項目介紹

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

　　上海紫竹高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心平臺將實(shí)現(xiàn)建筑能耗監(jiān)測全面覆蓋，重點(diǎn)是用能建筑的節(jié)能管理數(shù)字化的目標(biāo)。旨在通過中心平臺的建設(shè)全面掌握園區(qū)及建筑各用能設(shè)備單元或管理單元的能源數(shù)據(jù)，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(dǎo)改造實(shí)施，從而提升使用者的節(jié)能意識、整體優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行管理策略。

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

　　中心平臺系統(tǒng)具體架構(gòu)及功能介紹

　　平臺架構(gòu)

　　上海紫竹高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心平臺將由數(shù)據(jù)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(fù)責(zé)實(shí)時采集各類能源的用量數(shù)據(jù)，并為能耗數(shù)據(jù)采集終端提供原始能耗數(shù)據(jù);采集終端層負(fù)責(zé)對各類儀表傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲，數(shù)據(jù)穩(wěn)定上傳至能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心平臺;數(shù)據(jù)中心層提供能耗數(shù)據(jù)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(wù)。

　　能耗監(jiān)測系統(tǒng)的底層采集系統(tǒng)架構(gòu)主要使用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)通過RS-485總線、Wi-Fi等無線網(wǎng)絡(luò)或者電力線載波等通訊方式采集各種現(xiàn)場計量表具數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)驗證等簡單的計算處理，再通過以網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至園區(qū)能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心服務(wù)器平臺，或者通過廣域網(wǎng)傳送至區(qū)級能耗監(jiān)測的數(shù)據(jù)中心。在這個架構(gòu)設(shè)計中，將利用各種采集傳輸技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)包，最終接入統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。

　　功能實(shí)現(xiàn)

　　不同公共建筑各種通訊形式的計量表具通過數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換整合接入廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)后，數(shù)據(jù)就可以傳遞到世界上任何一臺指定的服務(wù)器中。至此，我們需要繼續(xù)考慮的問題有三個：如何實(shí)現(xiàn)這些原始數(shù)據(jù)的存儲;如何實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的計算與處理;如何方便用戶查閱和合理利用這些數(shù)據(jù)信息。隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，業(yè)界已經(jīng)提出了完整的“云計算”概念和解決方案。我們已經(jīng)不再局限于將原始數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理計算系統(tǒng)與使用數(shù)據(jù)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(yùn)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(shù)據(jù)保留在建筑本地，并在數(shù)據(jù)管理服務(wù)中心建立原始數(shù)據(jù)的備份。本地除保留報警及執(zhí)行操作的處理用服務(wù)器以外，其他數(shù)據(jù)都通過Web連接遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)管理服務(wù)中心進(jìn)行。由于能耗監(jiān)測系統(tǒng)處理的是海量數(shù)據(jù)，而且隨著建筑設(shè)備系統(tǒng)、配電系統(tǒng)的變化其配置參數(shù)也將隨之改變，因此需要專業(yè)人員對其計算模塊和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)，將復(fù)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(diǎn)的用戶組成，即負(fù)責(zé)日常運(yùn)行操作管理的本地運(yùn)行管理人員，監(jiān)管人員，社會公眾和第三方專業(yè)數(shù)據(jù)分析機(jī)構(gòu)。這些操作用戶都可以從數(shù)據(jù)管理與服務(wù)中心獲得不同層面的數(shù)據(jù)服務(wù)。

　　紫竹園區(qū)能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心平臺采用的三層建設(shè)體系架構(gòu)降低了系統(tǒng)復(fù)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(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)及實(shí)施周期短等特點(diǎn)。

　　在整體設(shè)計中，如下表所示，我們運(yùn)用了三層建筑體系來架構(gòu)方案：

　　底層接入層底層接入層實(shí)現(xiàn)綜合物業(yè)管理系統(tǒng)與外部的數(shù)據(jù)交換。對于系統(tǒng)使用者，接入層接收使用者的數(shù)據(jù)輸入，通過調(diào)用服務(wù)邏輯層的服務(wù)過程實(shí)現(xiàn)具體的服務(wù)功能，并將結(jié)果返回接入層，利用交互界面進(jìn)行表示。對于外部系統(tǒng)，業(yè)務(wù)過程通過接入層的接口服務(wù)完成與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

