1996年（nián），为满足计量科（kē）学发展对先进（jìn）实验环境的需求，中国计量科学研究院（yuàn）(以下简称“计量（liàng）院”)分两期（qī）向国家（jiā）申报了（le）实验基（jī）地建设项（xiàng）目。获批后，经过（guò）3年多的努力，一（yī）期工程建设完成并投入运（yùn）行。实验基地总规划建设用地为561085m²，一期工程建筑面积为47352m²，建设建筑物为25项、构筑物为3项，其中科（kē）研（yán）实（shí）验楼为13栋，容积率为0.084，建筑密度为5.3%，绿化率为87.9%。
    

一、现有用能状况和能耗统计方式（shì）分析

    计量（liàng）院实验基地自2008年（nián）建设完成后，经过两年多的运行，初步统（tǒng）计结果表明，每年电费消耗约1400万元，水费消耗约100万元。在（zài）能耗监测和管理方面，虽然目前各耗能设备有了一定的信息化基础，但在位置上分散，缺乏系统性的（de）优化运行监管手段，大多还停留在传统的定期抄表能耗统计方式上，分项能耗还存在底数不清、情况不明、监测难度大等（děng）问题。因此（cǐ），构建一（yī）套符合计量院实际情况的建（jiàn）筑（zhù）能耗（hào）统计平台及数据库管理系（xì）统，以实现各建（jiàn）筑能耗准确统计，特别是实现空调等（děng）重点用能系统的（de）能耗分项计量（liàng）和在线（xiàn）能效评估（gū），较快地发现各（gè）耗（hào）能系统运行过程中出现的问题，并采取措施，从而改善能耗系统运行状况，对提高能源利用率（lǜ）具有十分重要的（de）意义。
    

二、能耗监测与管理系统结（jié）构框架

    计量院实验基地能耗监测与管理系统拓扑图如图（tú）1所示，该（gāi）系统基于以太网，主要由现场监测（cè）子系统、远程传输（shū）网（wǎng）络、能耗（hào）监测平台3部分组成（chéng）。其中，现场监测子系统由各种远传（chuán）计量装置和现场（chǎng）采集器等组成，构成建筑和重点耗能系统内（nèi）部的监测传输网络；远程传输网（wǎng）络可实（shí）现建筑现场计（jì）量装置（zhì）与后方能（néng）耗（hào）监测平台的数据通信；能（néng）耗监测平台由采集服（fú）务器、数据库服务器（qì）、应用服务器等组成，完成能耗数（shù）据（jù）的动（dòng）态监视及分（fèn）析处理（lǐ）工作。
    

