解决方案
Solution
青岛黄海学院，是由经教育部批准、具有学士学位授予资格的普通本科高校。学校坐落在国家级新区——青岛西海岸新区核心地理位置，交通便利，山海相间，气候宜人，宜学宜居；学校秉承“知行合一”校训，遵循“惟德惟能、止于至善”校风，践行“博学、慎思、明辨、笃行”学风，坚持“质量立校、人才强校、特色兴校、开放办校”发展战略。
教育资源是社会资源的重要组成部分，建设可持续发展绿色校园是在新时代实现自身全面协调可持续发展的一项系统工程。教育部印发的《绿色低碳发展国民教育体系建设实施方案》（教发［2022〕2号）及国家住房和城乡建设部与教育部联合印发的《高等学校节约型校园建设管理及技术导则》，为我国高等学校校园建设深入贯彻落实科学发展观、推进节能减排、保障可持续发展提供指南。一些高校已陆续开始尝试建设校园能耗数据监测平台，但早期系统大多属于被动式、粗放型管理模式，能耗采集设备功能相对单一，缺乏详细的能耗数据监测手段和数据分析方法，无法正确发现用能问题，以致于存在能源浪费现象。
随着学校的不断扩大，校园运维难度也面临越来越大的挑战。学校集教学、科研和生活于一体，占地面积大、建筑类型多、功能划分复杂，用能类型多样，能源管理成本高；配电回路错综复杂，线路深埋地下，导致数据获取困难，故障定位缺乏有效手段；设备和线路老化严重，未能及时更新维护，存在安全隐患；大多数高校并未建立能效考核绩效指标，用能群体对能源的使用的节约意识薄弱，如长时间开灯、使用大功率电器等，造成能源浪费和安全隐患。同时，校园内的照明、暖通、给排水等系统的使用率和节能空间有待提升；景观灯、路灯等使用管理也可以进一步优化。
构建支持实时数据采集、物联远程传输、智能动态管理的智慧能源管控平台尤为重要，平台将为校园实施能源监测、分析、审计奠定基础；为评估校园节能功效、完善节能管理机制和制定节能对策提供依据；为建设节约型校园提供数据支撑；为学校能源决策、能源调度、保障健康与舒适环境、提高全校师生节能意识等提供有效手段。通过建立健全能源统计和科学能源监控体系，全面实现在线管理校园能耗、智能管理校园用能，提升校园能源自动化管理水平。
围绕国家建设资源节约型、环境友好型社会的发展战略，践行生态文明建设，根据国家相关政策及公共机构节能管理司建设节约型校园的总体工作要求，紧跟中心工作和发展主题，确定“十四五”期间节约型校园建设总体目标。建立一套完整的校园智慧能源管控平台，实现整个校园智能化的能源管理，用电安全管理，资产运维管理，真正打造“多源一体，统一管控”的数字化低碳校园。
图2.1 建设目标
通过校园智慧能源管控平台用户能够实现：
Ø 低碳校园泛在计量：以校局域网为主要媒介，以能源的泛在计量为基础，分校区、分学院、分建筑、分类分项对学校从用能、资产、环境等系统进行数据采集及统计，构建可靠性强、效率高、共享度高的校园运维数据库，通过多维度数据计算分析，建立能耗分析、智能联动、故障预警、资产管理、安防告警、故障告警、节能策略等模块；保障学院的正常供电，降低运营成本和能耗，提高运维效率和灵活性，促进绿色低碳发展，提升学院形象和管理水平；
Ø 历史数据价值沉淀：基于校园能源历史数据的时序记录，进行统计分析，以挖掘出能源使用中的关键问题，推荐最佳的能源利用策略，评估各个设施和系统的运行状态，生成全面的分析报告。这不仅反映了当前能源使用的情况，还提供了未来能源质量改进的具体指导；
Ø 能效分析预测：通过深入分析校园能效的每个环节，结合教学、时间段等因素，全面评估和优化校园能效。同时，结合校园能源系统运行情况和电价政策，优化当前能效，制定安全、经济的能源使用方案。利用大数据趋势预测方法，结合季节性、月度变化、能源使用量等因素，对校园能效和能源使用量进行趋势分析，预测未来一段时间的变化趋势，以便及时调整能源使用策略，确保在维持最佳质量标准的同时，实现成本和资源的有效节约，实现校园能源的可持续利用；
Ø 安全评估预警：通过对学校建筑的相关数据进行收集和整理，包括建筑结构、建筑材料、使用情况等。可以利用数字孪生技术来建立各个系统的虚拟模型，包括建筑结构、电力线路、设备等。通过实时监测和数据分析，可以获取配电系统中各个设备和节点的运行状态和能耗情况。然后，利用数据算法对数字模型进行计算和分析，实现对各个系统的智能管理和优化控制。通过数模联动的方式，可以更加准确地模拟和预测各个系统的行为，提高运维效率和灵活性，同时保障学院的正常运行；