　　數(shù)據(jù)采集層 服務(wù)邏輯層是綜合物業(yè)管理系統(tǒng)處理服務(wù)規(guī)則和服務(wù)邏輯平臺，它通過數(shù)據(jù)核心層提供的服務(wù)訪問數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同的功能模塊，不同的服務(wù)需求。

　　服務(wù)邏輯層為接入層提供訪問服務(wù)，完成相應(yīng)的服務(wù)功能。

　　數(shù)據(jù)展示層數(shù)據(jù)核心層是物業(yè)綜合管理系統(tǒng)對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一組織、集中管理的平臺，使用“云計算”的架構(gòu)思想進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，通過分布式計算技術(shù)、虛擬化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)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(shù)據(jù)、物業(yè)操作管理數(shù)據(jù)、用戶交互數(shù)據(jù)、費(fèi)用數(shù)據(jù)、建筑信息、節(jié)能過程記錄數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)信息全部接入該中心平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享。

　　標(biāo)準(zhǔn)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?qū)Ρ忍峁┳畲蟮目尚行?。在?biāo)準(zhǔn)能耗模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際建設(shè)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(shù)據(jù)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(biāo)尺”，基于規(guī)范化的能耗監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行行政監(jiān)管，并鼓勵先進(jìn)、督促落后。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)的分項用能定額管理。

　　紫竹園區(qū)能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心平臺的建設(shè)包括兩大部分：

　　硬件部分：演示屏、硬件服務(wù)器、KVM+機(jī)柜、PC計算機(jī)、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(shù)據(jù)中心軟件和其他基礎(chǔ)軟件(如：操作系統(tǒng)、病毒防護(hù)軟件、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)識出每棟建筑的能耗信息、對各建筑能耗進(jìn)行排名后還可以實(shí)現(xiàn)在各建筑間進(jìn)行多時間、多參數(shù)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(biāo)。

　　能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心作為上海紫竹高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)整體能耗監(jiān)測的核心，應(yīng)放置在建筑的中控室內(nèi)，或單獨(dú)設(shè)立監(jiān)控室內(nèi)?？刂剖易詈貌捎脤I(yè)機(jī)房設(shè)置，配置相應(yīng)的機(jī)房24時空調(diào)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(shè)備。數(shù)據(jù)中心的供電應(yīng)接入機(jī)房供電系統(tǒng)，采用雙路供電，當(dāng)市政電力出現(xiàn)問題后瞬間切換到UPS等備用電源。

　　機(jī)房內(nèi)配置專業(yè)設(shè)備機(jī)架，將數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器放置機(jī)架上，機(jī)架上配有相應(yīng)的散熱等設(shè)施。展示客戶端放置在單獨(dú)工作臺上，工作臺可設(shè)置1-2位，便于操作和管理。

　　項目存在的難點(diǎn)與特色解決方案

　　上海紫竹高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心是一種利用智能化計量技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、建筑模擬技術(shù)等多種現(xiàn)代信息技術(shù)，綜合集成的計算機(jī)實(shí)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(diǎn)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(cè)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(shè)過程中，對計量支路下屬符合設(shè)備系統(tǒng)的調(diào)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(yùn)行人員都很難準(zhǔn)確說明每一條電支路連接的電負(fù)荷。要將如此繁雜的設(shè)備系統(tǒng)調(diào)研梳理清楚，使計量對象清晰明確就需要有一整套計算機(jī)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(shí)施過程中，增加了許多與計量對象相關(guān)的工作。大量的計量支路與下屬負(fù)荷設(shè)備的關(guān)系信息，使最終的數(shù)據(jù)表達(dá)更加貼近用能系統(tǒng)單元的實(shí)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(dá)形式亦不盡相同，而我們希望能夠?qū)Σ煌ㄖ挥媚茏酉到y(tǒng)的用能狀況進(jìn)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(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型，實(shí)現(xiàn)對大型公共建筑各種復(fù)雜用能系統(tǒng)的統(tǒng)一刻畫;這種能耗數(shù)據(jù)模型應(yīng)當(dāng)是分層次的，以實(shí)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(shù)據(jù)模型底層的分項能耗，應(yīng)當(dāng)具有清晰、具體的定義，在實(shí)際操作中能將各種用能設(shè)備分別劃分到底層分項能耗的范疇。這樣就能實(shí)現(xiàn)不同建筑內(nèi)功能相同、形式相近的用能系統(tǒng)或設(shè)備在底層分項能耗的可比性，對應(yīng)具體用能狀況或問題;位于該能耗數(shù)據(jù)模型上層的分項能耗，多是由底層的分項能耗合并構(gòu)成的，通過這樣的層級關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)不同建筑內(nèi)功能相同但形式差別較大的用能系統(tǒng)或設(shè)備上層分項能耗的可比性。

