工厂能耗监测需求方案.docx
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工厂能耗监测需求方案
XX市XX品牌工艺总厂用水、用电能耗监测系统项目设计方案
1、建筑概况
1.1项目概况
XX市XX品牌工艺总厂位于广东省XX区XX镇，由办公区、生活区、分厂区三个功能区组成。
办公区有办公楼、招待所各一栋，生活有14栋宿舍楼、总电房1栋，分厂区有20栋建筑组成，涉及建筑面积约13万多平方米。
本次能源管理系统主要对XX市XX品牌工艺总厂的用水、用电进行能耗监测计量，对辖区内的商铺用电进行预付费管理，以及对分厂用水实现远程控制，防止水资源浪费，节约能源。
1.2能源管理中存在的问题
目前XX市XX品牌工艺总厂建筑均未安装智能分项计量装置，仍然采用传统的手工方式进行各类能耗的计量，造成能耗数据不完整、不准确、不全面，因而无法进行能耗分析与诊断，造成能源管理不到位，对各种能耗设备也没有行之有效的手段进行节能控制，分厂、宿舍也有出现无关水龙头的情况，所以存在各种能源浪费现象。
针对上述问题，本方案采用适合XX市XX品牌工艺总厂自身用能特点的能耗监管平台，该系统集能源管理与节能决策于一体，将实时能耗数据送到每位能源操作者、管理者、决策者面前，使他们能够随时监测能源消耗状态及设备运行效率，以达到加强用能管理、提高能源效率、降低能源消耗的目的。
2、项目设计
2.1建设目标
在XX市XX品牌工艺总厂建立能耗监管平台，构建可靠性强、效率高、共享度高的能耗数据库，实现建筑能耗监测信息化功能。
通过能耗监管平台，可明确知晓本XX市XX品牌工艺总厂各建筑能耗情况，方便掌握总厂各建筑的动态用能情况，发现能耗浪费环节，对重点区域实行远程控制，提高管理水平，实现管理节能；并能深度挖掘总厂节能潜力，为节能技术改造提供科学详尽的数据。
此外，能耗监管平台系统还具备了IC卡预付费功能，可以对辖区内的商铺用电提供更好的管理手段。
总之，本套系统能为建筑节能运行管理与节能技术改造提供能耗数据分析依据，可在本项目基础上通过加强能耗管理，降低建筑现实能耗，产生节能效益。
2.2建设原则
（1）展示性
针对XX市XX品牌工艺总厂节能工作特点，除了要求的功能内容之外，在界面风格设计、展示效果等方面能够体现建筑节能工作特点。
系统将保证界面风格一致，参考国内同类系统的优点，设计一套符合要求而又有个性特点的界面。
在展示方式，尽量按照用户日常工作要求进行设计。
（2）实用性
确实能为具体工作的开展和管理提供帮助，不成为工作数据输入的负担，数据的输入、分析都能自动完成，易于用户掌握和学习使用。
数据生成和汇总都在后台自动完成。
（3）兼容性
操作、管理方便、兼容性强。
能够实现对已有备案系统的信息调用，具备向其他系统进行数据输出的功能。
预留系统的数据接口，方便给上级类似系统提供数据。
（4）可靠性
在网络、硬件、系统软件和应用软件各个方面，采用合理的方法和技术，提高系统的容错能力，确保系统的高可靠性，保证系统运行稳定。
系统将采用国际SOA标准的J2EE架构，确保系统应用安全和数据库封装。
（5）扩展性
本项目的建设应该基于开放的架构、通用的传输协议和标准的数据格式，系统是开放的、规模可伸缩的、功能可以扩充的。
随着工作内容的发展变化，系统应能够较快捷的进行扩展、升级和改造，以具备更多的功能。
系统采用的是流程化可视化开发。
（6）易维护性
提供统一的图形化的维护界面，维护人员通过简单的鼠标操作即可完成对整个系统的配置、管理。
系统提供专门的后台维护子系统，对用户建立、角色建立、角色授权、模块权限分配都有维护界面，方便系统运行后的后台维护管理。
2.3建设依据
（1）政策性文件
⏹《中华人民共和国节约能源法》（中华人民共和国主席令第77号）
⏹《公共机构节能条例》（中华人民共和国国务院令）