Ø 制定用能策略，提升管理水平。通过监测数据统计分析，制定各空间用能策略，符合学校用能特点和管理要求的各类别建筑、设备用能策略，采取策略控制手段，采用新型遥控设备等措施优化内部管理，通过数据的完整行优化内部成本核算，提高运行管理水平，推进学校建筑节能的精细化管理；
Ø 为新建规划和科学研究提供数据支撑。为符合节能设计规范和绿色建筑评价标准的新建建筑规划设计提供数据支撑；为绿色建筑、能源、安防、资产、环境系统规划等科学研究提供详实有力的数据资源。
校园数字化能源管控平台系统架构旨在将整个校园变成一个智能系统，多方位全面的根据学校的建筑特点，使用习惯以及用能情况进行合理设计规划，实现人-人、人-设备、设备-物联网以及设备之间的互联互通。该系统打通了校园各个层级之间的信息传递，包括校园区域、建筑设施、能源设备等信息的透明可视化。通过数字化管理平台，实现对校园能源的精细化监控，提高能源利用效率，确保设备运行稳定、能源使用效率提升、校园安全无事故。整个系统采用分布式运算结构，各个子系统之间耦合度低，不会产生数据依赖，从而保证系统的稳定性和可靠性。系统方案架构如下图所示：
图3.1 方案架构
校园数字化能源管控平台，通过业务集成连接能源监管系统、变配电动环监控、电动车充电管理、供暖优化控制、课室照明及风扇管控、暖通优化控制、路灯节能控制、网络预付费系统等相关单元、子系统，通过多协议网关实现不同的数据接口之间的统一，并通过在线整合，在数据库中建立通用数据模型，到达节能监管平台核心分析层，通过核心分析层进行管理、分析、优化，实现学校能源监控一体化管理。
为了达到精益化综合能源管控中心“安全、高效”的能源管理要求，本系统应用设计一个管理中心，多级分布管理方案，管理中心对从能源供给到终端消费的能源流的全方位信息监测，通过平台分析结果对设备进行智慧控制，并进行合理调度分配，进行节能任务的安排及管理。
1）全面统筹
以“云”平台为核心，以“数据”为基础，以“数据分析”和“数据挖掘”为主要手段，以“角色”为服务对象，针对不同角色提供不同的系统功能和数据，建设从学校—校区—建筑—房间（或重要仪器设备、重点用能单位、重点耗能设备）的多级能管体系；同时，将校园数字化能源管控体系建设与构建未来绿色建筑规划有机结合；
2）逐步推进
以校园数字化能源管控平台为框架，与校区能耗管理制度相结合，逐步建立和完善校区的能管制度和能管标准；采用由上至下，由区域到建筑，由建筑到房间的实施策略，先逐步将校区下属建筑的一级能耗（建筑的总能耗）纳入到区域能管平台，然后按照顺序逐步搭建建筑能管系统，将建筑内的二级、三级能耗（层间、房间的能耗）纳入到建筑能管系统中；根据平台的数据，逐步完善不同建筑类型之间的能管数据标准，为其他建筑提供参考数据；构建“能源流+信息流+业务流”级联控制网络，通过分层建设，达到平台能力及应用的可成长、可扩充，构建能源系统产学研用共享平台，实现能源的智能化管理、能源的智能供应、能源信息的共享与成果展示、能源相关关键技术创新应用示范。
校园数字化能源管控平台建设是一个系统性项目，重点关注能源的配给和综合利用，其建设内容包括综合能源管控平台（智能应用、数据资源、基础资源）、校园能源物联网（网络通信、控制与传感）和校园能源基础设施（水电供用设施）。用户主要为：学校及相关职能部门、学校教职工与学生。整个系统架构如下图所示：
图3.2 校园数字化能源管控系统组成
3.4.1校园四级用能计量
校园数字化能源管控系统提供四级用能计量功能：配电房总表、楼层总表、楼层各区域分表和责任区域计量。配电房总表监测整个校园的电能使用情况，楼层总表监测每个楼层的情况，楼层各区域分表实现分户、分项、分类的实时计量。责任区域计量按区域（如学院、部门）监测能耗，促进能源管理的有效实施。系统还包括电气火灾报警和电气安全管理功能，确保校园电气设施的安全运行。
图3.3 校园数字化能源管控能源计量
3.4.2 校园建筑能耗kpi指标
