1996年，為滿足計(jì)量科學(xué)發(fā)展對(duì)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的需求，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院(以下簡(jiǎn)稱“計(jì)量院”)分兩期向國(guó)家申報(bào)了實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)項(xiàng)目。獲批后，經(jīng)過(guò)3年多的努力，一期工程建設(shè)完成并投入運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)基地總規(guī)劃建設(shè)用地為561085m²，一期工程建筑面積為47352m²，建設(shè)建筑物為25項(xiàng)、構(gòu)筑物為3項(xiàng)，其中科研實(shí)驗(yàn)樓為13棟，容積率為0.084，建筑密度為5.3%，綠化率為87.9%。
    

一、現(xiàn)有用能狀況和能耗統(tǒng)計(jì)方式分析

    計(jì)量院實(shí)驗(yàn)基地自2008年建設(shè)完成后，經(jīng)過(guò)兩年多的運(yùn)行，初步統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，每年電費(fèi)消耗約1400萬(wàn)元，水費(fèi)消耗約100萬(wàn)元。在能耗監(jiān)測(cè)和管理方面，雖然目前各耗能設(shè)備有了一定的信息化基礎(chǔ)，但在位置上分散，缺乏系統(tǒng)性的優(yōu)化運(yùn)行監(jiān)管手段，大多還停留在傳統(tǒng)的定期抄表能耗統(tǒng)計(jì)方式上，分項(xiàng)能耗還存在底數(shù)不清、情況不明、監(jiān)測(cè)難度大等問(wèn)題。因此，構(gòu)建一套符合計(jì)量院實(shí)際情況的建筑能耗統(tǒng)計(jì)平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)各建筑能耗準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，特別是實(shí)現(xiàn)空調(diào)等重點(diǎn)用能系統(tǒng)的能耗分項(xiàng)計(jì)量和在線能效評(píng)估，較快地發(fā)現(xiàn)各耗能系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并采取措施，從而改善能耗系統(tǒng)運(yùn)行狀況，對(duì)提高能源利用率具有十分重要的意義。
    

二、能耗監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

    計(jì)量院實(shí)驗(yàn)基地能耗監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示，該系統(tǒng)基于以太網(wǎng)，主要由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)、能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)3部分組成。其中，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由各種遠(yuǎn)傳計(jì)量裝置和現(xiàn)場(chǎng)采集器等組成，構(gòu)成建筑和重點(diǎn)耗能系統(tǒng)內(nèi)部的監(jiān)測(cè)傳輸網(wǎng)絡(luò)；遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)建筑現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量裝置與后方能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)通信；能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)由采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器等組成，完成能耗數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)視及分析處理工作。
    

<CTSM>    圖1  計(jì)量院實(shí)驗(yàn)基地能耗監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)拓?fù)鋱D</CTSM>
    

