电子及通信技术下的高校建筑节能监测实训系统设计

广东省电子信息技工学校　李琼慧

0　引言

我国能源消耗的三大耗能分别为工业耗能、建筑耗能及交通耗能，彰显着建筑节能已经成为节能的重点。21世纪的今天，建筑节能监测作为现代化社会节能减排的核心部分，更要结合实际，结合社会发展需求，对学生专业技术技能培养，使得学生养成节能的良好习惯[1]。文章主要是对高校专业实验室的实际情况分析，对校园建筑进行真实性的模拟，做好建筑节能监管系统的有效检测，对系统进行科学的设计，将传统能耗降低，将计量精度提高，从根本上将校园电能的损耗降低。

1　模拟目标项目和节能监测实训系统设计目标

1.1　模拟目标项目

本次模拟的高校随着规模的的扩大，消耗的能源巨大，能源消耗的方向主要是：学校的发展建设，提升了学校每年的用能量。如校园环境、办公条件、科研进度等，都提升了对能源的需求。同时，学校除了一般的教学工作外，在科技创新、服务社会方面也在不断进步，加大了能源的消耗。目前来看，高校的主要用电方面是生活用电和科研用电，且校内部分校区内的设备时间较长，其功能老化，提升了节能管理的难度，也加重了能量消耗问题。基于此，实验室的模拟过程，分析大型公共建筑的基础分类方法，在学校建筑的编码过程，对子项编码增加，并做好功能用途的及时应对[2]。对于子项编码的分类，如图1所示。

图1　子项编码分类

1.2　节能监测实训系统设计目标

节能监测实训系统的设计过程，往往是结合数字电表，对用电数据信息有效采集，在智能电网的应用过程，结合能耗的管理，及时处理和分析用电信息[3]，并将获得的成果提供有关用电部门。设计师就要尽可能的将投资成本减少，对已有资源充分利用。

2　高校建筑节能监测实训系统架构设计

高校建筑设施能量的计量过程，需要结合数据的分析和统计过程，实现自动控制的建筑智能控制过程。校园建筑的节能过程，结合转换装置，做好数据传输网络的有效性组成。关于系统对互联网技术的应用，结合BS软件架构形式，实现数据的实时采集，做好远程的传输和应用。在报表管理过程，做好数据的有效性储存，实现数据的合理上传，将校园节能监管内容相关要求全面满足[4]。校园建筑节能监管系统的构成，有计量表具、数据采集、数据传输、数据中转、数据服务器以及管理软件构成。系统要满足能耗数据的实时采集与通讯、远程传输、数据分析和上传等功能，同时还必须满足校园节能监管的相关需求。

计量类型的设计。结合节能监测系统的基本要求，对计量装置分类和统计。因此需要将校园用电进行划分，通过将其分为不同的类型，依照类型的差异来配备针对性的电能计量设备。在本次模拟校园内，将用电分为了4个类型，分别为动力用电、空调用电、照明插座用电以及特殊用电。其中动力用电，即为自来水和生活用水加压、电梯等专门提供动力服务的用电；空调则是用于空调、采暖服务等建筑物；照明即用于建筑物和照明区内的用电；特殊用电表示的是除常规用电的类型，包括信息中心、实验设备或者洗衣房的用电。

计量单位的划分。模拟校园内各建筑分布各有特点，计量单元的划分要依据计量类型的不同进行。其一，系统需要实时检测用电负荷，便于针对电能进行计量和管理。基于此，学校后勤应该以教学区楼群的分布为基础，结合楼层的特点，对计量单元进行合理划分；其二，针对院系楼、办公区、学科的不同，进行计量单元的划分[5]，特别是一些细节方面，比如办公室的差异，可考虑是否安装剩余电流保护装置，同时在各个楼层集中安装数字电表，将三相数字电表安装在群楼，可对各单元的耗能情况进行有效掌握；在实验室内原本就存在动力配电箱，因此可为室内的动力装置和空调提供电能，可通过将室内的插座和照明负荷接入到动力配电箱内，同时在不同的楼层中安装三相和单相数字电表，并在楼群中设置三相数字电表，从而改造该部分的电路。以实验室公共部分的用电情况为基础，分开进行计量；其三，对学生宿舍、教学生活以及服务实体进行划分，其中学生的各个宿舍内安装了计量装置，在设计过程中，需要将三相数字电表安装其中，可对原有设施的用电情况进行计量，同时向用电管理中心传输用电数据；同时也应将三相数字电表安装在礼堂、餐厅等位置。

3　硬件设计和软件设计

3.1　硬件设计

1)硬件结构。要保证系统硬件结构的合理性，及时的改进整体结构。基于此，校园的节能检测确定采用集散控制系统。在该系统中有3个部分，即采集设备、通信网络、管理中心。在管理中心部分，将其连接在校园网上采用的协议是TCP/IP协议，其中的计费系统是重点，主要作用是结算用电费用和统计用电信息，以及考核电量平衡、网损和线损；数字电表的接口方式采用的是异步半双工RS485接口，便于自动化通信，同时在该接口下各个职能电表网关都能够接入到256x128台数字电报中[6]，且通信方式依照的是Modus-RUT协议。架设通信网络使用的结构为双绞线结构，该形式的优点是经济适用；整个检测系统的基础便是采集现场电能信息，而该部分的构成有数字电表与断路器，其中在不同的房间、楼中以及楼层的配电柜内都有数字电表，借助于电表网关与校园连接。硬件系统结构，如图2所示。

