一、項目背景

1.1 概述

青島黃海學院，是由經(jīng)教育部批準、具有學士學位授予資格的普通本科高校。學校坐落在國家級新區(qū)——青島西海岸新區(qū)核心地理位置，交通便利，山海相間，氣候宜人，宜學宜居；學校秉承“知行合一”校訓，遵循“惟德惟能、止于至善”校風，踐行“博學、慎思、明辨、篤行”學風，堅持“質(zhì)量立校、人才強校、特色興校、開放辦?！卑l(fā)展戰(zhàn)略。

1.2 需求分析

教育資源是社會資源的重要組成部分，建設可持續(xù)發(fā)展綠色校園是在新時代實現(xiàn)自身全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的一項系統(tǒng)工程。教育部印發(fā)的《綠色低碳發(fā)展國民教育體系建設實施方案》（教發(fā)［2022〕2號）及國家住房和城鄉(xiāng)建設部與教育部聯(lián)合印發(fā)的《高等學校節(jié)約型校園建設管理及技術導則》，為我國高等學校校園建設深入貫徹落實科學發(fā)展觀、推進節(jié)能減排、保障可持續(xù)發(fā)展提供指南。一些高校已陸續(xù)開始嘗試建設校園能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺，但早期系統(tǒng)大多屬于被動式、粗放型管理模式，能耗采集設備功能相對單一，缺乏詳細的能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測手段和數(shù)據(jù)分析方法，無法正確發(fā)現(xiàn)用能問題，以致于存在能源浪費現(xiàn)象。

隨著學校的不斷擴大，校園運維難度也面臨越來越大的挑戰(zhàn)。學校集教學、科研和生活于一體，占地面積大、建筑類型多、功能劃分復雜，用能類型多樣，能源管理成本高；配電回路錯綜復雜，線路深埋地下，導致數(shù)據(jù)獲取困難，故障定位缺乏有效手段；設備和線路老化嚴重，未能及時更新維護，存在安全隱患；大多數(shù)高校并未建立能效考核績效指標，用能群體對能源的使用的節(jié)約意識薄弱，如長時間開燈、使用大功率電器等，造成能源浪費和安全隱患。同時，校園內(nèi)的照明、暖通、給排水等系統(tǒng)的使用率和節(jié)能空間有待提升；景觀燈、路燈等使用管理也可以進一步優(yōu)化。

構建支持實時數(shù)據(jù)采集、物聯(lián)遠程傳輸、智能動態(tài)管理的智慧能源管控平臺尤為重要，平臺將為校園實施能源監(jiān)測、分析、審計奠定基礎；為評估校園節(jié)能功效、完善節(jié)能管理機制和制定節(jié)能對策提供依據(jù)；為建設節(jié)約型校園提供數(shù)據(jù)支撐；為學校能源決策、能源調(diào)度、保障健康與舒適環(huán)境、提高全校師生節(jié)能意識等提供有效手段。通過建立健全能源統(tǒng)計和科學能源監(jiān)控體系，全面實現(xiàn)在線管理校園能耗、智能管理校園用能，提升校園能源自動化管理水平。

二、總體目標

圍繞國家建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的發(fā)展戰(zhàn)略，踐行生態(tài)文明建設，根據(jù)國家相關政策及公共機構節(jié)能管理司建設節(jié)約型校園的總體工作要求，緊跟中心工作和發(fā)展主題，確定“十四五”期間節(jié)約型校園建設總體目標。建立一套完整的校園智慧能源管控平臺，實現(xiàn)整個校園智能化的能源管理，用電安全管理，資產(chǎn)運維管理，真正打造“多源一體，統(tǒng)一管控”的數(shù)字化低碳校園。

圖2.1  建設目標

通過校園智慧能源管控平臺用戶能夠?qū)崿F(xiàn)：

? 低碳校園泛在計量：以校局域網(wǎng)為主要媒介，以能源的泛在計量為基礎，分校區(qū)、分學院、分建筑、分類分項對學校從用能、資產(chǎn)、環(huán)境等系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)計，構建可靠性強、效率高、共享度高的校園運維數(shù)據(jù)庫，通過多維度數(shù)據(jù)計算分析，建立能耗分析、智能聯(lián)動、故障預警、資產(chǎn)管理、安防告警、故障告警、節(jié)能策略等模塊；保障學院的正常供電，降低運營成本和能耗，提高運維效率和靈活性，促進綠色低碳發(fā)展，提升學院形象和管理水平；