三、能耗監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)功能

    結(jié)合計(jì)量院實(shí)驗(yàn)基地實(shí)際情況，本系統(tǒng)包含能源電子臺(tái)賬、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)手工填報(bào)、能耗統(tǒng)計(jì)、能效分析、報(bào)表管理、系統(tǒng)管理等8個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)了能耗數(shù)據(jù)的采集監(jiān)測(cè)、能耗相關(guān)基礎(chǔ)信息管理和重點(diǎn)耗能系統(tǒng)的能耗分類統(tǒng)計(jì)以及能效評(píng)估等。此外，系統(tǒng)還提供擴(kuò)展接口，為新監(jiān)測(cè)點(diǎn)提供擴(kuò)展能力。
    1.能源電子臺(tái)賬
    為了采集、監(jiān)測(cè)并多角度分析計(jì)量院能耗數(shù)據(jù)，必須完整收集與用能相關(guān)的基礎(chǔ)信息，經(jīng)過(guò)分類整理存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，與自動(dòng)監(jiān)測(cè)或手工錄入的能耗數(shù)據(jù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析等功能。因此，本軟件系統(tǒng)中包含一系列與用能相關(guān)的基礎(chǔ)信息管理功能，稱為能源電子臺(tái)賬。其實(shí)現(xiàn)的功能有:①能耗分類:按照不同載能工質(zhì)分類記錄管理，記錄的信息包括能源及載能工質(zhì)的名稱、計(jì)量單位、折標(biāo)系數(shù)、采購(gòu)價(jià)格等。②能耗分項(xiàng):按通風(fēng)、空調(diào)、給水、排水、采暖、供電、弱電、消防、照明、動(dòng)力、生活、交通等用途分項(xiàng)。③能耗分級(jí):將計(jì)量院作為一級(jí)用能單位，其下屬部門可劃分為多層的次級(jí)用能單位。將能耗數(shù)據(jù)與用能單位關(guān)聯(lián)，可以明確能耗的受益者及責(zé)任人，為能耗定額管理等工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。④計(jì)量和采集設(shè)備電子臺(tái)賬:主要記錄計(jì)量和采集設(shè)備的名稱、型號(hào)規(guī)格、準(zhǔn)確度等級(jí)、測(cè)量范圍、生產(chǎn)廠家、出廠編號(hào)、用能單位管理編號(hào)、安裝使用地點(diǎn)、使用狀態(tài)等，方便用戶多角度查詢。
    2.數(shù)據(jù)采集
    數(shù)據(jù)采集是計(jì)量院能耗監(jiān)測(cè)和管理軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、監(jiān)控預(yù)警、能耗統(tǒng)計(jì)和能效分析等功能都建立在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)之上。
    數(shù)據(jù)采集是本系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)分析軟件與計(jì)量采集通信硬件相互銜接的部分。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集基于組態(tài)軟件平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)。組態(tài)軟件平臺(tái)是一套通用組態(tài)軟件，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化過(guò)程監(jiān)視、控制和管理的軟件平臺(tái)，基于Microsoft Net開發(fā)。在組態(tài)軟件上的數(shù)據(jù)采集二次開發(fā)，指開發(fā)針對(duì)不同PLC、DCS、儀表、智能模塊和板卡等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)從其中實(shí)時(shí)采集設(shè)備能耗、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)算與存儲(chǔ)。
    3.數(shù)據(jù)監(jiān)控
    (1)可視化監(jiān)控
    可視化監(jiān)控功能用于幫助用戶形象、直觀地了解用能系統(tǒng)和建筑的運(yùn)行情況。軟件通過(guò)系統(tǒng)模擬圖，既可以顯示系統(tǒng)的全局信息，使管理人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況一目了然，又可以進(jìn)一步深入顯示各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行信息，為管理人員的數(shù)據(jù)分析工作提供依據(jù)。
    (2)運(yùn)行記錄和運(yùn)行日?qǐng)?bào)
    軟件提供多種報(bào)表，展現(xiàn)用能系統(tǒng)、設(shè)備的運(yùn)行記錄。運(yùn)行記錄包括按固定時(shí)間間隔統(tǒng)計(jì)的系統(tǒng)、設(shè)備的能耗、設(shè)備起停狀態(tài)及室內(nèi)外溫濕度等環(huán)境信息。用戶可通過(guò)運(yùn)行記錄詳細(xì)了解系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為系統(tǒng)及設(shè)備的節(jié)能控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
    (3)運(yùn)行報(bào)警
    通過(guò)軟件提供完善的報(bào)警機(jī)制來(lái)滿足不同人員對(duì)報(bào)警的不同需求。本系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需要報(bào)警變量的狀態(tài)或者數(shù)值，并與報(bào)警設(shè)定比較，決定是否發(fā)出報(bào)警信息。報(bào)警信息可以通過(guò)畫面上的報(bào)警窗口內(nèi)的信息、語(yǔ)音報(bào)警等方式及時(shí)傳遞給系統(tǒng)的運(yùn)行人員，也可以通過(guò)電子郵件、手機(jī)短信、或MSN Messenger、Yahoo Messenger等及時(shí)消息軟件的對(duì)話消息的形式發(fā)送給指定的管理人員。報(bào)警信息可按照嚴(yán)重程度進(jìn)行分類，以使相關(guān)人員根據(jù)報(bào)警的緊急程度采取處理措施。
    4.手工數(shù)據(jù)填報(bào)
    因計(jì)量院內(nèi)液氦特殊液體和氧氣等特種氣體、食堂罐裝液化氣、車輛燃料油三類用能難以采用自動(dòng)化方式進(jìn)行監(jiān)控，因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用定期手工填報(bào)的方式收集這三類能耗的使用情況。
    5.能耗統(tǒng)計(jì)