　　在這一思想的指導(dǎo)下，各個建筑物在用能系統(tǒng)或設(shè)備上的差異總能在統(tǒng)一的能耗數(shù)據(jù)模型中找到某個層次上的可比性，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一平臺上的節(jié)能管理。

　　實(shí)時數(shù)據(jù)采集

　　在傳統(tǒng)的BAS或者配電監(jiān)控系統(tǒng)中，能源參數(shù)信息的采集步長設(shè)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(cè)重于完成日度、月度能源財務(wù)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(shè)備子系統(tǒng)進(jìn)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(yùn)行規(guī)律、變化趨勢，進(jìn)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(shù)據(jù)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求了。根據(jù)仙農(nóng)定理，采樣的頻率要大于信號頻率的兩倍，也就是說數(shù)據(jù)采集的頻率要達(dá)到能耗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的采集頻率應(yīng)不低于十分鐘每次。這樣高密度的數(shù)據(jù)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(xì)微的能耗拐點(diǎn)都清晰呈現(xiàn)。

　　長期數(shù)據(jù)儲存、維護(hù)以及管理

　　與BAS關(guān)注過程控制、瞬時參數(shù)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(shù)據(jù)變化。因此長期數(shù)據(jù)的存儲、維護(hù)以及管理在系統(tǒng)中就尤為重要。盡管目前數(shù)據(jù)采集、傳輸及存儲技術(shù)已相對成熟，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，仍需解決一系列的技術(shù)問題和管理問題。

　　首先，商業(yè)建筑的用能設(shè)備以及租戶(即用能單元的運(yùn)行管理主體)經(jīng)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(yīng)隨之調(diào)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(fù)載均衡，多采用雙路或多路供電，在實(shí)際運(yùn)行過程中有時就需要根據(jù)負(fù)荷與電源狀況，進(jìn)行倒閘操作，改變配電電路的連接關(guān)系，即計量對象與計量設(shè)備之間的連接關(guān)系發(fā)生變化，如果不能及時跟蹤和反應(yīng)這一工況轉(zhuǎn)換，就可能使計量結(jié)果出現(xiàn)異常，所記錄數(shù)據(jù)失去價值。因此，必須根據(jù)這些現(xiàn)象對管理系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。此外，因為檢修、更換、意外故障等原因能耗數(shù)據(jù)會在某一時間段產(chǎn)生丟失和錯誤，這就需要根據(jù)一定的算法對這些丟失或錯誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的修復(fù)和校正，避免形成錯誤信息，誤導(dǎo)節(jié)能管理和節(jié)能診斷工作。綜上所述，為了確保長期數(shù)據(jù)的儲存、維護(hù)和管理工作順利進(jìn)行，建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)修復(fù)、補(bǔ)漏、斷點(diǎn)續(xù)傳等功能具有十分重要的意義。

　　能源利用角度的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shè)備子系統(tǒng)的能耗比例等。

　　結(jié)語

　　該案例通過能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)中心，利用智能化計量技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、建筑模擬技術(shù)等多種現(xiàn)代信息技術(shù)，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(chǎn)業(yè)園區(qū)管理部門制訂更合理的管理方案及能耗指標(biāo)。