? 歷史數(shù)據(jù)價值沉淀：基于校園能源歷史數(shù)據(jù)的時序記錄，進行統(tǒng)計分析，以挖掘出能源使用中的關鍵問題，推薦最佳的能源利用策略，評估各個設施和系統(tǒng)的運行狀態(tài)，生成全面的分析報告。這不僅反映了當前能源使用的情況，還提供了未來能源質(zhì)量改進的具體指導；

? 能效分析預測：通過深入分析校園能效的每個環(huán)節(jié)，結合教學、時間段等因素，全面評估和優(yōu)化校園能效。同時，結合校園能源系統(tǒng)運行情況和電價政策，優(yōu)化當前能效，制定安全、經(jīng)濟的能源使用方案。利用大數(shù)據(jù)趨勢預測方法，結合季節(jié)性、月度變化、能源使用量等因素，對校園能效和能源使用量進行趨勢分析，預測未來一段時間的變化趨勢，以便及時調(diào)整能源使用策略，確保在維持最佳質(zhì)量標準的同時，實現(xiàn)成本和資源的有效節(jié)約，實現(xiàn)校園能源的可持續(xù)利用；

? 安全評估預警：通過對學校建筑的相關數(shù)據(jù)進行收集和整理，包括建筑結構、建筑材料、使用情況等?？梢岳脭?shù)字孿生技術來建立各個系統(tǒng)的虛擬模型，包括建筑結構、電力線路、設備等。通過實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，可以獲取配電系統(tǒng)中各個設備和節(jié)點的運行狀態(tài)和能耗情況。然后，利用數(shù)據(jù)算法對數(shù)字模型進行計算和分析，實現(xiàn)對各個系統(tǒng)的智能管理和優(yōu)化控制。通過數(shù)模聯(lián)動的方式，可以更加準確地模擬和預測各個系統(tǒng)的行為，提高運維效率和靈活性，同時保障學院的正常運行；

? 制定用能策略，提升管理水平。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，制定各空間用能策略，符合學校用能特點和管理要求的各類別建筑、設備用能策略，采取策略控制手段，采用新型遙控設備等措施優(yōu)化內(nèi)部管理，通過數(shù)據(jù)的完整行優(yōu)化內(nèi)部成本核算，提高運行管理水平，推進學校建筑節(jié)能的精細化管理；

? 為新建規(guī)劃和科學研究提供數(shù)據(jù)支撐。為符合節(jié)能設計規(guī)范和綠色建筑評價標準的新建建筑規(guī)劃設計提供數(shù)據(jù)支撐；為綠色建筑、能源、安防、資產(chǎn)、環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃等科學研究提供詳實有力的數(shù)據(jù)資源。

三、系統(tǒng)方案

3.1 系統(tǒng)架構

校園數(shù)字化能源管控平臺系統(tǒng)架構旨在將整個校園變成一個智能系統(tǒng)，多方位全面的根據(jù)學校的建筑特點，使用習慣以及用能情況進行合理設計規(guī)劃，實現(xiàn)人-人、人-設備、設備-物聯(lián)網(wǎng)以及設備之間的互聯(lián)互通。該系統(tǒng)打通了校園各個層級之間的信息傳遞，包括校園區(qū)域、建筑設施、能源設備等信息的透明可視化。通過數(shù)字化管理平臺，實現(xiàn)對校園能源的精細化監(jiān)控，提高能源利用效率，確保設備運行穩(wěn)定、能源使用效率提升、校園安全無事故。整個系統(tǒng)采用分布式運算結構，各個子系統(tǒng)之間耦合度低，不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)依賴，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)方案架構如下圖所示：

