对外经济贸易大学：节能校园的信息化路径

2014-03-14王海涛杨树春方丹丹韩霖刘超勇

中国教育网络 2014年7期

文/王海涛杨树春方丹丹韩霖刘超勇

对外经济贸易大学：节能校园的信息化路径

文/王海涛杨树春方丹丹韩霖刘超勇

对外经济贸易大学自2004年以来，以节约能源和提高资源利用率为核心，以节水、节气、节电为重点，积极探索绿色、低碳校园建设新思路、新举措，先后实施了中水处理、平改坡及雨水回收利用、太阳能水加热、地源水源热泵系统等20多个节能减排、绿色、低碳的建设项目。这些项目的实施，使得学校节能减排工作成绩显著。近两年，我校借助信息化技术开展的校园智能化能源监管平台建设项目、云计算数据中心建设项目，又将绿色节能校园的建设工作推上了新的台阶。

对外经济贸易大学校园智能化能源监管平台建设的总体目标是实现全校的节能指标化、能耗数据化、管理动态化、数据可视化。学校有针对性地提出了建设包含用电能耗监管系统、用水能耗监管系统、三维地下管网监测系统、供暖外网温控系统等的校园智能化能源监管平台建设方案。通过智能化能源监管平台建设，借助布设在校园内的各类传感监控点，管理者可以实现对电能使用、给水管网、路灯和供暖的全方位立体式的数字化实时管理，突破了时空约束，实现了不同人、时、地的超越化管理。与此同时，通过数字化的方式，将原来能源管理过程中的“模糊”概念变成详实的数据，为管理决策者提供了更好、更科学的底层支持，真正实现科学管理和高效管理。

图1 对外经济贸易大学校园智能化能源监管平台整体框架

用电能耗监管系统

在用电能耗监管系统中，基于智能电表的用电监测点共8123个，按照《高等学校校园节能监管系统建设技术导则》对能耗分户计量的要求，基本实现了对学校重点建筑进行用电分类、分项、分户计量及监测全覆盖，在现有线路及配电设施基础上对最末端的用电情况进行了计量和远程监测，充分配合指标化管理体系，实现用电管理和指标执行情况的监督、费用结算、数据统计分析等多项功能，为学校各部门落实能耗指标的定额管理、用电分析诊断提供数据支撑。

用电能耗监管系统基于B/S模式开发，选用带有远传数据接口（电气接口符合RS485标准）的智能电表，采用工业界普遍采用的实时通信与数据采集技术，结合后台大型分布式数据库，通过Web发布的形式，使管理人员不管身处何时何地，都可以轻松地对本单位各部门的用电情况进行监控与管理，如图2所示。该系统还和“用电指标体系”充分配合，实现用电的管理和指标执行情况的监督、费用结算、数据统计分析等多项功能，为实现学校各学院、部门用电的量化管理提供了必备条件。

系统总体功能框架主要包括如下几个模块：

基本信息管理中包含电表信息以及网关信息的维护。电表信息包括电表与房间号、楼层和所属部门之间的隶属关系、电表的用电类型（生活服务设施、行政办公设施、教学设施、学科研究设施、实验设施和学生宿舍等）、电表的用电项目（空调、照明和动力等）。网关信息包括电表与数据收集网关之间的对应关系。

2.电表监测

电表监测的主要内容为电表实时运行参数，在系统界面上实时显示动态数据，并可按任何时段查询到各电表每个小时用电数据。系统提供可靠的数据三级保存机制：即电表保存总用电数据、智能数据网关保存最近一段时间的用电数据、数据库保存系统全部数据。

3.建筑/部门用电管理

建筑/部门用电管理主要包括建筑/部门用电明细、建筑/部门用电报表、建筑/部门用电分析三大类。其中，建筑/部门用电明细可以按建筑/部门查询每房间电量的起始示数、终止示数、用电性质、通讯时间等具体参数；建筑/部门用电报表可以对单个建筑/部门按时间条件（按日、按月、按季、按年、按指定的一段时间等）同时生成多种分析类型数据报表；建筑/部门用电分析可按建筑/部门查询楼层比较、楼层逐日、楼层逐月、用电性质、用电类型等方面进行统计分析，便于用户直观的分析用电情况。

4.信息公开

观察组X、Y方向的摆位误差明显少于对照组(P<0.05)，两组Z方向的摆位误差对比无明显差异(P>0.05)。见表2。

信息公开主要包括用电排名、能耗预警、故障信息三个部分。用电排名可以用柱状图的方式显示当月各部门的用电情况，并按用电的多少进行排名；能耗预警可以用列表方式显示当前能耗预警信息；故障信息可以用列表方式显示当前故障信息。