    把采集到的能耗數(shù)據(jù)，按照不同維度進(jìn)行分析。統(tǒng)計(jì)時(shí)，通常都按照不同的時(shí)間段進(jìn)行匯總(如年統(tǒng)計(jì)、月統(tǒng)計(jì)、日統(tǒng)計(jì)等)，或者自定義選擇某個(gè)時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。匯總不同時(shí)間段內(nèi)的用能數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行橫向比較或者縱向比較。其實(shí)現(xiàn)的功能有:①綜合能耗統(tǒng)計(jì):實(shí)現(xiàn)將電量、氣量、油量、水量等能源消耗匯總，并可按時(shí)間、分項(xiàng)、分級(jí)查詢。②能耗分類、分項(xiàng)、分級(jí)統(tǒng)計(jì):分類是實(shí)現(xiàn)電量、氣量、油量等能源消耗量分別統(tǒng)計(jì)，并可按時(shí)間，分項(xiàng)、分級(jí)查詢；分項(xiàng)指按能源用途對(duì)能耗進(jìn)行分類；分級(jí)指根據(jù)管理需求對(duì)能源使用劃分的層次關(guān)系，例如針對(duì)一個(gè)建筑統(tǒng)計(jì)其總電耗，并可以按照建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)分，按照樓層、房間等進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)。最終可以實(shí)現(xiàn)用柱狀圖、曲線圖等圖形展示、分析能耗變化趨勢(shì)，對(duì)于用能出現(xiàn)異常的時(shí)間段進(jìn)行進(jìn)一步分析，查看每一個(gè)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
    6.能效分析
    (1)用能系統(tǒng)能效分析
    對(duì)配電、供暖、制冷、空調(diào)、給水等系統(tǒng)的整體能源利用效率進(jìn)行分析，計(jì)算線損率、有效供熱率、COP等系統(tǒng)能效指標(biāo)。將這些指標(biāo)與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際指標(biāo)進(jìn)行比較，了解建筑的用能效率水平，尋找節(jié)能點(diǎn)。
    (2)重點(diǎn)用能設(shè)備能效分析
    采集計(jì)量院內(nèi)的重點(diǎn)用能設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，將實(shí)際檢測(cè)結(jié)果與設(shè)備的出廠標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)或者效率較低的設(shè)備進(jìn)行更換。并為以后購(gòu)買類似產(chǎn)品提供參考。
    (3)建筑能效分析
    對(duì)某棟建筑物，按照國(guó)家公共建筑能源審計(jì)的方法計(jì)量建筑物的面積、各類能源消耗量，計(jì)算出建筑物的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)能效指標(biāo)、采暖系統(tǒng)能效指標(biāo)、照明系統(tǒng)能效指標(biāo)、室內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)能效指標(biāo)、綜合服務(wù)系統(tǒng)能效指標(biāo)、水耗指標(biāo)。將這些指標(biāo)與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際指標(biāo)進(jìn)行比較，了解建筑的用能效率水平，尋找節(jié)能點(diǎn)。
    (4)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室能耗分析
    重點(diǎn)監(jiān)測(cè)高能耗實(shí)驗(yàn)室、不間斷運(yùn)行實(shí)驗(yàn)室等重要用能區(qū)域的能耗、水耗，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)其能耗，及時(shí)發(fā)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域的用能問(wèn)題。
    7.報(bào)表管理
    利用計(jì)算機(jī)展示分析技術(shù)對(duì)采集到的用能數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，生成能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表、電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表、偏差分析報(bào)表、最大值/最小值分析報(bào)表，并對(duì)生成的報(bào)表進(jìn)行管理。
    (1)全院總能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表
    提供整個(gè)實(shí)驗(yàn)基地的日、月、年總能耗的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)報(bào)表查詢、打印功能，并能輸出特殊統(tǒng)計(jì)要求的對(duì)外能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表。
    (2)分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)報(bào)表
    根據(jù)計(jì)量院管理要求，在基于分項(xiàng)計(jì)量設(shè)備采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提供按照管理層級(jí)要求的能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表的編制、查詢和打印功能。
    (3)特定統(tǒng)計(jì)報(bào)表
    提供用戶能夠按照具體時(shí)間、計(jì)量點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)要求編制能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)告或報(bào)表的功能。
    8.系統(tǒng)管理
    (1)系統(tǒng)維護(hù)
    系統(tǒng)維護(hù)模塊是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，只有在系統(tǒng)維護(hù)中完成基礎(chǔ)的功能設(shè)置和維護(hù)功能，用戶才可以在IE瀏覽器中看到監(jiān)測(cè)畫面和數(shù)據(jù)，提供系統(tǒng)監(jiān)視與數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接的友好界面。
    (2)用戶授權(quán)管理
    用戶授權(quán)分為4種角色，他們分別擁有系統(tǒng)管理員功能、數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)配置功能、曲線查看功能和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)功能，從而維持對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有秩序的運(yùn)行。
    9.擴(kuò)展接口
    由于本系統(tǒng)采用分期建設(shè)方式，因此，軟件需要為今后的監(jiān)測(cè)范圍擴(kuò)展預(yù)留接口。系統(tǒng)支持的擴(kuò)展包括:①計(jì)量院實(shí)驗(yàn)基地能耗統(tǒng)計(jì)、能效分析的深度與廣度；②計(jì)量院實(shí)驗(yàn)基地二期建筑及用能系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析；③計(jì)量院其他院區(qū)及其他實(shí)驗(yàn)基地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集成。
    

四、結(jié)束語(yǔ)

    本文所設(shè)計(jì)的能耗監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)軟件是計(jì)量院開展節(jié)能減排工作，加強(qiáng)基礎(chǔ)能源管理的基礎(chǔ)。同時(shí)也是摸清計(jì)量院實(shí)驗(yàn)基地用能家底及用能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理可監(jiān)測(cè)性，以便進(jìn)一步開展各種節(jié)能改造、節(jié)能管理工作的定量管理平臺(tái)。另外，也在為寒冷地區(qū)類似科研類建筑的運(yùn)行提供可供參考的能耗指標(biāo)方面發(fā)揮了重要作用。