解決方案
Solution
青島黃海學院，是由經教育部批準、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——青島西海岸新區核心地理位置，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“質量立校、人才強校、特色興校、開放辦校”發展戰略。
教育資源是社會資源的重要組成部分，建設可持續發展綠色校園是在新時代實現自身全面協調可持續發展的一項系統工程。教育部印發的《綠色低碳發展國民教育體系建設實施方案》（教發［2022〕2號）及國家住房和城鄉建設部與教育部聯合印發的《高等學校節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展觀、推進節能減排、保障可持續發展提供指南。一些高校已陸續開始嘗試建設校園能耗數據監測平臺，但早期系統大多屬于被動式、粗放型管理模式，能耗采集設備功能相對單一，缺乏詳細的能耗數據監測手段和數據分析方法，無法正確發現用能問題，以致于存在能源浪費現象。
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。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，導致數據獲取困難，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，校園內的照明、暖通、給排水等系統的使用率和節能空間有待提升；景觀燈、路燈等使用管理也可以進一步優化。
構建支持實時數據采集、物聯遠程傳輸、智能動態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測、分析、審計奠定基礎；為評估校園節能功效、完善節能管理機制和制定節能對策提供依據；為建設節約型校園提供數據支撐；為學校能源決策、能源調度、保障健康與舒適環境、提高全校師生節能意識等提供有效手段。通過建立健全能源統計和科學能源監控體系，全面實現在線管理校園能耗、智能管理校園用能，提升校園能源自動化管理水平。
圍繞國家建設資源節約型、環境友好型社會的發展戰略，踐行生態文明建設，根據國家相關政策及公共機構節能管理司建設節約型校園的總體工作要求，緊跟中心工作和發展主題，確定“十四五”期間節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，實現整個校園智能化的能源管理，用電安全管理，資產運維管理，真正打造“多源一體，統一管控”的數字化低碳校園。
圖2.1 建設目標
通過校園智慧能源管控平臺用戶能夠實現：
? 低碳校園泛在計量：以校局域網為主要媒介，以能源的泛在計量為基礎，分校區、分學院、分建筑、分類分項對學校從用能、資產、環境等系統進行數據采集及統計，構建可靠性強、效率高、共享度高的校園運維數據庫，通過多維度數據計算分析，建立能耗分析、智能聯動、故障預警、資產管理、安防告警、故障告警、節能策略等模塊；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，促進綠色低碳發展，提升學院形象和管理水平；
? 歷史數據價值沉淀：基于校園能源歷史數據的時序記錄，進行統計分析，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的運行狀態，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節，結合教學、時間段等因素，全面評估和優化校園能效。同時，結合校園能源系統運行情況和電價政策，優化當前能效，制定安全、經濟的能源使用方案。利用大數據趨勢預測方法，結合季節性、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，以便及時調整能源使用策略，確保在維持最佳質量標準的同時，實現成本和資源的有效節約，實現校園能源的可持續利用；
? 安全評估預警：通過對學校建筑的相關數據進行收集和整理，包括建筑結構、建筑材料、使用情況等。可以利用數字孿生技術來建立各個系統的虛擬模型，包括建筑結構、電力線路、設備等。通過實時監測和數據分析，可以獲取配電系統中各個設備和節點的運行狀態和能耗情況。然后，利用數據算法對數字模型進行計算和分析，實現對各個系統的智能管理和優化控制。通過數模聯動的方式，可以更加準確地模擬和預測各個系統的行為，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。通過監測數據統計分析，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化內部管理，通過數據的完整行優化內部成本核算，提高運行管理水平，推進學校建筑節能的精細化管理；
? 為新建規劃和科學研究提供數據支撐。為符合節能設計規范和綠色建筑評價標準的新建建筑規劃設計提供數據支撐；為綠色建筑、能源、安防、資產、環境系統規劃等科學研究提供詳實有力的數據資源。
校園數字化能源管控平臺系統架構旨在將整個校園變成一個智能系統，多方位全面的根據學校的建筑特點，使用習慣以及用能情況進行合理設計規劃，實現人-人、人-設備、設備-物聯網以及設備之間的互聯互通。該系統打通了校園各個層級之間的信息傳遞，包括校園區域、建筑設施、能源設備等信息的透明可視化。通過數字化管理平臺，實現對校園能源的精細化監控，提高能源利用效率，確保設備運行穩定、能源使用效率提升、校園安全無事故。整個系統采用分布式運算結構，各個子系統之間耦合度低，不會產生數據依賴，從而保證系統的穩定性和可靠性。系統方案架構如下圖所示：