⏹《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》（国发[2007]15号）
⏹《关于加强大型公共建筑工程建设管理的若干意见》（建质[2007]1号）
⏹《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》（建科[2007]245号）
⏹《关于进一步推进公共建筑节能工作的通知》（财建[2011]207号）
⏹《关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》（国发[2011]26号）
⏹《2015年广东省公共机构节约能源资源工作计划》
（2）技术规范与导则
⏹《国家机关办公建筑及大型公共建筑公共机构节能监管平台楼宇分项计量设计安装技术导则》
⏹《国家机关办公建筑和大型公共建筑公共机构节能监管平台分项能耗数据采集技术导则》
⏹《国家机关办公建筑和大型公共建筑公共机构节能监管平台分项能耗数据传输技术导则》
⏹《国家机关办公建筑和大型公共建筑公共机构节能监管平台软件开发指导说明书》
⏹《国家机关办公建筑和大型公共建筑公共机构节能监管平台建设、验收与运行管理规范》
⏹《节能监测技术通则》GB/T15316-1994
⏹《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
⏹《智能建筑设计标准》GB/T50314-2000
⏹《采暧通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
⏹《建筑物防雷设计规范》GB50057-942000
⏹《多功能电能表》DL/T614-1997
⏹《多功能电能表通信规约》DL/T645-1997
⏹《电能计量装置技术管理规程》DL/T448-2000
⏹《电测量及电能计量装置设计技术规程》DL/T5137-2001
⏹《电能计量装置安装接线规则》DL/T825-2002
⏹《户用计量仪表数据传输技术条件》CJ/T188-2004
⏹《低压配电设计规范》GB50054-95
⏹《民用建筑电气设计规范》、《电能计量柜基本试验方法》DL/T549-1994《热量表》CJ128-2007
⏹《信息技术----用户房屋的综合布线》ISO/IEC11801
⏹《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》GB50312-2000
⏹《计算机信息系统安全保护等级划分准则》GB17859-1999
⏹《计算机信息系统安全等级保护网络技术要求》GA/T387-2002
⏹《计算机信息系统安全等级保护通用技术要求》GA/T390-2002
⏹《GB-8566-88计算机软件开发规范》
⏹《GB-8567-88计算机软件产品》
⏹《GB-9385-88计算机软件需求说明编制指南》
⏹《GB-9385-88计算机软件测试文件编制指南》
⏹《GB/T12504-90计算机软件质量保证计划规划》
⏹《GB/T12505-90计算机软件配置管理计划规范》
3、能耗监管平台的设计原则
3.1能耗监管平台的组成
硬件：
主要设备由能源管理工作站、交换机、数据采集器及各种能耗表计等组成。
软件：
主要由计算机信息化系统软件、能耗数据监测软件、数据库软件、杀毒软件、IC卡预付费系统、网络远传设备等组成。
3.2采集硬件的性能和技术要求
采集装置选型重点考虑该建筑对采集数据的技术要求和使用范围，并考虑现场工况复核采集需求，确保采集装置满足该体系建设需求。
3.2.1三相电子式多功能电能表
（1）电压、电流规格：
3*220/380V,3*1.5（6）A
（2）多功能电能表的精确度等级不低于1.0S级
（3）应具有有功功率、无功功率、功率因数、各相（线）电压、各相电流等参数的测量和计量正反向有、无功功能；