圖3.1  方案架構

校園數(shù)字化能源管控平臺，通過業(yè)務集成連接能源監(jiān)管系統(tǒng)、變配電動環(huán)監(jiān)控、電動車充電管理、供暖優(yōu)化控制、課室照明及風扇管控、暖通優(yōu)化控制、路燈節(jié)能控制、網(wǎng)絡預付費系統(tǒng)等相關單元、子系統(tǒng)，通過多協(xié)議網(wǎng)關實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)接口之間的統(tǒng)一，并通過在線整合，在數(shù)據(jù)庫中建立通用數(shù)據(jù)模型，到達節(jié)能監(jiān)管平臺核心分析層，通過核心分析層進行管理、分析、優(yōu)化，實現(xiàn)學校能源監(jiān)控一體化管理。

為了達到精益化綜合能源管控中心“安全、高效”的能源管理要求，本系統(tǒng)應用設計一個管理中心，多級分布管理方案，管理中心對從能源供給到終端消費的能源流的全方位信息監(jiān)測，通過平臺分析結果對設備進行智慧控制，并進行合理調(diào)度分配，進行節(jié)能任務的安排及管理。

3.2 系統(tǒng)設計思路

1）全面統(tǒng)籌

以“云”平臺為核心，以“數(shù)據(jù)”為基礎，以“數(shù)據(jù)分析”和“數(shù)據(jù)挖掘”為主要手段，以“角色”為服務對象，針對不同角色提供不同的系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)，建設從學校—校區(qū)—建筑—房間（或重要儀器設備、重點用能單位、重點耗能設備）的多級能管體系；同時，將校園數(shù)字化能源管控體系建設與構建未來綠色建筑規(guī)劃有機結合；

2）逐步推進

以校園數(shù)字化能源管控平臺為框架，與校區(qū)能耗管理制度相結合，逐步建立和完善校區(qū)的能管制度和能管標準；采用由上至下，由區(qū)域到建筑，由建筑到房間的實施策略，先逐步將校區(qū)下屬建筑的一級能耗（建筑的總能耗）納入到區(qū)域能管平臺，然后按照順序逐步搭建建筑能管系統(tǒng)，將建筑內(nèi)的二級、三級能耗（層間、房間的能耗）納入到建筑能管系統(tǒng)中；根據(jù)平臺的數(shù)據(jù)，逐步完善不同建筑類型之間的能管數(shù)據(jù)標準，為其他建筑提供參考數(shù)據(jù)；構建“能源流+信息流+業(yè)務流”級聯(lián)控制網(wǎng)絡，通過分層建設，達到平臺能力及應用的可成長、可擴充，構建能源系統(tǒng)產(chǎn)學研用共享平臺，實現(xiàn)能源的智能化管理、能源的智能供應、能源信息的共享與成果展示、能源相關關鍵技術創(chuàng)新應用示范。

3.3 系統(tǒng)組成

校園數(shù)字化能源管控平臺建設是一個系統(tǒng)性項目，重點關注能源的配給和綜合利用，其建設內(nèi)容包括綜合能源管控平臺（智能應用、數(shù)據(jù)資源、基礎資源）、校園能源物聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡通信、控制與傳感）和校園能源基礎設施（水電供用設施）。用戶主要為：學校及相關職能部門、學校教職工與學生。整個系統(tǒng)架構如下圖所示：

圖3.2  校園數(shù)字化能源管控系統(tǒng)組成

3.4 功能概述

3.4.1校園四級用能計量

校園數(shù)字化能源管控系統(tǒng)提供四級用能計量功能：配電房總表、樓層總表、樓層各區(qū)域分表和責任區(qū)域計量。配電房總表監(jiān)測整個校園的電能使用情況，樓層總表監(jiān)測每個樓層的情況，樓層各區(qū)域分表實現(xiàn)分戶、分項、分類的實時計量。責任區(qū)域計量按區(qū)域（如學院、部門）監(jiān)測能耗，促進能源管理的有效實施。系統(tǒng)還包括電氣火災報警和電氣安全管理功能，確保校園電氣設施的安全運行。