图2 用电能耗监管系统

用水能耗监管系统

用水能耗监管系统以学校成熟的校园网络为载体，对学校原有优势资源进行整合，对安装区域、单体建筑和重点单元（房间）三级检测点（表）共计131个进行监测，采用实时通信与数据采集技术，通过对各建筑物总水表的实时计量和远程网络传输，获得能耗实时数据，并对数据进行保存、分析以及报表查询。使各单体建筑物的实时耗水量、阶段性用水情况通过Web发布的形式，及时被学校各级能耗管理人员获知。无论何时何地，都可以轻松地对学校各建筑物、各部门的用水情况进行监控与管理。建立基于监测数据的安全报警机制，对能耗重点区域、重点单位实施分级预警，可以为用水、节水管理提供更好、更科学的决策支持，实现科学节水和高效节水。对于不合理的能耗使用进行相应控制，自动进行自来水漏失分析和用水异常情况识别，帮助管理人员及时发现“跑冒滴漏”现象，尽快处理和维修，避免资源浪费。对用水能耗的监管采用“数据采集——数据传输——资源管理”三个阶段完成数据获取。

在数据采集阶段，采用高可靠性、高精度的嵌入式智能计量水表。利用其数据通信功能，使用行业标准的物理接口和通信协议，通过平台命令采集和主动定时采集两种数据采集模式采集各项能耗数据，并将向数据上传。在数据传输阶段，通过工业现场总线或无线方式将监测数据自动实时上传，以保证数据得到有效的管理和支持高效率的查询服务，同时数据传输采取一定的编码规则，实现数据组织、存储及交换的一致性。在资源管理阶段，采用功能强大的能耗监控软件结合数据库软件，接收并存储其管理区域内监测建筑的能耗数据，并对其进行处理、分析、展示和发布。系统总体功能框架主要包括如下4个模块：

1.基本信息管理

基本信息管理中主要包含水表信息以及网关信息的维护。水表信息包括智能水表与楼层、所属部门、所属区域之间的隶属关系以及水表属性等信息。网关信息包括水表与数据收集网关之间的对应关系等信息。

2.用水实时监控

用水实时监控是系统对用水整体的管理过程，主要包括给水参数实时监控、瞬时流量分析、异常状况报警等内容。

3.区域用水管理

区域用水管理模块主要包括区域用水明细、区域用水统计、区域用水分析三个部分。其中，区域用水明细是用来为用户提供各区域的用水信息。区域用水统计包括按月用水报表、按月综合报表、按年用水报表、按年综合报表；区域用水分析包括按区域比较、按区域逐日、按区域逐月、按用水性质、按用水类型。

4.信息公开

信息公开主要包括能耗预警和用水信息两个部分。能耗预警可以用列表方式显示当前能耗预警信息；用水信息可以针对某个水表、某个区域查询历史和当前的用水数据。

供暖外网温控系统

学校原温控系统已经建设多年，技术落后，阀门执行器和现场控制器多有损坏，部分建筑供暖经常出现温度失控现象给整个校区供热系统带来不稳定，增大了供热能耗。为均衡学校的长期发展的投入产出效益，学校锅炉房增容改造不仅满足了校内新增建筑的供暖需求，还增加了节能改造等相关要求，在2013年将校区供热外网36套温控执行器全部从暖沟中拆出进行全面检测更换，并对温控线路进行检测更新，温控的外网加装74套温控传感器，实现了对学校供热外网温控系统的全面更新升级，并将全部温控系统并入校园智能化能源监管平台。

供暖外网温控系统可以将当前温控传感器传输的温度值作为参考，设定校园内各个地方在不同时间段的供热量，随后供暖闸门将根据指令对选定地区供应相应的热量，实现分时分区供暖。在日常校园生活中，教学楼和办公楼是白天学生和老师的主要聚集地，宿舍楼是晚上学生的主要聚集地，通过采用供暖外网温控系统，供暖中心就可以白天保证教学办公楼正常供暖，适当降低学生宿舍温度，夜晚保证学生宿舍正常供暖，适当降低教学办公楼温度。这种做法改变了传统供暖不管天气好坏，教学楼、宿舍楼有人没人，都统一供暖的做法，有效地实现了节能减排。

三维地下管网监测系统

学校三维地下管网监测系统加载三维GIS系统，对地下管网探测工程测绘的数据进行管理，为学校提供校园范围内的各类管线（如给排水管线、监控线、热力等）、各类管井信息、管孔信息、地下管道、地下空间及附属物地下物体信息的查询、定位、分析、更新功能。三维地下管网监测系统旨在对学校中的地下管线进行展示，存储和操作管线数据（空间数据和属性数据），帮助各部门单位了解学校地下管线的运行状况，方便管线的管理工作。