<CTSM>    图1  计量院实（shí）验基地能耗监测与管理系统拓扑图</CTSM>
    

三、能耗监测与管理系统功能

    结合计量院实验基地（dì）实际情况，本系统（tǒng）包含能源电子台账、数据采集、数据监控、数据手工填报（bào）、能耗统（tǒng）计、能效分（fèn）析、报表管理、系统管理等8个功能模块，实现了能耗数据的采集监测、能耗相关基础信息管理和重点耗能系统（tǒng）的能耗分类（lèi）统计以及能（néng）效评估（gū）等。此（cǐ）外（wài），系统还（hái）提供扩展接口，为新（xīn）监测点提供扩展能力。
    1.能源电子台账
    为了（le）采集、监测并（bìng）多角度分析计量院能耗数据，必须（xū）完整收集与用能相关的基础信息，经过分类（lèi）整理存储于数（shù）据库系统中，与自动监测或手工录入的能耗数据及（jí）运行数据相结合，实现能耗监测、统计、分析等功能。因此，本软件系（xì）统中包含一系列（liè）与用能相关的基础（chǔ）信息管理功能，称为能源电子台（tái）账。其实现的功能有:①能耗分类:按照不同载能工质分类（lèi）记（jì）录管理（lǐ），记录的信（xìn）息包括能源及载能工质的名称、计量单（dān）位、折标系数、采购价格等。②能耗分项:按通风、空调、给水、排水、采（cǎi）暖、供电（diàn）、弱电、消防、照明、动（dòng）力、生活、交通等用途（tú）分项。③能耗分级:将计量院作为（wéi）一级（jí）用能单位，其下属部门可（kě）划分为多层的（de）次级用能单位。将能耗数据与用能（néng）单位关联，可以明确能耗（hào）的受益者（zhě）及责任人，为能耗定额管（guǎn）理等工作提供基础数（shù）据。④计量和采集设备电子台账:主要记录计量和（hé）采集（jí）设备的名称、型号规格、准（zhǔn）确度等级、测量范围、生产厂家、出厂编号、用能单位管理编号、安装使用地点、使用（yòng）状态等，方（fāng）便用户多角度查询。
    2.数据采集
    数据采集是计量（liàng）院能耗监测和管理软件系统的基础，本（běn）系统的数（shù）据（jù）统计、监控预警、能耗统计和能效分析等功能都建（jiàn）立在数据采集（jí）的（de）基础之上。
    数据采集是本系统中监（jiān）测分析软件（jiàn）与计量采集通（tōng）信硬件（jiàn）相互衔（xián）接的部（bù）分。本系统的数据（jù）采集基于组态软（ruǎn）件平台进行二次（cì）开发。组态（tài）软件平台是（shì）一套通用组态（tài）软件，是（shì）实现（xiàn）自动化（huà）过程监视、控制和（hé）管理的软件平台，基于Microsoft Net开发（fā）。在组态软件上的数据采集二（èr）次开发（fā），指开发针对不同PLC、DCS、仪表、智能模块和板卡等设备的驱动程序，实现从其中实时采集设备（bèi）能耗、设备运行状态、设备运行参数等数据，并传输（shū）到后台数据库进行计（jì）算与（yǔ）存储。
    3.数据监控
    (1)可视（shì）化监控
    可视化监控功能用于（yú）帮助用户形象、直观地了解用能系统和建筑的运行情（qíng）况。软件通过系统模拟图，既可以显示系统（tǒng）的全局信（xìn）息，使管理人员对整个系统运行状况一目了然，又可以进一步深入显示各个设备的运行信息，为管理人员的数据分析工作提（tí）供依据。
    (2)运行记录和运行日报
    软件提供多种报表，展现用能系统、设（shè）备的运行记录。运（yùn）行记（jì）录包括（kuò）按固（gù）定时间（jiān）间隔统计的系统、设备（bèi）的能耗、设备起停状态及室（shì）内外温湿度等环境信息。用户可通过运（yùn）行（háng）记（jì）录详细了解系统（tǒng）及设备的运行状态，为系统及（jí）设备的节能控制提供数据基础。
    (3)运行报（bào）警
    通过软件提供完善的报警机制来（lái）满足（zú）不同（tóng）人员对报警的（de）不同需求。本系统实时监（jiān）测需要报警变量的状态或者（zhě）数值，并与（yǔ）报警设定比较（jiào），决定是否发出报警信息。报警信（xìn）息可（kě）以通（tōng）过画面（miàn）上的报警（jǐng）窗口内的（de）信息、语音报警等方式及时传递给系统的运行人员，也可（kě）以通过电子邮件、手机短信、或MSN Messenger、Yahoo Messenger等及时（shí）消息软件的对（duì）话消息的形式发送给指定的管理人员（yuán）。报警信息可按照严重程（chéng）度进行分（fèn）类，以使相关人员根（gēn）据报（bào）警的紧急程度采取处理措施。
    4.手工数据填报
    因（yīn）计量院内液（yè）氦特殊液体和氧气等特种气体、食堂罐装液化气、车辆燃料油三（sān）类用（yòng）能难（nán）以采用自动化方式进行监控，因此（cǐ），本系统设计采用定（dìng）期手工填报的方式收集这三类能耗的使用情况。
    5.能耗统计
