項目介紹

　　作為國家高新技術區(qū)，紫竹園區(qū)始終緊緊圍繞“十二五”節(jié)能減排目標，致力于通過建立上海紫竹高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)能耗監(jiān)測數據中心平臺，完成園區(qū)內大型建筑用能分項計量裝置的安裝及聯(lián)網，最終打造成為低耗能園區(qū)典范。

　　上海紫竹高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)能耗監(jiān)測數據中心平臺將實現(xiàn)建筑能耗監(jiān)測全面覆蓋，重點是用能建筑的節(jié)能管理數字化的目標。旨在通過中心平臺的建設全面掌握園區(qū)及建筑各用能設備單元或管理單元的能源數據，發(fā)現(xiàn)園區(qū)及各建筑樓宇潛在的管理漏洞或能耗漏洞，尋找節(jié)能潛力、提供改造方案、指導改造實施，從而提升使用者的節(jié)能意識、整體優(yōu)化系統(tǒng)的運行管理策略。

　　項目分節(jié)點完成計劃：2011年上半年，以試點的方式完成了紫竹園數碼港三號樓的能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設。2012年，計劃建成上海紫竹高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)能耗監(jiān)測數據中心平臺，完成紫竹園數碼港六、七號樓用能分項計量裝置的安裝及聯(lián)網。2013年，計劃完成上海紫竹高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)部分著名企業(yè)大型辦公樓及數碼港大型建筑用能分項計量裝置的安裝及聯(lián)網。2014年，計劃基本完成園區(qū)內各企業(yè)大型建筑用能分項計量裝置的安裝及聯(lián)網。

　　中心平臺系統(tǒng)具體架構及功能介紹

　　平臺架構

　　上海紫竹高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)能耗監(jiān)測數據中心平臺將由數據中心層、采集終端層和智能儀表層三部分組成。其中智能儀表層負責實時采集各類能源的用量數據，并為能耗數據采集終端提供原始能耗數據;采集終端層負責對各類儀表傳送過來的數據進行處理、存儲，數據穩(wěn)定上傳至能耗監(jiān)測數據中心平臺;數據中心層提供能耗數據統(tǒng)計、分析、公示、動態(tài)監(jiān)測、建筑信息管理、信息發(fā)布等服務。

　　能耗監(jiān)測系統(tǒng)的底層采集系統(tǒng)架構主要使用數據采集網關通過RS-485總線、Wi-Fi等無線網絡或者電力線載波等通訊方式采集各種現(xiàn)場計量表具數據。數據采集網關進行數據解析、數據驗證等簡單的計算處理，再通過以網絡將數據發(fā)送至園區(qū)能耗監(jiān)測數據中心服務器平臺，或者通過廣域網傳送至區(qū)級能耗監(jiān)測的數據中心。在這個架構設計中，將利用各種采集傳輸技術獲得的數據，轉化成統(tǒng)一的IP數據包，最終接入統(tǒng)一的網絡。

　　功能實現(xiàn)

　　不同公共建筑各種通訊形式的計量表具通過數據采集網關統(tǒng)一轉換整合接入廣域網網絡后，數據就可以傳遞到世界上任何一臺指定的服務器中。至此，我們需要繼續(xù)考慮的問題有三個：如何實現(xiàn)這些原始數據的存儲;如何實現(xiàn)這些數據的計算與處理;如何方便用戶查閱和合理利用這些數據信息。隨著互聯(lián)網的高速發(fā)展，業(yè)界已經提出了完整的“云計算”概念和解決方案。我們已經不再局限于將原始數據存儲系統(tǒng)和數據處理計算系統(tǒng)與使用數據的用戶“物理上”放在一起，我們更可以將每個單元放在最適合的地方和運行管理環(huán)境中，再通過“云計算”的思想將其聯(lián)系在一起。