（4）具有数据远传功能，具有双路软、硬件完全独立的RS485通讯接口，符合《多功能电能表通信规约》DT/L645-1997或DT/L645-2007中的有关规定，停电后电量自动存储、通讯线断不影响计量，数据不丢失；
（5）为方便现场管理，应具有循显、按键显示现场状态、按键显示全部数据三种显示模式；
（6）额定频率：
50HZ
（7）功率消耗：
电压线路≤2W和10VA，电流线路≤0.6VA
（8）工作电压范围：
70%Uｎ～120%Uｎ
（9）工作温度：
－30℃～＋50℃
（10）极限工作温度：
－40℃～＋60℃
（11）相对湿度：
≤85％。
（12）计量证书有关专业机构质量认证。
3.2.2三相四线电子式电能表
（1）电压、电流规格：
3*220/380V,3*1.5（6）A；
3*10（40）A，3*15（60）A3*20（80）A3*30（100）A；
（2）有功计量精度不低于1.0级；3*1.5（6）A的电能表精度不低于0.5级;
（3）能正确计量正、反向有功电量；
（4）具有RS485通信且要满足DL/T645-1997或DT/L645-2007中的有关规定；
（5）额定频率：
50HZ
（6）功率消耗：
电压线路≤2W和10VA，电流线路≤0.6VA
（7）工作电压范围：
70%Uｎ～120%Uｎ
（8）工作温度：
－30℃～＋50℃
（9）极限工作温度：
－40℃～＋60℃
（10）相对湿度：
≤85％。
（11）计量证书有关专业机构质量认证。
3.2.3单相电子式预付费电能表
（1）电压、电流规格：
220V,1.5（6）A，10（40）A，15（60）A；
（2）有功计量精度不低于1.0级；
（3）具有RS485通信要满足DL/T645-1997或DT/L645-2007中的有关规定；
（4）额定频率：
50HZ
（5）功率消耗：
电压线路≤3W和10VA，电流线路≤0.6VA
（6）工作电压范围：
70%Uｎ～120%Uｎ
（7）工作温度：
－20℃～＋50℃
（8）极限工作温度：
－25℃～＋60℃（9）相对湿度：
≤95％。
（10）计量证书省级以上技术监督局颁发的证书。
（11）质量证书有关专业机构质量认证。
3.2.4水表
1、远程抄数水表
（1）计量准确度等级达到计量B级；
（2）接口形式为RS-485接口，符合《户用计量仪表数据传输技术条件》CJ/T188的规定；
（3）技术参数：
参数
指标要求
引用标准
国标GB/T778-1996
水表计量等级
B级
远传通讯接口
Modbus或者m-bus
承压范围
大于1Mpa
计量证书
省级以上技术监督局颁发的证书
质量证书
有关专业机构质量认证
2、远传阀控水表
（1）计量准确度等级达到计量B级；
（2）接口形式为RS-485接口，符合《户用计量仪表数据传输技术条件》CJ/T188的规定；
（3）阀门开、关到位采用电子和机械触电双重到位检测，具有远程控制水阀的功能。
（4）执行器选用电动蝶阀，具有安装尺寸小，可靠性高等有点。
（5）技术参数：
参数
指标要求
引用标准
国标GB/T778-1996
水表计量等级
B级
远传通讯接口
Modbus或者m-bus
承压范围
大于1Mpa
计量证书
省级以上技术监督局颁发的证书
质量证书
有关专业机构质量认证
3.2.5数据采集器
★不少于2路RS485通讯接口，1路M-BUS通信接口，1路工业以太网接口，1路232通信接口，并预留1路LONWORKS通信接口，完全支持MODBUS协议，符合DL/T645-1997、CJ/T188-2004、GB/T19582-2008相关规定，支持M-BUS协议表，LONWORKS协议。
配置软件可以远程进行操作设置，各类上传数据可以自适应配置，不需要另行开发。