圖3.3  校園數(shù)字化能源管控能源計量

3.4.2 校園建筑能耗kpi指標

提供校園能耗分類、分項指標和能耗KPI功能：能耗分類分項指標將能源消耗按不同用途或部門進行細分，如教學樓、實驗室等，有助于精細化監(jiān)測和管理能源使用。能耗KPI指標則評估和監(jiān)測能源管理效果，包括能源消耗量、與產(chǎn)值的比例等指標。這些功能為校園管理者提供了更準確的能源管理手段，幫助提高能源利用效率，降低成本，促進校園可持續(xù)發(fā)展。

3.4.3 有序用電管理

系統(tǒng)提供一系列有序用電管理功能，包括監(jiān)管看板、監(jiān)管統(tǒng)計、違規(guī)統(tǒng)計、區(qū)域監(jiān)管匯總、違規(guī)統(tǒng)計等。系統(tǒng)還提供有序用電監(jiān)管列表、監(jiān)管日歷、監(jiān)管查詢、本月監(jiān)管企業(yè)等功能。此外，系統(tǒng)支持有序用電任務管控，包括導入和預測功能、區(qū)域用電占比分析、監(jiān)管明細、有序任務天數(shù)明細等功能。這些功能幫助學校建筑實現(xiàn)用電管理的有序化，提高用電效率，減少能源浪費。

3.4.4 能流分析，過程追溯

以客觀數(shù)據(jù)為依據(jù)，對校園整體、不同樓宇、各個區(qū)域、設備等對象，對總能耗及各組成部分能耗進行監(jiān)測。系統(tǒng)能夠全面反映能源流向，發(fā)現(xiàn)能耗上的薄弱環(huán)節(jié)，為制定校園能源消耗平衡表提供支持。通過這一功能，可以分步、清晰地計算校園的能耗指標，為實現(xiàn)能源管理的精細化和優(yōu)化提供重要依據(jù)。此外，根據(jù)能流圖，分析能源利用效率情況，進一步提高能源利用效率，加強能源管理、提高效率。

圖3.3  校園數(shù)字化能源管控能耗追溯

3.4.5 供配電室綜合監(jiān)控

系統(tǒng)提供供配電室綜合監(jiān)控功能，全面掌握用電設備運行情況，實現(xiàn)故障及時跟蹤響應，變傳統(tǒng)被動式運維為主動集中式運維，實現(xiàn)運維管理信息化和用能管理精細化。系統(tǒng)包括高低壓配電柜全電量監(jiān)測、三相電壓、電流等電力參數(shù)監(jiān)測和開關、儲能、刀閘等狀態(tài)的遠程控制，以及電能質(zhì)量監(jiān)測和告警功能。此外，系統(tǒng)還支持無線測溫功能，可監(jiān)測各回路母排溫度。通過透明化的用電數(shù)據(jù)管理，消除了紙質(zhì)化記錄的需求，同時也消除了傳統(tǒng)周期性人工值守巡檢，實現(xiàn)了異常告警提醒和運維流程全追蹤。系統(tǒng)還提供專業(yè)的診斷報告推送，全面把握校園用電現(xiàn)狀，為優(yōu)化能源利用提供有效支持。

圖3.4  校園數(shù)字化能源管控電力組態(tài)監(jiān)測

3.4.6 用電安全監(jiān)管

實時監(jiān)控過漏電、剩余電流、短路、過溫度、過載、過壓、欠壓等電氣用電故障，同時實現(xiàn)校園內(nèi)用電的統(tǒng)一管控和集中管理，避免能源浪費。系統(tǒng)可快速斷電并上報異常，方便檢查與整改，改造方便，直接在原有設備上進行升級改造，即裝即用。通過智慧聯(lián)網(wǎng)，實時監(jiān)測和管理校園內(nèi)各個場所的用電情況，提高了用電管理的效率和精準度。

3.4.7 空調(diào)暖通控制

空調(diào)暖通調(diào)控功能包括智能調(diào)控、溫濕度監(jiān)測、定時開關、節(jié)能模式、故障監(jiān)測報警、遠程控制、數(shù)據(jù)分析等。系統(tǒng)能根據(jù)不同區(qū)域需求智能調(diào)節(jié)設備運行，監(jiān)測環(huán)境參數(shù)保證舒適度，定時開關節(jié)約能源，故障監(jiān)測及時處理，遠程控制方便管理，數(shù)據(jù)分析優(yōu)化能源利用效率，全面提升校園能源管理水平，實現(xiàn)節(jié)能減排目標。