　　我們將采集得到的原始數據保留在建筑本地，并在數據管理服務中心建立原始數據的備份。本地除保留報警及執(zhí)行操作的處理用服務器以外，其他數據都通過Web連接遠程的數據管理服務中心進行。由于能耗監(jiān)測系統(tǒng)處理的是海量數據，而且隨著建筑設備系統(tǒng)、配電系統(tǒng)的變化其配置參數也將隨之改變，因此需要專業(yè)人員對其計算模塊和數據庫系統(tǒng)進行定期維護，將復雜的計算處理部分集中管理，有利于集中資源，用最少的代價獲得最好的管理效果。同時從圖中也可以看到，整個能耗監(jiān)測系統(tǒng)由四種不同特點的用戶組成，即負責日常運行操作管理的本地運行管理人員，監(jiān)管人員，社會公眾和第三方專業(yè)數據分析機構。這些操作用戶都可以從數據管理與服務中心獲得不同層面的數據服務。

　　紫竹園區(qū)能耗監(jiān)測數據中心平臺采用的三層建設體系架構降低了系統(tǒng)復雜度，提高靈活性、減小耦合度，并使得系統(tǒng)具有可重用、安全等特性，同時擁有開放式系統(tǒng)成本低、可擴展性強、開發(fā)及實施周期短等特點。

　　在整體設計中，如下表所示，我們運用了三層建筑體系來架構方案：

　　底層接入層底層接入層實現(xiàn)綜合物業(yè)管理系統(tǒng)與外部的數據交換。對于系統(tǒng)使用者，接入層接收使用者的數據輸入，通過調用服務邏輯層的服務過程實現(xiàn)具體的服務功能，并將結果返回接入層，利用交互界面進行表示。對于外部系統(tǒng)，業(yè)務過程通過接入層的接口服務完成與外部系統(tǒng)的數據交換。

　　數據采集層 服務邏輯層是綜合物業(yè)管理系統(tǒng)處理服務規(guī)則和服務邏輯平臺，它通過數據核心層提供的服務訪問數據，實現(xiàn)不同的功能模塊，不同的服務需求。

　　服務邏輯層為接入層提供訪問服務，完成相應的服務功能。

　　數據展示層數據核心層是物業(yè)綜合管理系統(tǒng)對業(yè)務數據進行統(tǒng)一組織、集中管理的平臺，使用“云計算”的架構思想進行系統(tǒng)設計，通過分布式計算技術、虛擬化技術和網絡存儲技術建立園區(qū)節(jié)能物業(yè)管理“私有云”中心平臺，將全部能耗數據、物業(yè)操作管理數據、用戶交互數據、費用數據、建筑信息、節(jié)能過程記錄數據等相關數據信息全部接入該中心平臺，實現(xiàn)數據的充分共享。

　　標準能耗模型為分項計量工作提供了統(tǒng)一的比較“語言”，為各個建筑的橫向對比提供最大的可行性。在標準能耗模型的基礎上，根據實際建設情況，建立園區(qū)自己的能耗模型。

　　建成后的紫竹園區(qū)能耗監(jiān)測數據中心平臺為整個園區(qū)提供一個公平、定量衡量用能狀況的“標尺”，基于規(guī)范化的能耗監(jiān)測結果進行行政監(jiān)管，并鼓勵先進、督促落后。在此基礎上，進一步實現(xiàn)園區(qū)內的分項用能定額管理。

　　紫竹園區(qū)能耗監(jiān)測數據中心平臺的建設包括兩大部分：

　　硬件部分：演示屏、硬件服務器、KVM+機柜、PC計算機、UPS不間斷電源電源、硬件防火墻等;

　　軟件組成：能耗監(jiān)測平臺數據中心軟件和其他基礎軟件(如：操作系統(tǒng)、病毒防護軟件、數據庫軟件等)。[nextpage]