圖3.1 方案架構
校園數字化能源管控平臺，通過業務集成連接能源監管系統、變配電動環監控、電動車充電管理、供暖優化控制、課室照明及風扇管控、暖通優化控制、路燈節能控制、網絡預付費系統等相關單元、子系統，通過多協議網關實現不同的數據接口之間的統一，并通過在線整合，在數據庫中建立通用數據模型，到達節能監管平臺核心分析層，通過核心分析層進行管理、分析、優化，實現學校能源監控一體化管理。
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測，通過平臺分析結果對設備進行智慧控制，并進行合理調度分配，進行節能任務的安排及管理。
1）全面統籌
以“云”平臺為核心，以“數據”為基礎，以“數據分析”和“數據挖掘”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功能和數據，建設從學校—校區—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，將校園數字化能源管控體系建設與構建未來綠色建筑規劃有機結合；
2）逐步推進
以校園數字化能源管控平臺為框架，與校區能耗管理制度相結合，逐步建立和完善校區的能管制度和能管標準；采用由上至下，由區域到建筑，由建筑到房間的實施策略，先逐步將校區下屬建筑的一級能耗（建筑的總能耗）納入到區域能管平臺，然后按照順序逐步搭建建筑能管系統，將建筑內的二級、三級能耗（層間、房間的能耗）納入到建筑能管系統中；根據平臺的數據，逐步完善不同建筑類型之間的能管數據標準，為其他建筑提供參考數據；構建“能源流+信息流+業務流”級聯控制網絡，通過分層建設，達到平臺能力及應用的可成長、可擴充，構建能源系統產學研用共享平臺，實現能源的智能化管理、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新應用示范。
校園數字化能源管控平臺建設是一個系統性項目，重點關注能源的配給和綜合利用，其建設內容包括綜合能源管控平臺（智能應用、數據資源、基礎資源）、校園能源物聯網（網絡通信、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。整個系統架構如下圖所示：
圖3.2 校園數字化能源管控系統組成
3.4.1校園四級用能計量
校園數字化能源管控系統提供四級用能計量功能：配電房總表、樓層總表、樓層各區域分表和責任區域計量。配電房總表監測整個校園的電能使用情況，樓層總表監測每個樓層的情況，樓層各區域分表實現分戶、分項、分類的實時計量。責任區域計量按區域（如學院、部門）監測能耗，促進能源管理的有效實施。系統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，有助于精細化監測和管理能源使用。能耗KPI指標則評估和監測能源管理效果，包括能源消耗量、與產值的比例等指標。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，促進校園可持續發展。
3.4.3 有序用電管理
系統提供一系列有序用電管理功能，包括監管看板、監管統計、違規統計、區域監管匯總、違規統計等。系統還提供有序用電監管列表、監管日歷、監管查詢、本月監管企業等功能。此外，系統支持有序用電任務管控，包括導入和預測功能、區域用電占比分析、監管明細、有序任務天數明細等功能。這些功能幫助學校建筑實現用電管理的有序化，提高用電效率，減少能源浪費。
3.4.4 能流分析，過程追溯
以客觀數據為依據，對校園整體、不同樓宇、各個區域、設備等對象，對總能耗及各組成部分能耗進行監測。系統能夠全面反映能源流向，發現能耗上的薄弱環節，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，為實現能源管理的精細化和優化提供重要依據。此外，根據能流圖，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 校園數字化能源管控能耗追溯
3.4.5 供配電室綜合監控
系統提供供配電室綜合監控功能，全面掌握用電設備運行情況，實現故障及時跟蹤響應，變傳統被動式運維為主動集中式運維，實現運維管理信息化和用能管理精細化。系統包括高低壓配電柜全電量監測、三相電壓、電流等電力參數監測和開關、儲能、刀閘等狀態的遠程控制，以及電能質量監測和告警功能。此外，系統還支持無線測溫功能，可監測各回路母排溫度。通過透明化的用電數據管理，消除了紙質化記錄的需求，同時也消除了傳統周期性人工值守巡檢，實現了異常告警提醒和運維流程全追蹤。系統還提供專業的診斷報告推送，全面把握校園用電現狀，為優化能源利用提供有效支持。
圖3.4 校園數字化能源管控電力組態監測
3.4.6 用電安全監管
實時監控過漏電、剩余電流、短路、過溫度、過載、過壓、欠壓等電氣用電故障，同時實現校園內用電的統一管控和集中管理，避免能源浪費。系統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。通過智慧聯網，實時監測和管理校園內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 空調暖通控制
空調暖通調控功能包括智能調控、溫濕度監測、定時開關、節能模式、故障監測報警、遠程控制、數據分析等。系統能根據不同區域需求智能調節設備運行，監測環境參數保證舒適度，定時開關節約能源，故障監測及時處理，遠程控制方便管理，數據分析優化能源利用效率，全面提升校園能源管理水平，實現節能減排目標。
