1996年，为满足计量科学发展对先进实验环境的需求，中国计量科学研究院(以下简称“计量院”)分两期向国家申报了实验基地建设项目。获批后，经过3年多的努力，一期工程建设完成并投入运行。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，其中科研实验楼为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分析

    计量院实验基地自2008年建设完成后，经过两年多的运行，初步统计结果表明，每年电费消耗约1400万元，水费消耗约100万元。在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、监测难度大等问题。因此，构建一套符合计量院实际情况的建筑能耗统计平台及数据库管理系统，以实现各建筑能耗准确统计，特别是实现空调等重点用能系统的能耗分项计量和在线能效评估，较快地发现各耗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，对提高能源利用率具有十分重要的意义。
    

二、能耗监测与管理系统结构框架

    计量院实验基地能耗监测与管理系统拓扑图如图1所示，该系统基于以太网，主要由现场监测子系统、远程传输网络、能耗监测平台3部分组成。其中，现场监测子系统由各种远传计量装置和现场采集器等组成，构成建筑和重点耗能系统内部的监测传输网络；远程传输网络可实现建筑现场计量装置与后方能耗监测平台的数据通信；能耗监测平台由采集服务器、数据库服务器、应用服务器等组成，完成能耗数据的动态监视及分析处理工作。
    

<CTSM>    图1  计量院实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实际情况，本系统包含能源电子台账、数据采集、数据监控、数据手工填报、能耗统计、能效分析、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的能耗分类统计以及能效评估等。此外，系统还提供扩展接口，为新监测点提供扩展能力。
    1.能源电子台账
    为了采集、监测并多角度分析计量院能耗数据，必须完整收集与用能相关的基础信息，经过分类整理存储于数据库系统中，与自动监测或手工录入的能耗数据及运行数据相结合，实现能耗监测、统计、分析等功能。因此，本软件系统中包含一系列与用能相关的基础信息管理功能，称为能源电子台账。其实现的功能有:①能耗分类:按照不同载能工质分类记录管理，记录的信息包括能源及载能工质的名称、计量单位、折标系数、采购价格等。②能耗分项:按通风、空调、给水、排水、采暖、供电、弱电、消防、照明、动力、生活、交通等用途分项。③能耗分级:将计量院作为一级用能单位，其下属部门可划分为多层的次级用能单位。将能耗数据与用能单位关联，可以明确能耗的受益者及责任人，为能耗定额管理等工作提供基础数据。④计量和采集设备电子台账:主要记录计量和采集设备的名称、型号规格、准确度等级、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、使用状态等，方便用户多角度查询。
    2.数据采集
    数据采集是计量院能耗监测和管理软件系统的基础，本系统的数据统计、监控预警、能耗统计和能效分析等功能都建立在数据采集的基础之上。
    数据采集是本系统中监测分析软件与计量采集通信硬件相互衔接的部分。本系统的数据采集基于组态软件平台进行二次开发。组态软件平台是一套通用组态软件，是实现自动化过程监视、控制和管理的软件平台，基于Microsoft Net开发。在组态软件上的数据采集二次开发，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能耗、设备运行状态、设备运行参数等数据，并传输到后台数据库进行计算与存储。
    3.数据监控
    (1)可视化监控
    可视化监控功能用于帮助用户形象、直观地了解用能系统和建筑的运行情况。软件通过系统模拟图，既可以显示系统的全局信息，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、设备的运行记录。运行记录包括按固定时间间隔统计的系统、设备的能耗、设备起停状态及室内外温湿度等环境信息。用户可通过运行记录详细了解系统及设备的运行状态，为系统及设备的节能控制提供数据基础。
    (3)运行报警
    通过软件提供完善的报警机制来满足不同人员对报警的不同需求。本系统实时监测需要报警变量的状态或者数值，并与报警设定比较，决定是否发出报警信息。报警信息可以通过画面上的报警窗口内的信息、语音报警等方式及时传递给系统的运行人员，也可以通过电子邮件、手机短信、或MSN Messenger、Yahoo Messenger等及时消息软件的对话消息的形式发送给指定的管理人员。报警信息可按照严重程度进行分类，以使相关人员根据报警的紧急程度采取处理措施。
    4.手工数据填报
    因计量院内液氦特殊液体和氧气等特种气体、食堂罐装液化气、车辆燃料油三类用能难以采用自动化方式进行监控，因此，本系统设计采用定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
    把采集到的能耗数据，按照不同维度进行分析。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)，或者自定义选择某个时间段进行统计。汇总不同时间段内的用能数据后，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、水量等能源消耗汇总，并可按时间、分项、分级查询。②能耗分类、分项、分级统计:分类是实现电量、气量、油量等能源消耗量分别统计，并可按时间，分项、分级查询；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其总电耗，并可以按照建筑物的内部结构进行细分，按照楼层、房间等进行分级统计。最终可以实现用柱状图、曲线图等图形展示、分析能耗变化趋势，对于用能出现异常的时间段进行进一步分析，查看每一个采集点的数据。
    6.能效分析
    (1)用能系统能效分析
    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析，计算线损率、有效供热率、COP等系统能效指标。将这些指标与国内标准、国际指标进行比较，了解建筑的用能效率水平，寻找节能点。
    (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数，将实际检测结果与设备的出厂标准进行比较，对不符合标准或者效率较低的设备进行更换。并为以后购买类似产品提供参考。
    (3)建筑能效分析
    对某栋建筑物，按照国家公共建筑能源审计的方法计量建筑物的面积、各类能源消耗量，计算出建筑物的空调通风系统能效指标、采暖系统能效指标、照明系统能效指标、室内设备系统能效指标、综合服务系统能效指标、水耗指标。将这些指标与国内标准、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)重点实验室能耗分析
    重点监测高能耗实验室、不间断运行实验室等重要用能区域的能耗、水耗，实时统计其能耗，及时发现重点区域的用能问题。
    7.报表管理
    利用计算机展示分析技术对采集到的用能数据进行数据挖掘，生成能耗统计报表、电量统计报表、偏差分析报表、最大值/最小值分析报表，并对生成的报表进行管理。
    (1)全院总能耗统计报表
    提供整个实验基地的日、月、年总能耗的统计报表，实现能耗数据报表查询、打印功能，并能输出特殊统计要求的对外能耗统计报表。
    (2)分项统计报表
    根据计量院管理要求，在基于分项计量设备采集数据的基础上，提供按照管理层级要求的能耗统计报表的编制、查询和打印功能。
    (3)特定统计报表
    提供用户能够按照具体时间、计量点、实验要求编制能耗统计报告或报表的功能。
    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功能设置和维护功能，用户才可以在IE浏览器中看到监测画面和数据，提供系统监视与数据库链接的友好界面。
    (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、曲线查看功能和基础数据维护功能，从而维持对整个系统有秩序的运行。
    9.扩展接口
    由于本系统采用分期建设方式，因此，软件需要为今后的监测范围扩展预留接口。系统支持的扩展包括:①计量院实验基地能耗统计、能效分析的深度与广度；②计量院实验基地二期建筑及用能系统的统计分析；③计量院其他院区及其他实验基地监测数据的集成。
    

四、结束语

    本文所设计的能耗监测与管理系统软件是计量院开展节能减排工作，加强基础能源管理的基础。同时也是摸清计量院实验基地用能家底及用能特点，实现能耗基础数据管理可监测性，以便进一步开展各种节能改造、节能管理工作的定量管理平台。另外，也在为寒冷地区类似科研类建筑的运行提供可供参考的能耗指标方面发挥了重要作用。