能[5].系统由计量系统和远程终端管理系统组成.可以实现远程监测每栋楼供热的即时数据，如采暖房间温度、供水、回水温度等数据，将数据进行汇总、统计分析，为供热管理部门的科学供热管理提供依据.

4)网络预付费管理系统

网络预付费管理系统采用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.该系统可实现网络化实时操作，实时计量监控，可实现实时售退、实时通断，有效地解决了收费难的问题，并对用户节约用水、用电起到促进作用.

5)能效综合分析系统

经过大量基础能耗数据的积累后，通过能效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.

6)能源计划管理系统

主要用于为校内各楼宇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.其中能耗数据模拟预测可实现功能：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.

7)能耗公示系统

能耗公示分为社会公示和校园内部公示两部分.提供单位的用能情况诊断信息；针对建筑、设备、部门等的用能情况评估.针对单体建筑单位面积能耗量、分类能耗量、人均能耗量等指标进行监管，动态展示能耗排名、能耗成本排名等；提供能耗成本、年度节能率等报告[6].公示单位内部能耗情况及排名，以及本年度和上年度的能耗对比信息.

3 用水、用电能耗监测与分析

3.1用水、用电能耗监测

针对哈尔滨学院的建筑实际情况，对具备设备安装条件的17幢建筑楼宇进行水、电能耗监测，并完成每栋楼宇的用水量、用电量总计量，对具备分类分项条件的楼宇进行分项计量.水、电能耗监测的建筑类型包括：教学楼、食堂、学生公寓、行政楼、图书馆、后勤楼、锅炉房、变电所等.该系统于2014年12月开始试运行.

图3(A)、(B)分别是某学生公寓2015年6月25日～6月27日3 d(分别是星期四、星期五、星期六)的照明插座逐时用电量和逐时用水量变化柱状图.工作日6月25和26日和星期六27日的日用电量和日用水量均差别不大，3 d平均的照明插座日用电量为77.0 kW·h；3 d平均的日用水量为34.4 m3.

图3 某学生公寓2015.6.25～2015.6.27分项用能监测(春季学期)

图4(A)、(B)分别是某学生公寓2015年8月6日～8月8日3 d(分别是星期四、星期五、星期六)的照明插座逐时用电量和逐时用水量变化柱状图.此三天是暑假期间，3 d平均的照明插座日用电量为32.1 kW·h；3 d平均的日用水量为5.54 m3.与图3中2015年6月25日～6月27日3 d的用电量和用水量相比，分别减少58.3%和83.4%.

图4 某学生公寓2015.8.6～2015.8.8分项用能监测(暑假)

3.2用水、用电能耗对比分析

能耗管理系统可以对各建筑分项能耗数据进行同比、环比对比分析[7].图5、6分别为行政楼从2014年12月～2016年4月的月用电量和月用水量对比图.对比分析图中数据可以发现，2016年3月和2015年3月相比，用水量和用电量分别减少39.3%和19.4%，两年的4月份节能率与3月份类似.经过调研，行政楼节电主要是因为采用了新型的LED节能灯具.学校正在对各栋楼的灯具陆续进行更换.学校后勤维修部门对系统监测到的一些可能漏水点进行排查，发现并修复了一些漏水点，与往年相比，系统同期的用水量也有所降低.图5、6中2015年2月和2016年1月的月用电量和月用水量都为0，是因为放寒假期间没有管理人员值班，关闭了水、电能耗管理系统，已向相关工作人员反映此问题，以后会有所改进.

图5 行政楼月用电量同期对比图

图6 行政楼月用水量同期对比图

4 供热能耗监测与分析

4.1供热计量管理系统组成及在线监测

供热计量管理系统应用在哈尔滨学院的17幢教师住宅中，供热计量的总建筑面积为197 241 m2.该系统从2015年10月中旬开始调试运行.

供热计量管理系统平台可实时监控，系统可昼夜监控记录各用户的情况并实时记录数据.在整个监控系统中，系统管理员通过计算机界面显示数据，可以直观地观察所有用户热能使用量、缴费信息、室内温度等系统运行中的相关数据，一旦发生异常情况，系统会自动提供警告信息，实现可视化监测和管理[8].

供热计量管理系统由测温、计量系统和远程终端管理系统两部分组成.