图2　硬件系统结构

2)硬件评估。对硬件结构进行全面评估，在设计过程中要明确节能的标准；智能电表网关的通信方式较多，且传输数据信息的过程中，主要结合了无线和有线两种形式，对可靠性的用电信息传输进行全面保障[7]。智能电表网的数据有效性采集，结合不同计量设备的形式，保证有着稳定的工作状态。数字电表以星形的形式与位于网关中的数字采集器进行连接，使用这种结构工作性能较为稳定，同时若有大量数字电表接入，还可以将可变波特率、寻址以及冲突等问题合理地解决；一般来说，数字电表类型的差异，其使用的串口参数以及通信协议也会存在差异，无论是哪种类型的数字电表都可被智能电表网关接入，而且不影响各个端口的正常工作。

3.2　软件设计

1)软件体系。在节能检测系统中，将服务对象采用应用功能不同进行分类。在设计过程中，要注重搭建服务数据基础框架，之后便可在其中加载各种服务对象。管理平台可利用多种技术不断更新框架中的数据，达到节能的目的。

2)软件构成。软件的功能需要满足对数据的采集、解析、处理，且分项结算服务，同时要满足数据采集通信。关于建筑节能监测系统的软件组成，如图3所示。

图3　数据接收软件的流程图

通过对数据进行接收，在分项能耗结算服务的过程，做好智能电表网数据包的有效存储，并应用Socket协议将其实现[8-10]。在智能电网卡数据包的读取过程，做好结构化的记录过程，将结构化数据读出，并保证有着准确性的结构化数据，实现能耗日志的记录。

4　系统安全性及用户权限设置

4.1　系统登陆权限设计

系统登陆权限的安全性主要是鉴别操作人员的身份，并采用角色访问控制，确定使用者的权限。在鉴别身份时，操作人员输入登陆的用户名、密码，查询数据库；若在数据库中有相关信息，则可通过身份，操作人员即可进入系统主界面；在确定使用者权限时，根据用户职位、责任的差异，被指定为不同的角色，以实现分离用户和相对应的权限。在该系统权限控制策略中，系统管理员会对管理权限进行统一分配，用户在通过角色后，才具备了相关权限，继而进行操作。

4.2　数据库的安全设计

1)SQL Server的安全账户认证模式。主要有两种，分别是Windows认证模式、混合SQL Server认证模式。从本次系统设计的实用性来看，选取的认证模式为混合式。通过Windows操作系统，来判断账号的可信性，如果连接为可信，则会直接通过身份验证；若不可行，则会在SQL Server自动通过账户与密码进行再次验证。

2)定期备份数据库。数据库的安全需要备份机制与恢复机制。数据库的备份方式较多，如事务日志备份、增量备份、数据库文件备份、完全数据备份。在该系统中，采用的为自动定期备份的方式。

4.3　系统数据传输安全设计

采用的认证技术为VPN技术与CA安全认证技术。其中VPN技术即虚拟专用网络，是在公共网络上构建的专用网络的技术，涉及到的技术主要有使用者和设备身份认证技术、密钥管理技术等。系统通过该技术实现数据传输，便可保障用户数据的安全。此外系统还通过CA安全认证体系，以数字证书技术，对所有资源、数据以及业务的访问权限进行控制，使得数据传输更加安全。

5　节能目标的预测

基于节能目标的预测，对不同用电运行模式采用，进而对节能工作计划制定，将供电设备维护全面加强，并将成本控制进行优化。在该系统节能的应用过程，结合节能目标进行评估，该体系的节能过程，能耗远远大于20%，系统应用之后，节约用电约为2200万kWh。这一节能过程，不仅仅将学校用电成本开支有效节省，同时也推动了现代化高校节约型校园的建设和发展。

6　结束语

在高校建筑节能检测实训系统的设计和应用前提下，以及通过实训平台对各项能耗进行检测，能够发掘学校师生对校园节能的意识，并从理论层次上升到实践层次上。总之，高校建筑节能监测实训系统设计，应用电子通信技术，实现运行模式下能耗监测结果，不仅将学生钻研专业技术的潜能激发，同时也培养了学生节约用能的良好习惯。基于电子通信技术下的高校建筑节能监测实训设计，强化用电管理，进而实现了能源的节约。高校是当前社会上用电大户之一，在节能方面应积极构建节约型校园，加大对节能建设的投入，以更为科学的方式判断节能效率。通过节能监测系统，对当前用电的现状进行分析，及时看清用电过程中的不合理之处，并针对性地进行解决，真正做到节约能源，促进高校的可持续发展。

[1]史诺.高校建筑智能化节能系统的设计与实现[J].自动化与仪器仪表,2016(12):144-145+152.

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