三维地下管网监测系统结构总体分为三层：应用层、中间层、数据层。应用层为系统与用户的交互层。应用层向用户展示系统所具有的功能，并接收用户的输入，通过一系列的操作获取所需要的结果，最终将结果展现给用户。中间层是应用层和数据层的连接层，应用层对数据的查看和操作都需要经过中间层的空间数据引擎来完成。数据层存储了系统运行分析所需的管线数据以及场景数据。根据系统设计的目的，系统数据库所存储的数据包括：地图数据库、管线属性库、档案资料库以及存储系统所需的其他信息的数据库，如用户信息等。

系统的主要功能模块可分为六部分：三维浏览、系统维护、统计查询、决策分析、管线管理、输入输出。通过对不同种类的管线（供水、供暖、排污、燃气）的有效管理，有利于协调不同部分之间的工作，节省不必要的人力以及财力资源的浪费；可协助地下管网突发事件的快速应急处理，减少学校能源的流失浪费。

路灯控制系统

学校以往路灯大多采用人工管理的方式，通过固定时间的夕开朝断控制路灯及景观的照明时间，未能实现统一的精细化管理与节能控制。针对上述情况，利用自动化控制技术及信息化技术开发的路灯控制系统，在各个路灯上安装传感器模块，能够实现对学校范围内的路灯及景观照明进行遥控开关灯、遥讯设备状态、遥测电流、电压、用电功率等，还可以结合地理信息系统方便直观地了解路灯及景观照明的运行状况。可根据人性化的控制方案，对区域内各路段的路灯和景观照明设施制定不同的开关灯周期策略。实现相应时间段内各路段和景观照明的分别控制，并根据情况为各路段和景观照明设施进行设置，如季节策略、夜间高峰期策略、节假日策略等，使区域内路灯和景观灯可通过网络随时随地轻松管理，在改善控制效果的同时，也能带来可观的节电效益。除此之外，还可以根据需求对路灯任意分组和设定多种控制预案，并能够分别采用不同控制预案控制不同路灯组，可以根据对所测数据的分析来判断路灯及景观照明配电设备运行有无故障，对路灯及景观照明的亮灯率估算和计算，对回路接地、白天亮灯、夜晚熄灯、大面积灭灯等异常情况进行报警处理，并能及时通知给相关管理人员。

数据中心通过虚拟化技术降低能源消耗

数据中心是全校包括节能监管平台在内的数据集中存储、服务器集中运行的场所。然而，随着服务器数量的不断增大，维持稳定环境的背后是大量能源的消耗，不仅仅是服务器自身的功耗累加，也有其释放的热量等对空调等设施制冷的消耗也在增加。在传统模式下，服务器CPU、内存、硬盘存储等的利用率非常低，而对于访问量非常小的网站或平台，几乎可以看成是服务器空载运行，造成了资源和能源的极大浪费。

学校数据中心采用虚拟化技术的虚拟机共92台，分别运行在14台刀片物理服务器上，在非虚拟化条件下则需使用90台机架物理服务器。为非虚拟化环境下和虚拟化环境下物理服务器使用和能耗对比，在虚拟化环境下，物理服务器节省到非虚拟化环境下的15.6%，能耗节省到了12.4%，并且随着虚拟机的继续增多，整个虚拟化的CPU和内存资源池利用率会进一步提高，对服务器和能源的节省效果也会更加明显。

另外，服务器能耗的降低也伴随着散热的减少，虚拟化技术也间接地减小了核心机房中空调的压力，降低了空调的用电量和排放。

对外经济贸易大学通过加强校园智能化能源监管平台和云计算平台的建设，进一步加强了绿色节能校园建设，旨在通过信息化技术手段，使学校在实现绿色节能建设上管理更专业、更便捷，实现了校园绿色节能建设和信息化管理建设的完美结合。同时，高校开展节能减排另一个深远的意义在于，通过绿色节能校园建设以实际的行动教育并影响学生树立环保意识，培养学生低碳生活习惯，这也许是对国家和社会更有意义的贡献。

（作者单位为对外经济贸易大学）

国际可持续校园联盟

“国际可持续校园联盟”(ISCN),是可持续校园建设领域最权威的民间组织机构，该组织旨在构建、重塑与组织校园的可持续发展，倡导“绿色校园”建设。成员包括哈佛、耶鲁、麻省理工、瑞士联邦工科大学、瑞典皇家理工大学、洛桑理工、东京大学、新加坡国立大学、澳大利亚国立大学、香港大学等来自不同国家的55所高校会员。我国目前有清华大学、北京大学、山东建筑大学等院校加入该联盟组织。“国际可持续校园联盟“每年在全球范围评奖一次，设可持续校园杰出奖、建筑杰出奖、综合杰出奖、学生可持续活动杰出奖各一名。2012年，同济大学可持续校园项目被授予可持续校园杰出奖。2014年山东建筑大学校图书馆被授予优秀建筑奖。