提供校园能耗分类、分项指标和能耗KPI功能：能耗分类分项指标将能源消耗按不同用途或部门进行细分，如教学楼、实验室等，有助于精细化监测和管理能源使用。能耗KPI指标则评估和监测能源管理效果，包括能源消耗量、与产值的比例等指标。这些功能为校园管理者提供了更准确的能源管理手段，帮助提高能源利用效率，降低成本，促进校园可持续发展。
3.4.3 有序用电管理
系统提供一系列有序用电管理功能，包括监管看板、监管统计、违规统计、区域监管汇总、违规统计等。系统还提供有序用电监管列表、监管日历、监管查询、本月监管企业等功能。此外，系统支持有序用电任务管控，包括导入和预测功能、区域用电占比分析、监管明细、有序任务天数明细等功能。这些功能帮助学校建筑实现用电管理的有序化，提高用电效率，减少能源浪费。
3.4.4 能流分析，过程追溯
以客观数据为依据，对校园整体、不同楼宇、各个区域、设备等对象，对总能耗及各组成部分能耗进行监测。系统能够全面反映能源流向，发现能耗上的薄弱环节，为制定校园能源消耗平衡表提供支持。通过这一功能，可以分步、清晰地计算校园的能耗指标，为实现能源管理的精细化和优化提供重要依据。此外，根据能流图，分析能源利用效率情况，进一步提高能源利用效率，加强能源管理、提高效率。
图3.3 校园数字化能源管控能耗追溯
3.4.5 供配电室综合监控
系统提供供配电室综合监控功能，全面掌握用电设备运行情况，实现故障及时跟踪响应，变传统被动式运维为主动集中式运维，实现运维管理信息化和用能管理精细化。系统包括高低压配电柜全电量监测、三相电压、电流等电力参数监测和开关、储能、刀闸等状态的远程控制，以及电能质量监测和告警功能。此外，系统还支持无线测温功能，可监测各回路母排温度。通过透明化的用电数据管理，消除了纸质化记录的需求，同时也消除了传统周期性人工值守巡检，实现了异常告警提醒和运维流程全追踪。系统还提供专业的诊断报告推送，全面把握校园用电现状，为优化能源利用提供有效支持。
图3.4 校园数字化能源管控电力组态监测
3.4.6 用电安全监管
实时监控过漏电、剩余电流、短路、过温度、过载、过压、欠压等电气用电故障，同时实现校园内用电的统一管控和集中管理，避免能源浪费。系统可快速断电并上报异常，方便检查与整改，改造方便，直接在原有设备上进行升级改造，即装即用。通过智慧联网，实时监测和管理校园内各个场所的用电情况，提高了用电管理的效率和精准度。
3.4.7 空调暖通控制
空调暖通调控功能包括智能调控、温湿度监测、定时开关、节能模式、故障监测报警、远程控制、数据分析等。系统能根据不同区域需求智能调节设备运行，监测环境参数保证舒适度，定时开关节约能源，故障监测及时处理，远程控制方便管理，数据分析优化能源利用效率，全面提升校园能源管理水平，实现节能减排目标。
图3.5 校园数字化能源管控空调暖通控制
3.4.8 智慧照明节能
校园数字化能源管控系统的智慧照明调控功能包括分时分区用能、在线监测、实时控制、定时开关等。系统支持人体感应，通过检测人体红外信号感知人体移动，自动控制照明系统。此外，系统支持集中控制、远程数据传输、24小时数据采集、多平台报警推送、实时监控、报警提醒、历史记录、数据分析、隐患处理、运营监管等功能，为校园照明提供智能化、高效能源利用的解决方案。
图3.6 校园数字化能源管控智慧照明控制
3.4.9 计量收费
系统支持智能电表、智能水表、空调计量等收费功能，实现解放人力，降低成本，增加收入。系统实现预付费管理，能够自动生成账单报表，智能公摊收费合理，操作便捷。系统支持多种场景，包括学生公寓水电支付、教职工公寓、生活区、商业区水电支付管理。此外，系统能够进行线损分析，直观显示线路损耗情况，支持过载、过流等异常事件的自动上报，保障安全。系统还能及时发布房源/通知及增值服务，将转供电数据实时上传碳中和数字化能源业务平台，实现用电监管更加安心。
图3.6 校园数字化能源管控预付费管理
3.4.10 低碳管理
低碳管理功能通过智能化能源监测与分析、智能节能控制、碳排放核算、节能设备应用和碳交易管理等手段，实现了对校园能源消耗和碳排放的精准管理。系统能够监测能源使用情况，提供优化建议，控制设备运行，推广应用节能设备，核算碳排放量，并管理碳交易，为校园低碳发展提供了全面支持。