圖3.5 校園數字化能源管控空調暖通控制
3.4.8 智慧照明節能
校園數字化能源管控系統的智慧照明調控功能包括分時分區用能、在線監測、實時控制、定時開關等。系統支持人體感應，通過檢測人體紅外信號感知人體移動，自動控制照明系統。此外，系統支持集中控制、遠程數據傳輸、24小時數據采集、多平臺報警推送、實時監控、報警提醒、歷史記錄、數據分析、隱患處理、運營監管等功能，為校園照明提供智能化、高效能源利用的解決方案。
圖3.6 校園數字化能源管控智慧照明控制
3.4.9 計量收費
系統支持智能電表、智能水表、空調計量等收費功能，實現解放人力，降低成本，增加收入。系統實現預付費管理，能夠自動生成賬單報表，智能公攤收費合理，操作便捷。系統支持多種場景，包括學生公寓水電支付、教職工公寓、生活區、商業區水電支付管理。此外，系統能夠進行線損分析，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。系統還能及時發布房源/通知及增值服務，將轉供電數據實時上傳碳中和數字化能源業務平臺，實現用電監管更加安心。
圖3.6 校園數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測與分析、智能節能控制、碳排放核算、節能設備應用和碳交易管理等手段，實現了對校園能源消耗和碳排放的精準管理。系統能夠監測能源使用情況，提供優化建議，控制設備運行，推廣應用節能設備，核算碳排放量，并管理碳交易，為校園低碳發展提供了全面支持。
圖3.7 校園數字化能源管控低碳管理
圖4.1 實施步驟
? 調研階段：進一步了解學校數字化能源管控的需求與挑戰
? 分析階段：確認目標與實施規劃
? 定義階段：建立具體的項目可交付內容
? 設計階段：技術和業務流程設計
? 開發階段：配置、客戶化、系統測試
? 實施階段：培訓并執行解決方案
? 優化階段：投運后持續改進及數據
《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程》DL/T 5137-2001
《電能計量裝置技術管理規程》DL/T 448-2000
《民用建筑能耗數據采集標準》JGJ/T154-2007
《多功能電能表通信規約》DL/T 645-1997
《多功能電能表》DL/T614-1997
《電能計量裝置技術管理規程》DL/T 448-2000
《電測量及電能計量裝置設計技術規程》DL/T 5137-2001
《電能計量裝置安裝接線規則》DL/T 825-2002
《戶用計量儀表數據傳輸技術條件》CJ/T 188-2004
《低壓配電設計規范》GB50054-95
《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范》GB 50168-2006
《建筑電氣施工質量驗收規范》 GB50303-2002
《智能建筑設計標準》GB/T 50314-2006
《智能建筑工程質量驗收規范》GB 50339-2003
《電子遠傳水表》 CJT 224-2012
《電子直讀式水表》 CJT 383-2011
《熱水水表規范》 JBT 8802-1998
《熱量表》 CJ128－2000
通過校園數字化能源管控平臺的建設，實現校園水電氣能耗數據的實時采集，根據水電氣能耗預測和缺陷分析，可提早發現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）管理節能：能夠優化建筑物用能系統的運行管理和無成本的節能改進而節約能源，預計能夠節能10％～20％。
（2）行為節能：通過系統的建成，同時落實一系列的節能管理工作，提高人員的節約用能意識進一步的降低能耗。
（3）設備節能：從設備全生命周期的角度來看，延長設備的正常使用時間，可產生直接的經濟效益。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％，節約設備檢修費用10%～25％。直接收益約10％。
（4）控制節能：對每間教室的照明/風扇及空調設備進行監管，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。通過智能空調控制系統和智能照明/風扇聯動控制系統實現對空調、照明、風扇的管理節能，可有效提高管理效率，年節約人工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%。
信息化應用系統的建設，提供了系統化的應用工具，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新性的研究和實踐工作。同時通過應用系統的業務數據分析，為后勤業務部門的管理決策及業務流程的改進提供數據依據，促進校園后勤管理的高效提升。
構建校園數字化能源管控平臺，以設備資源和數據信息服務為核心內容，實現智能的校園用電管理，用水管理，空調管理和照明管理，基于能源的數據分析創新校園管理模式實現能源信息化和數字化，為學校管理節能管理的決策能力的提升提供數據支撐。
該項目的落實和推廣必將帶動學校所在地區其他校的節約型校園建設，真正起到宣傳我國能源現狀與節約型社會建設的重大意義，同時也將對社會各界節能起到示范作用，結合媒體宣傳可以極大的提高學校形象。通過節能監管系統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效率。
該系統建成后將具有顯著的節能、節水和提高資源利用率的效果，在節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保，可發展的針和政策管理越方針和政策。