工作电压DC24V，远程接口RJ45，可拓展GRPS等数据通信接口。
★可以对上传数据进行各类运算和添加附加信息。
可以本地存储存储容量不低于1GB,可以选择根据数据中心命令或主动上传，定时周期可以从15S到1个小时自由配置。
支持对能耗数据30天的存储，平均无故障时间（MTBF）不小于3万小时。
支持数据断电续传。
★上传符合《分项能耗数据采集技术导则》、《分项能耗数据传输技术导则》的条文规定。
实现XML加密直接向省市中心上传，本地可选支持XML、MODBUS/IP、MODBUS/RTU、M-BUS等可协议规范进行数据对接。
▲配置软件可以远程进行操作设置，各类上传数据可以自适应配置，不需要另行开发。
采集器配置界面参考
4、节能监测平台建设
4.1节能监测平台介绍
节能监管平台安装在办公大楼内通过节能监管平台进行能耗监测、能耗管理，定期上报本单位能耗分类、分项计量数据。
在办公大楼安装一台能源管理工作站即同时完成了对其各类计量数据进行采集、传输、存储、处理、分析，为本单位提供完整的能耗管理与分析系统。
向下通过现场总线协议采集用能数据，向上通过以太网将数据上传到主管部门能耗监管平台。
4.2节能监测平台体系架构
节能平台管理监控中心，将各建筑现场读取的能源计量数据通过内部网传至数据库服务器，管理人员依据不同权限可访问数据库服务器，实时查看能耗情况。
管理人员根据所设置的权限不同可查看或只可查看本楼的能耗计量数据，无法访问其它楼的数据。
4.3平台分层设计
根据数据的流向，可以将系统分为三层架构：
数据采集层—主要通过电能表、水表等获取各回路的电耗及其相关电力参数、用水量等能源信息；数据传输层—主要是把能源数据转换成TCP/IP协议格式上传至节能管理监控系统数据库服务器；数据处理存储层及显示—数据存储层主要负责对能耗数据进行汇总、统计、分析、处理和存储，数据展示层—主要对存储层中的能耗数据进行展示和发布。
1、数据采集层
数据采集层的主要功能是根据仪表不同的协议类型发送对应的指令，收到仪表反馈的数据后，进行解析并以TCP/IP数据包的方式发给上位机。
在此过程中如有错误或报警出现，则全部发给上位机软件，以便用户可快速排查、定位故障点。
★数据采集层有两种工作模式，一是定时自动模式，可根据用户事先设定的采集间隔自动进行采集、上发；二是用户模式，可根据上层用户指令随时采集。
在该层中采取了多种系统安全性措施，如上层网络状态的侦测，下层仪表设备的故障判断与定位，本地微型数据库的使用，在网络状况不好的情况下，数据可就地保存，网络状况恢复时又可★“断点续传”。
现场能源数据的采集主要是通过楼宇的低压配电柜和配电间内加装带数据接口的电力计量仪表，基本可实现对楼内空调、动力、照明和特殊用电等用电设施的分项计量；而对于楼宇用水量的数据采集，通过对加装智能远传水量总表来实现。
2、数据传输层
数据传输层由三部分组成：
★第一部分为表具至采集设备，采用现场总线形式传输；
★第二部分为数据采集器（网关设备）与节能管理服务器主机之间的数据传输，将GPRS/CDMA无线广域网、以TCP/IP方式实现各建筑间的数据加密传输。
3、数据处理层
建设节能监控平台系统，只设置一个能源数据库服务器，各楼宇不再独立设置能源数据库服务器，全部数据都上传至能源数据库服务器。
基于这样一个网络结构，切实保障性能效率的前提下，设计如图所示数据平台：
图数据平台
“数据存储区”中存储的是按照数据抽取频率，把原始采集数据与楼宇基础信息、设备基础信息、报警规则信息结合处理后，形成能源计量和远程监控系统实时监测、明细查询、报警提示所需要的原始明细数据。
这样各类数据的大批量加工即可不影响实时的数据采集，而只是在数据库上进行处理，同时也为各类明细查询显示提供给出数据源。
其物理结构与原始采集数据库有所不同，增加了明细查询所需的内容。