　　平臺建成后，園區(qū)管理部門能對各個建筑能耗數據進行監(jiān)測并排名。通過地圖展示出監(jiān)測的建筑，在地圖上標識出每棟建筑的能耗信息、對各建筑能耗進行排名后還可以實現(xiàn)在各建筑間進行多時間、多參數的對比，方便園區(qū)管理部門制訂更合理的管理方案及能耗指標。

　　能耗監(jiān)測數據中心作為上海紫竹高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)整體能耗監(jiān)測的核心，應放置在建筑的中控室內，或單獨設立監(jiān)控室內。控制室最好采用專業(yè)機房設置，配置相應的機房24時空調系統(tǒng)，及專業(yè)級防水防火系統(tǒng)，且配備UPS備用電源及其他常用辦公設備。數據中心的供電應接入機房供電系統(tǒng)，采用雙路供電，當市政電力出現(xiàn)問題后瞬間切換到UPS等備用電源。

　　機房內配置專業(yè)設備機架，將數據中心的網絡服務器放置機架上，機架上配有相應的散熱等設施。展示客戶端放置在單獨工作臺上，工作臺可設置1-2位，便于操作和管理。

　　項目存在的難點與特色解決方案

　　上海紫竹高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)能耗監(jiān)測數據中心是一種利用智能化計量技術、現(xiàn)代通訊技術、建筑模擬技術等多種現(xiàn)代信息技術，綜合集成的計算機實時管理輔助工具系統(tǒng)。與BAS、配電監(jiān)控等現(xiàn)有系統(tǒng)建筑能源信息管理系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的主要特點如下。

　　清晰明確的分項計量

　　與配電監(jiān)控系統(tǒng)偏重用電支路安全的使用目的相比，建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)側重于各用能子系統(tǒng)的能源消耗狀況。

　　在建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設過程中，對計量支路下屬符合設備系統(tǒng)的調研和梳理往往是工作量最大的環(huán)節(jié)。這個環(huán)節(jié)的工作看似簡單，但在該園區(qū)建筑中卻非常不易，就連工程管理和運行人員都很難準確說明每一條電支路連接的電負荷。要將如此繁雜的設備系統(tǒng)調研梳理清楚，使計量對象清晰明確就需要有一整套計算機輔助工具來協(xié)助工程人員和物業(yè)管理人員。

　　綜上所述，建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)的配電監(jiān)控系統(tǒng)相比，在軟件開發(fā)和項目實施過程中，增加了許多與計量對象相關的工作。大量的計量支路與下屬負荷設備的關系信息，使最終的數據表達更加貼近用能系統(tǒng)單元的實際情況。

　　統(tǒng)一的分項模型描述

　　“清晰明確的分項計量”需要“統(tǒng)一的分項模型描述”。

　　每個建筑的形式、系統(tǒng)、功能等各不相同，其用能狀況的表達形式亦不盡相同，而我們希望能夠對不同建筑同一用能子系統(tǒng)的用能狀況進行橫向比較。解決這一難題的思路是：定義某種大型公共建筑能耗數據標準模型，實現(xiàn)對大型公共建筑各種復雜用能系統(tǒng)的統(tǒng)一刻畫;這種能耗數據模型應當是分層次的，以實現(xiàn)各個建筑各種用能系統(tǒng)在不同層次上的可比性;位于這種能耗數據模型底層的分項能耗，應當具有清晰、具體的定義，在實際操作中能將各種用能設備分別劃分到底層分項能耗的范疇。這樣就能實現(xiàn)不同建筑內功能相同、形式相近的用能系統(tǒng)或設備在底層分項能耗的可比性，對應具體用能狀況或問題;位于該能耗數據模型上層的分項能耗，多是由底層的分項能耗合并構成的，通過這樣的層級關系，可以實現(xiàn)不同建筑內功能相同但形式差別較大的用能系統(tǒng)或設備上層分項能耗的可比性。