测温、计量系统组成及功能实现如下：

1)在每个单元高、低供热区的热入口安装热计量表，计量该区域的采暖耗热量；

2)在每户的代表房间安装温度传感器，用于测量室内温度；

3)温度传感器将室内温度数据通过无线方式发送给无线数据接收器，无线数据接收器安装在热用户门外的管道井内；

4)无线数据接收器把温度数据发送到数据采集集中器中；

5)数据采集集中器根据各个用户的温度数据、面积数据及供热区热计量表的热能数据分摊热量值，实现前台分摊；

6)数据采集集中器通过GPRS方式将数据传至远程终端管理系统.

远程终端管理系统接收数据采集集中器发送的数据，并远程监测每栋楼供热的即时数据如房间温度、供水、回水温度，对数据进行汇总、统计、分析和管理.

供热计量管理系统还可以对各区和各户的实时供热情况分别进行监测，图7为各区供热监测实时数据截图.图7中各列表示热计量表编号、热计量表通讯状态、供暖分摊启动时间、累计分摊热量、供水温度、回水温度、数据接收时间等.

图7 各区供热监测实时数据

4.2供热能耗分析

此供热能耗管理平台可实现对全部建筑、各楼、各单元、各区、各户的日、月、年供热量统计.图8为某幢楼低区两个单元的日供热量对比图.根据基本数据可以分析采暖耗热量指标等数据.由于供热计量管理系统是从2015年10月份采暖季开始时进行调试运行，系统调试初期数据不稳定，波动较大，待以后有完整的一个或多个采暖季数据，可以对相关供热指标进行深入分析.

图8 某幢楼低区两单元日供热量对比图

5 结 语

在哈尔滨学院的电能计量管理系统、给水计量监管系统和供热计量管理系统基础之上，建立了近期和远期的高校建筑能耗管理平台的应用框架和实施方案，该平台可以对建筑的供暖、水、电等各种能耗数据进行实时监测采集，在此基础上进行数据挖掘和多维统计分析，改变原有经验式的宏观管理模式为精细化的数字管理模式，实现了高等院校建筑的合理用能及长效有序节能管理，为校园公共建筑节能工作的全面落地实施和中、长期节能规划目标的确定提供了强有力的数据支撑.

[1] 马金星. 节约型校园节能监管平台关键技术开发与建筑能耗特性评价[D]. 大连: 大连理工大学, 2011.

[2] 关博文.基于无线传感网络的校园水电管理系统开发[D]. 吉林: 东北电力大学, 2014.

[3] 董 茜. 校园能源监测与能耗分析系统的研究与实现[D]. 成都: 电子科技大学, 2013.

[4] 刘 静, 马宪国, 孙天晴. 高校建筑能耗的节能潜力分析[J]. 上海节能, 2010(10): 12-14.

[5] 史永征, 路作龙, 牛培东. 温度面积法供热计量在既有建筑中的应用探讨[J]. 区域供热, 2013, (4): 27-31.

[6] 刘智昌, 马宪国, 王立慷. 上海市高校用能分析[J]. 上海节能, 2008(2): 33-36.

[7] 卢 丽, 宗 通, 徐 琳, 等.广州某大学建筑能耗调查与数据分析[J]. 山东建筑大学学报, 2010, 25(6): 647-651.

[8] 罗雪莹, 董福麟, 王随林. 我国供热计量技术发展应用现状调研分析[J]. 煤气与热力, 2011, 31(2): 34-36.

DevelopmentandapplicationofbuildingenergymanagementsysteminauniversityinHarbin

WANG Yan-ling1, YANG Zhi-hui2, WANG Fang1, ZHANG Xin-quan2

(1. School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China; 2. Department of Managing Construction, Harbin University, Harbin 150086, China; 3. School of Technology, Harbin University, Harbin 150086, China)

Based on the electricity metering and management system, water supply metering and supervision system, heating metering and management system in Harbin University, the framework and scheme of building energy management system platform were set up. The platform can be used to measure different energy consumptions in real time. Statistical energy consumption, energy efficiency, system evaluation and fault diagnosis of different systems can be conducted. By visualization of data, graphic analyses, indexation of energy consumption, digital management, rationalization of user consumption, the platform will surely provide reliable data support for achieving long-lasting and orderly energy efficiency management, and constructing energy-conservation oriented campus.

building energy management; electricity metering; water supply metering; heating metering; energy-conservation oriented campus

2016-11-24.

哈尔滨市城乡建设委员会科研项目

王砚玲(1972-),女，博士，讲师，研究方向：建筑节能.

TU201

：A

1672-0946(2017)04-0482-06