“后台分析数据库”中存储的是按照数据抽取频率，把数据存储区的基础数据按照统计、分析、比较功能的要求进行不同时间段的分类、汇总和折算。
这样提高整个系统的运行效率，最大化缩短系统的响应时间。
这样各类数据的大批量加工不会影响到能源计量和远程监测系统的查询响应速度，只是在数据库内进行处理，处理后的结果可以让系统根据用户的需求直接进行调用，大大减少系统页面功能的计算工作量，提高整个系统的运行效率，最大化缩短系统的响应时间。
“数据集市”可以理解为面向不同角色，不同用户的专用业务功能，使其更具针对性。
“信息展示发布”采用统一的发布平台，支持多样化的展示方式，如图表、报表、短信、mail、大屏显示等。
操作权限、报表模板、规则库是实现格式定制、展示控制等功能。
对经过数据处理后的分类分项能耗数据进行分析汇总和整合，通过静态表格和动态图表方式将能耗数据展示出来，为节能运行、节能改造、信息服务和制定相关节能规章制度提供信息服务。
★展示层采用B/S软件体系结构，有权限的用户可以通过大楼局域网直接利用IE浏览器方式访问能源中心服务器，查看数据报表和图表等信息，操作方便，免安装、维护。
数据图表是反映各项采集数据和统计数据的数值、趋势和分布情况的直观图形和对应表格，可分为数据透视表、饼图、柱状图、线图、仪表盘或动画等，格式灵活，可交互操作。
4.4、数据库需求说明
数据库系统作为系统平台的一个重要的组成部分，是上层的应用系统的基础，也是业务处理系统的核心，几乎所有的业务数据的加工最后都依赖数据库系统的支持来完成。
因此，数据库在整个系统中起着非常关键的作用。
1、数据库构成
监管平台数据库主要分A、B、C、D四类数据库（见图4.1）。
图4.5数据库构成示意图
各类数据库主要内容如下：
A类数据库：
建筑基本信息数据库
B类数据库：
分类分项能耗数据库
C类数据库：
计量表计安装信息数据库
D类数据库：
计量表计原始参数数据库
2、设计内容
通过合理的ER架构，数据库系统包含如下子数据库：
（1）建筑基本情况数据库：
包括建筑基本项数据表、建筑扩展项数据表、建筑附加文件表、建筑群基本信息表、建筑群-建筑对应关系表、建筑节能改造信息表等。
（2）分类分项能耗数据库：
包括分类分项能耗字典表、分类分项能耗拆分结果表、分类分项能耗拆分结果逐时汇总表、分类分项能耗拆分结果逐日汇总表等。
（3）设计安装数据库：
包括支路拓扑及装表关系描述表、监测仪表使用信息表、监测仪表产品信息表、监测仪表产品参数表、数据采集器信息表、分类分项计算公式表等。
（4）计量表原始数值数据库：
计量表原始数值表。
3、数据库选型
数据中心考虑到贵阳学院建筑的建筑用能监测数据的存储，数据的预处理、数据的分析运算，整体的数据量相当大，所以考虑采用在工业海量数据处理领域比较成熟的实时数据库进行建筑能耗基础数据的存储、处理、运算等，再辅助于关系数据库用于架构能耗监测业务，构筑整个学校能耗节能数据中心的数据存储体系。
能耗实时数据库，具有以下特点：
1）实时数据查询、历史数据查询、数据报警等全面数据分析工具。
2）强大的实时性，实时数据滞后时间小于5秒。
3）海量的历史数据压缩、存储功能。
4）完全支持高等学校校园建筑节能监管系统建设相关导则。
5）采用XML、JavaScript等先进技术和开放结构，方便用户开发应用和嵌入第三方产品。
6）向上提供数据接口，方便支撑各类能耗监测系统、能源管理系统、用能优化控制系统平台。
4.5、系统功能需求
平台应包括系统总揽、在线监测、数据中心、信息发布、综合管理、数据上传六大功能模块，各功能模块具体功能如下表：
各模块功能对照表
序号
功能模块
主要功能
备注
1
系统总揽
★虚拟地图界面，全面、实时查看能源管理平台管理范围内各建筑物的总能耗、碳排放量及各分类能耗（电量、水耗量、燃气量、集中供热耗热量、集中供冷好冷量、煤、可再生能源等）数据；
★实时了解各分类能耗数据的环比/同比分析；