    把采集到的能（néng）耗（hào）数据，按照（zhào）不同维度进行分析。统计时，通常都按照不同的时间段进行汇总(如年统计、月统计、日统计等)，或者自定义选择某（mǒu）个时间段进行统计。汇总（zǒng）不同时间（jiān）段内的用能数据后，再进行横向比较或者纵向比较。其实现的功能有:①综合能耗统计:实现将电量、气量、油量、水量等能（néng）源消耗汇总，并可按（àn）时间、分项、分级查询。②能耗分（fèn）类、分项、分级统（tǒng）计:分（fèn）类（lèi）是实现电量、气量（liàng）、油量等能源消耗量分别统计，并可按时间，分项、分级查询（xún）；分项指按能源用途对能耗进行分类；分级指根据管理需求对能源使用划分的层次关系，例如针对一个建筑统计（jì）其（qí）总电耗，并可以按照建筑物的内（nèi）部结构进行（háng）细分，按照楼层、房（fáng）间等进行分级统计。最终可以实现用柱状图、曲线图等图形展示、分析（xī）能耗变（biàn）化趋势，对于用能出现异常的时间段进行（háng）进一步分析（xī），查看每一（yī）个采集点的数据。
    6.能效分析
    (1)用能系统能效分（fèn）析
    对配电、供暖、制冷、空调、给水等系统的整体能源利用效率进行分（fèn）析，计算线损率、有效供热率、COP等系统能效（xiào）指标。将这些指标与国内（nèi）标准、国际指标进行比较，了解（jiě）建筑的用能效率水平，寻找节能点。
    (2)重点用能设备能效分析
    采集计量院内的重点用能设备运行参（cān）数，将实际检测结果与设（shè）备的出厂（chǎng）标（biāo）准进行比较，对不符合标准或者效率较低的设备进行更换。并为以后（hòu）购买类似产品提供参考。
    (3)建（jiàn）筑能效分析
    对某栋建筑物，按照国家公共（gòng）建筑能源审计的方法计量建筑（zhù）物的面积、各类能源消耗（hào）量，计算出建筑物的空调通风系统能效指标、采暖系统（tǒng）能效指标、照明（míng）系统能效指标、室内设备系统能效指标、综合服务系统能效指标、水耗指（zhǐ）标。将这些指标与（yǔ）国内标准、国际指标进行比较，了解建筑的用能效率水平，寻找节能点。
    (4)重点实验室能耗（hào）分析
    重（chóng）点监测高能耗实验室、不间（jiān）断运行实验室等重（chóng）要用能区域的能耗、水（shuǐ）耗，实（shí）时统计其能耗（hào），及（jí）时发现（xiàn）重点区域（yù）的用能问题。
    7.报表管理
    利用计算机展示分析技术对采集到的（de）用能数据进行数据（jù）挖掘，生成（chéng）能耗统计报表、电量统计报表、偏差（chà）分析报表、最大值/最小值分析报表（biǎo），并对生成的报表进行管理。
    (1)全院总能耗统计（jì）报表
    提供整个实验基地的日、月、年总（zǒng）能耗的统计报表，实现能耗数据报表查询、打印功能，并能输出（chū）特殊统计（jì）要求（qiú）的对外能耗（hào）统计报表。
    (2)分（fèn）项统计报表
    根据计（jì）量院管理要求，在基于分项计量设备采集数据的基础上，提供（gòng）按照管理层级要求的能耗统计报表（biǎo）的编制、查询和打印功能。
    (3)特定统计报（bào）表
    提供用户能够按照具体（tǐ）时（shí）间、计量点、实验（yàn）要求编制能耗统计（jì）报告或报表的功能。
    8.系统管理
    (1)系统维护
    系统维护模块是整个系统的基础，只有在系统维护中完成基础的（de）功（gōng）能设置和维护功能，用户才可以在IE浏览器（qì）中看到监测画面和数据，提供系统监视与数（shù）据库链接的友好界面（miàn）。
    (2)用户授权管理
    用户授权分为4种角色，他们分别拥有系统管理员功能、数据测点配置功能、曲线（xiàn）查看功能和基础数据维护功能，从而维持对整个系统（tǒng）有秩序的运行。
    9.扩展接（jiē）口
    由于本（běn）系统采用分期建设方式（shì），因此，软件需（xū）要为今后的监测范（fàn）围（wéi）扩展预留接口。系统支持的扩展包括:①计量院实验基地能耗统计、能（néng）效分析的深度与广度；②计量院实验基地（dì）二期建筑及（jí）用能系统的统计分析；③计量院其他院区及其（qí）他（tā）实验基地监测数据的（de）集成（chéng）。
    

四、结（jié）束语

    本文（wén）所设计的能（néng）耗监测与管（guǎn）理系统软（ruǎn）件是计量院开展节能减排工作，加（jiā）强基础能源（yuán）管理的基础。同时也是摸清计量院实验基地（dì）用能家底及（jí）用（yòng）能特点，实现能耗基础数据管理可监测（cè）性，以便进一步开展各种节能改（gǎi）造、节（jiē）能管（guǎn）理工作的（de）定量管理平台。另外，也在为寒冷地区类似科研类建筑（zhù）的运行提供可供参考的能耗指标（biāo）方面发（fā）挥了重（chóng）要作用。