图3.7 校园数字化能源管控低碳管理
图4.1 实施步骤
Ø 调研阶段：进一步了解学校数字化能源管控的需求与挑战
Ø 分析阶段：确认目标与实施规划
Ø 定义阶段：建立具体的项目可交付内容
Ø 设计阶段：技术和业务流程设计
Ø 开发阶段：配置、客户化、系统测试
Ø 实施阶段：培训并执行解决方案
Ø 优化阶段：投运后持续改进及数据
《用能单位能源计量器具配备和管理通则》 GB 17167
《电测量及电能计量装置设计技术规程》DL/T 5137-2001
《电能计量装置技术管理规程》DL/T 448-2000
《民用建筑能耗数据采集标准》JGJ/T154-2007
《多功能电能表通信规约》DL/T 645-1997
《多功能电能表》DL/T614-1997
《电能计量装置技术管理规程》DL/T 448-2000
《电测量及电能计量装置设计技术规程》DL/T 5137-2001
《电能计量装置安装接线规则》DL/T 825-2002
《户用计量仪表数据传输技术条件》CJ/T 188-2004
《低压配电设计规范》GB50054-95
《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB 50168-2006
《建筑电气施工质量验收规范》 GB50303-2002
《智能建筑设计标准》GB/T 50314-2006
《智能建筑工程质量验收规范》GB 50339-2003
《电子远传水表》 CJT 224-2012
《电子直读式水表》 CJT 383-2011
《热水水表规范》 JBT 8802-1998
《热量表》 CJ128－2000
通过校园数字化能源管控平台的建设，实现校园水电气能耗数据的实时采集，根据水电气能耗预测和缺陷分析，可提早发现由于管理运行的疏忽造成的运行能耗浪费，加强各类设备的科学运行管理，从而大大降低校园水电气的使用能耗。
（1）管理节能：能够优化建筑物用能系统的运行管理和无成本的节能改进而节约能源，预计能够节能10％～20％。
（2）行为节能：通过系统的建成，同时落实一系列的节能管理工作，提高人员的节约用能意识进一步的降低能耗。
（3）设备节能：从设备全生命周期的角度来看，延长设备的正常使用时间，可产生直接的经济效益。综合运行与管理平台在设备运推方面有无可比拟的优势通过对各类用能设备的安全运行保障及合理使用，延长设备使用寿命，并减少设备维保费用，节省设备更新投资等不必要的收入损失，综合提高设备可用率2％～10％，延长设备寿命10%～15％，节约设备检修费用10%～25％。直接收益约10％。
（4）控制节能：对每间教室的照明/风扇及空调设备进行监管，结合教学和学生使用需求进行科学的管理，合理使用，在满足使用需求的情况下提高设备使用效率，减少不必要的浪费，提高校园后勤管理水平。通过智能空调控制系统和智能照明/风扇联动控制系统实现对空调、照明、风扇的管理节能，可有效提高管理效率，年节约人工2人/年，降低教室整体用电能耗费用10%～20%，降低生均电耗指标10%～20%。
信息化应用系统的建设，提供了系统化的应用工具，大大减轻了后勤管理人员的工作强度，使得后勤管理人员能集中更多精力从事创新性的研究和实践工作。同时通过应用系统的业务数据分析，为后勤业务部门的管理决策及业务流程的改进提供数据依据，促进校园后勤管理的高效提升。
构建校园数字化能源管控平台，以设备资源和数据信息服务为核心内容，实现智能的校园用电管理，用水管理，空调管理和照明管理，基于能源的数据分析创新校园管理模式实现能源信息化和数字化，为学校管理节能管理的决策能力的提升提供数据支撑。
该项目的落实和推广必将带动学校所在地区其他校的节约型校园建设，真正起到宣传我国能源现状与节约型社会建设的重大意义，同时也将对社会各界节能起到示范作用，结合媒体宣传可以极大的提高学校形象。通过节能监管系统的建设能够有效地提高院用能效率，大大提高设备运行的安全性和生产效率。
该系统建成后将具有显著的节能、节水和提高资源利用率的效果，在节能的同时大大低了燃烧矿物燃料而引起的二氧化碳和其他温室气体及污染物的排放，充分响应了国家建设低碳环保，可发展的针和政策管理越方针和政策。