▲查看建筑物所在地天气情况及趋势
2
在线监测
能耗数据采集
★对于管理范围内建筑的分项能耗数据和分类能耗数据等，由自动计量装置实时采集
1、可对管理范围内建筑物即有BA系统、安防系统、ERP系统等进行集成，实现数据共享。
2、树形结构导航清晰便捷，也可据用户需求定制数据库检索功能，支持模糊搜索，方便用户快速检索。
3、结合节假日及工作时间安排，对公共照明、中央空调等与环境参数（温湿度、光照度、二氧化碳浓度等）进行相关性分析，建立能耗模型，进行联动控制。
环境参数采集
▲实时采集管理范围内建筑物室内温湿度、光照度、二氧化碳浓度、空气的洁净度等环境参数，为室内环境、空气质量的改善提供依据，从而创造舒适、健康的工作生活环境
机电设备参数采集
▲对重点耗能设备（如电梯、冷水机组等）运行状况进行在线监测，实时采集其运行参数，以确保其运行正常
手动填报
▲对于建筑基本情况数据采集指标和其他不能通过自动方式采集的能耗数据，支持手动填报，确保能耗数据的完整性
3
数据中心
能耗报表
★主要包含总能耗报表、分类能耗报表、分项能耗报表、同比能耗报表、环比能耗报表、能源计划报表、能源计划和实际对比报表、能源损耗报表。
详细用能动态数据分析展示，界面采用直观的图形化界面（柱状图、饼图、线图等呈现方式）来分析展示能耗数据，支持逐日、逐周、逐月、逐年和自定义的自由查询功能。
提供多种查询结果的报表导出功能，方便将查询结果作为节能监管部门日常文档的一部分提交。
能耗分析
★主要包含各分类能耗总量走势分析、电总能耗的偏差分析、电耗分项统计分析；
时间轴分析、环境参数分析、重点耗能设备耗能分析及节能分析报告；
能耗撗比、同比分析、环比分析、计划与实际对比分析、能耗结构分析等。
4
信息发布
网络信息接收
▲系统管理人员可通过网络信息接收/发送、手机短信、邮件等方式，向管理范围内发布相关政策法规、通知、能效指标。
★公示各建筑能耗情况、用能结构等，并提供各各省市、各类建筑等之间的各项能效排名公示。
公示方式采用列表、趋势图、饼图、柱状图等，界面直观，支持企业按需配置，公示数据周期可以根据需要配置。
信息发布方式需定制
网络信息发送
手机短信
邮件
系统管理人员
5
综合管理
设备设施管理
▲可创建各设备设施基本信息、操作说明书、操作人员维护保养记录、运行记录、耗能状况图表。
建筑信息管理
▲可创建并更改8类建筑对象的基本项，包括建筑名称、建筑地址、建设年代、建筑层数、建筑功能、建筑总面积、空调面积、采暖面积、建筑空调系统形式、能源经济指标（电价、水价、气价、热价等）等；并可结合建筑物实际添加附加项信息。
能耗指标管理
★根据要求设置各类建筑的相关能耗指标的最大值、最小值、平均值及同类建筑标杆建筑能耗指标，超标警示。
用户权限管理
★权限系统采用多层级区域权限体系解决方案，可以用户级别等，建立多级的权限区域，为不同的用户或用户组分配权限。
6
数据上传
数据提取、加密、上报系统
★主要包含数据提取、数据打包、数据加密、发起连接、数据发送、上传至上一级能源管理平台等功能。
通过定时任务调度自动从数据中心的数据库中提取能耗分类数据、汇总统计数据，进行合并整理打包，发送到上一级数据中心/能源管理平台。
4.6、系统功能需求说明
4.6.1系统总览
虚拟地图界面，全面、实时查看能源管理平台管理范围内各建筑物的总能耗、碳排放量及各分类能耗数据；实时了解各分类能耗数据的日环比、周环比、月环比情况；可拓展实时查看管理范围内建筑物所在地天气情况及趋势、空气的洁净度。
4.6.2、在线监测
能源管理平台“在线监测”功能模块通过对建筑物安装分类和分项能耗计量装置，通过数据采集器实时采集能耗数据，采集时间间隔可由用户自行配置，并上传
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