圖3.5  校園數(shù)字化能源管控空調(diào)暖通控制

3.4.8 智慧照明節(jié)能

校園數(shù)字化能源管控系統(tǒng)的智慧照明調(diào)控功能包括分時分區(qū)用能、在線監(jiān)測、實時控制、定時開關等。系統(tǒng)支持人體感應，通過檢測人體紅外信號感知人體移動，自動控制照明系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)支持集中控制、遠程數(shù)據(jù)傳輸、24小時數(shù)據(jù)采集、多平臺報警推送、實時監(jiān)控、報警提醒、歷史記錄、數(shù)據(jù)分析、隱患處理、運營監(jiān)管等功能，為校園照明提供智能化、高效能源利用的解決方案。

圖3.6  校園數(shù)字化能源管控智慧照明控制

3.4.9 計量收費

系統(tǒng)支持智能電表、智能水表、空調(diào)計量等收費功能，實現(xiàn)解放人力，降低成本，增加收入。系統(tǒng)實現(xiàn)預付費管理，能夠自動生成賬單報表，智能公攤收費合理，操作便捷。系統(tǒng)支持多種場景，包括學生公寓水電支付、教職工公寓、生活區(qū)、商業(yè)區(qū)水電支付管理。此外，系統(tǒng)能夠進行線損分析，直觀顯示線路損耗情況，支持過載、過流等異常事件的自動上報，保障安全。系統(tǒng)還能及時發(fā)布房源/通知及增值服務，將轉(zhuǎn)供電數(shù)據(jù)實時上傳碳中和數(shù)字化能源業(yè)務平臺，實現(xiàn)用電監(jiān)管更加安心。

圖3.6  校園數(shù)字化能源管控預付費管理

3.4.10 低碳管理

低碳管理功能通過智能化能源監(jiān)測與分析、智能節(jié)能控制、碳排放核算、節(jié)能設備應用和碳交易管理等手段，實現(xiàn)了對校園能源消耗和碳排放的精準管理。系統(tǒng)能夠監(jiān)測能源使用情況，提供優(yōu)化建議，控制設備運行，推廣應用節(jié)能設備，核算碳排放量，并管理碳交易，為校園低碳發(fā)展提供了全面支持。

圖3.7  校園數(shù)字化能源管控低碳管理

四、實施步驟

圖4.1  實施步驟

? 調(diào)研階段：進一步了解學校數(shù)字化能源管控的需求與挑戰(zhàn)

? 分析階段：確認目標與實施規(guī)劃

? 定義階段：建立具體的項目可交付內(nèi)容

? 設計階段：技術和業(yè)務流程設計

? 開發(fā)階段：配置、客戶化、系統(tǒng)測試

? 實施階段：培訓并執(zhí)行解決方案

? 優(yōu)化階段：投運后持續(xù)改進及數(shù)據(jù)