　　在這一思想的指導下，各個建筑物在用能系統(tǒng)或設備上的差異總能在統(tǒng)一的能耗數據模型中找到某個層次上的可比性，實現(xiàn)了統(tǒng)一平臺上的節(jié)能管理。

　　實時數據采集

　　在傳統(tǒng)的BAS或者配電監(jiān)控系統(tǒng)中，能源參數信息的采集步長設定往往是以每天或每周計。這是因為該類系統(tǒng)主要處理的是總量統(tǒng)計工作，側重于完成日度、月度能源財務報表。而在建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中，除了每日或每周對各用能設備子系統(tǒng)進行能耗統(tǒng)計外，其必不可少的工作還包括采集并分析各用能系統(tǒng)的運行規(guī)律、變化趨勢，進而找到管理節(jié)能或改造節(jié)能的手段。因此以每天或每周為步長的數據就遠遠不能滿足要求了。根據仙農定理，采樣的頻率要大于信號頻率的兩倍，也就是說數據采集的頻率要達到能耗數據變化頻率的兩倍。而在建筑中受電表分辨度的影響，一般一個支路的能耗變化頻率為二十分鐘到半個小時每次，因此建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)能耗數據的采集頻率應不低于十分鐘每次。這樣高密度的數據采集比原有的人工記錄方法增加了近百倍的信息量，好像一個放大鏡，可將任何細微的能耗拐點都清晰呈現(xiàn)。

　　長期數據儲存、維護以及管理

　　與BAS關注過程控制、瞬時參數不同，建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)常常要分析比較幾個月甚至幾年的能耗數據變化。因此長期數據的存儲、維護以及管理在系統(tǒng)中就尤為重要。盡管目前數據采集、傳輸及存儲技術已相對成熟，但在實際應用過程中，仍需解決一系列的技術問題和管理問題。

　　首先，商業(yè)建筑的用能設備以及租戶(即用能單元的運行管理主體)經常會發(fā)生變化，而本著計量對象清晰明確的原則，隨著這些計量對象的變化，建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的配置與定義也應隨之調整;其次，在大型公共建筑中，配電系統(tǒng)為使其供電可靠或為使變壓器負載均衡，多采用雙路或多路供電，在實際運行過程中有時就需要根據負荷與電源狀況，進行倒閘操作，改變配電電路的連接關系，即計量對象與計量設備之間的連接關系發(fā)生變化，如果不能及時跟蹤和反應這一工況轉換，就可能使計量結果出現(xiàn)異常，所記錄數據失去價值。因此，必須根據這些現(xiàn)象對管理系統(tǒng)進行相應的調整。此外，因為檢修、更換、意外故障等原因能耗數據會在某一時間段產生丟失和錯誤，這就需要根據一定的算法對這些丟失或錯誤的數據進行科學合理的修復和校正，避免形成錯誤信息，誤導節(jié)能管理和節(jié)能診斷工作。綜上所述，為了確保長期數據的儲存、維護和管理工作順利進行，建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中的數據修復、補漏、斷點續(xù)傳等功能具有十分重要的意義。

　　能源利用角度的數據分析

　　與BAS或配電監(jiān)控系統(tǒng)注重狀態(tài)監(jiān)控的用戶界面不同，建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的用戶界面多以數據分析及數據挖掘為主。因此，建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)更多的是通過柱狀圖、曲線圖、對比圖、餅圖、堆積圖等數據圖表，通過分析日、周、月、年不同時間步長的能耗變化趨勢，分析比較各用能單元的能耗差別，研究挖掘各設備子系統(tǒng)的能耗比例等。

　　結語

　　該案例通過能耗監(jiān)測數據中心，利用智能化計量技術、現(xiàn)代通訊技術、建筑模擬技術等多種現(xiàn)代信息技術，對大型公共建筑的能耗起到了有效的監(jiān)測效果，有利于產業(yè)園區(qū)管理部門制訂更合理的管理方案及能耗指標。