五、技術標準

《用能單位能源計量器具配備和管理通則》 GB 17167

《電測量及電能計量裝置設計技術規(guī)程》DL/T 5137-2001

《電能計量裝置技術管理規(guī)程》DL/T 448-2000

《民用建筑能耗數(shù)據(jù)采集標準》JGJ/T154-2007

《多功能電能表通信規(guī)約》DL/T 645-1997

《多功能電能表》DL/T614-1997

《電能計量裝置技術管理規(guī)程》DL/T 448-2000

《電測量及電能計量裝置設計技術規(guī)程》DL/T 5137-2001

《電能計量裝置安裝接線規(guī)則》DL/T 825-2002

《戶用計量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術條件》CJ/T 188-2004

《低壓配電設計規(guī)范》GB50054-95

《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范》GB 50168-2006

《建筑電氣施工質(zhì)量驗收規(guī)范》 GB50303-2002

《智能建筑設計標準》GB/T 50314-2006

《智能建筑工程質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50339-2003

《電子遠傳水表》 CJT 224-2012

《電子直讀式水表》 CJT 383-2011

《熱水水表規(guī)范》 JBT 8802-1998

《熱量表》 CJ128－2000 

六、效益預測

6.1. 經(jīng)濟效益

1、智能管理，實現(xiàn)節(jié)能減排目標

通過校園數(shù)字化能源管控平臺的建設，實現(xiàn)校園水電氣能耗數(shù)據(jù)的實時采集，根據(jù)水電氣能耗預測和缺陷分析，可提早發(fā)現(xiàn)由于管理運行的疏忽造成的運行能耗浪費，加強各類設備的科學運行管理，從而大大降低校園水電氣的使用能耗。

（1）管理節(jié)能：能夠優(yōu)化建筑物用能系統(tǒng)的運行管理和無成本的節(jié)能改進而節(jié)約能源，預計能夠節(jié)能10％～20％。

（2）行為節(jié)能：通過系統(tǒng)的建成，同時落實一系列的節(jié)能管理工作，提高人員的節(jié)約用能意識進一步的降低能耗。

（3）設備節(jié)能：從設備全生命周期的角度來看，延長設備的正常使用時間，可產(chǎn)生直接的經(jīng)濟效益。綜合運行與管理平臺在設備運推方面有無可比擬的優(yōu)勢通過對各類用能設備的安全運行保障及合理使用，延長設備使用壽命，并減少設備維保費用，節(jié)省設備更新投資等不必要的收入損失，綜合提高設備可用率2％～10％，延長設備壽命10%～15％，節(jié)約設備檢修費用10%～25％。直接收益約10％。

（4）控制節(jié)能：對每間教室的照明/風扇及空調(diào)設備進行監(jiān)管，結合教學和學生使用需求進行科學的管理，合理使用，在滿足使用需求的情況下提高設備使用效率，減少不必要的浪費，提高校園后勤管理水平。通過智能空調(diào)控制系統(tǒng)和智能照明/風扇聯(lián)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對空調(diào)、照明、風扇的管理節(jié)能，可有效提高管理效率，年節(jié)約人工2人/年，降低教室整體用電能耗費用10%～20%，降低生均電耗指標10%～20%。

2、提升校園智慧后期管理的規(guī)范性、高效性

信息化應用系統(tǒng)的建設，提供了系統(tǒng)化的應用工具，大大減輕了后勤管理人員的工作強度，使得后勤管理人員能集中更多精力從事創(chuàng)新性的研究和實踐工作。同時通過應用系統(tǒng)的業(yè)務數(shù)據(jù)分析，為后勤業(yè)務部門的管理決策及業(yè)務流程的改進提供數(shù)據(jù)依據(jù)，促進校園后勤管理的高效提升。

6.2. 社會效益

構建校園數(shù)字化能源管控平臺，以設備資源和數(shù)據(jù)信息服務為核心內(nèi)容，實現(xiàn)智能的校園用電管理，用水管理，空調(diào)管理和照明管理，基于能源的數(shù)據(jù)分析創(chuàng)新校園管理模式實現(xiàn)能源信息化和數(shù)字化，為學校管理節(jié)能管理的決策能力的提升提供數(shù)據(jù)支撐。

該項目的落實和推廣必將帶動學校所在地區(qū)其他校的節(jié)約型校園建設，真正起到宣傳我國能源現(xiàn)狀與節(jié)約型社會建設的重大意義，同時也將對社會各界節(jié)能起到示范作用，結合媒體宣傳可以極大的提高學校形象。通過節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)的建設能夠有效地提高院用能效率，大大提高設備運行的安全性和生產(chǎn)效率。

6.3. 環(huán)境效益

該系統(tǒng)建成后將具有顯著的節(jié)能、節(jié)水和提高資源利用率的效果，在節(jié)能的同時大大低了燃燒礦物燃料而引起的二氧化碳和其他溫室氣體及污染物的排放，充分響應了國家建設低碳環(huán)保，可發(fā)展的針和政策管理越方針和政策。