淺談大型公共建築能耗監測與信息管理係統研究及產品選型

摘要：文章通過闡述大型公共建築能耗現狀，突出大型公共建築實施節能監管的必要性，並在係統總結運用技術手段實施建築能耗監測的基礎上，介紹了江蘇省建築能耗監測係統研究過程中的技術創新和應用情況。

關(guan) 鍵詞：公共建築；建築能耗；監測；節能

0.前言

隨著我國工業(ye) 化和城市化進程的加速，高速發展的建築業(ye) 以及不斷擴大的建築規模使得建築能耗日益增長問題越來越凸顯。預計到2020年，我國城市生活人口將達到總人口數的56％以上，建築能耗的大幅度增加將不可避免。目前，建築耗能已與(yu) 工業(ye) 耗能、交通耗能並列，成為(wei) 我國能源消耗的3大“耗能大戶"。在建築能耗中，機關(guan) 辦公建築和大型公共建築節能監管體(ti) 係，依托科技手段，實施全過程、全壽命監督管理，對實現節能減排戰略目標具有重要的意義(yi) 。作為(wei) 建築節能監管體(ti) 係建設示範省，江蘇省按照住房和城鄉(xiang) 建設部的部署要求，組織開展了大型公共建築能耗監測與(yu) 信息管理係統研究，並進行了示範推廣應用，取得了階段性成效。

1.建築節能監管與(yu) 能耗監測

根據《關(guan) 於(yu) 加強機關(guan) 辦公建築和大型公共建築節能運行和改造。

建築節能主要通過技術和管理2種手段來實現，技術手段主要包括建築圍護結構熱工性能的提升和建築設備係統能效的優(you) 化，管理手段主要是指建築業(ye) 主對能源消耗行為(wei) 的管理和政府主管部門對建築能源使用的約束。對於(yu) 大量的既有公共建築，技術手段涉及圍護結構和設備係統改造，雖可以有效的降低建築使用能耗，但是存在投資大、見效慢、周期長等問題；管理手段側(ce) 重於(yu) 主觀方麵，通過人工調節和行為(wei) 控製來降低建築運行使用能耗，能耗監測就是其中投資少、見效快的主要方式。

能耗監測主要通過在建築設備末端安裝分項能耗計量裝置，采用公共網絡等遠程傳(chuan) 輸手段，及時采集分析能耗數據，實現建築能耗的在線監測和動態分析，是掌握用能狀況，發現用能問題，研究用能標準和實施節能改造的重要環節。通過能耗監測，可以科學判斷運行模式的合理性，判斷係統能耗水平的高低，判斷係統的用能合理性。尤其對於(yu) 配電支路錯綜複雜的高能耗既有公共建築，可以查找建築高能耗環節，從(cong) 而進行優(you) 化管理。能耗監測不僅(jin) 有助於(yu) 提供基礎數據和編製分析報告，為(wei) 業(ye) 主指明節能管理方向；同時，對用能單位能源的消耗和使用也起到了監督和管理作用。

為(wei) 進一步規範建築能耗監測係統建設，發揮工程建設標準的科技支撐和約束引導作用，按照住房和城鄉(xiang) 建設部及江蘇省住房和城鄉(xiang) 建設廳關(guan) 於(yu) 機關(guan) 辦公建築和大型公共建築能耗監測工作的要求，江蘇省工程建設標準《公共建築能耗監測係統技術規程》（DGJ32/TJ111-2010）對建築用能的分類、分項、建築能耗監測的範圍以及能耗監測係統工程的設計、施工、檢測、驗收和運行維護的全過程提出了技術要求，以確保係統采集的能耗數據真實準確。規程明確要求能耗監測係統采集的數據應遠程傳(chuan) 輸給省、市級建築能耗監測數據庫，並提供給建築所有權人、業(ye) 主或其委托的物業(ye) 管理單位，為(wei) 製定節能政策、加強用能管理等提供科學可靠依據。

2.能耗監測與(yu) 信息管理係統

目前大多數公共建築隻有總電表、總氣表等為(wei) 數非常少的計量表具，缺乏樓宇內(nei) 部各個(ge) 用能子係統的實時、分項用能數據，難以掌握樓宇中各個(ge) 子係統各自的用能現狀，無法實現科學的用能管理。能耗監測*初起源於(yu) 分項計量設想的提出，好比醫生通過儀(yi) 器對病人進行科學性診斷，查找“病症"所在部位，實施針對性的“治療"。2006年北京市開展了機關(guan) 辦公建築和大型公共建築分項用電計量項目研究，並初步實現了分項用電數據穩定持續的獲取、傳(chuan) 輸、存儲(chu) 和分析，這即是建築能耗監測係統。江蘇省自2007年開展能耗監測調研與(yu) 研究，並於(yu) 2008年起實施能耗監測項目試點，依托省級建築節能專(zhuan) 項引導資金落實了分項計量工程項目和數據庫建設。

監測建築能耗數據展示可為(wei) 建築業(ye) 主等單位提供建築的分類分項用能狀況的統計數據，使其定量了解建築內(nei) 各部位的能源消耗情況，為(wei) 指導節能運行管理、實施節能改造等工作提供技術保障。為(wei) 實現能耗監測平台對建築用能橫向對比發現問題、縱向挖掘節能潛力的建設目的，江蘇省依據國家有關(guan) 技術導則要求，結合工作實際，自行研發了能耗監測與(yu) 信息管理係統，並在以下3方麵進行了技術集成創新。

2.1基於(yu) Flex技術大型公建能耗監測平台的開發方法

目前關(guan) 於(yu) 能耗監測應用軟件的開發傳(chuan) 統主要采用net技術和J2EE技術，實現的功能側(ce) 重於(yu) 能耗數據的查詢與(yu) 展示。但建築耗能與(yu) 很多因素有關(guan) ，如建築物的形狀、麵積、朝向、層數等多種因素有關(guan) ，同時也與(yu) 建築物的空間環境相關(guan) 。傳(chuan) 統的開發方法很難描述建築物的空間環境、建築物的構造特點等與(yu) 建築自身屬性相關(guan) 的問題，且傳(chuan) 統的開發方法基於(yu) 查詢驅動，係統模式簡單，信息量不足，與(yu) 用戶交互性較差。

針對傳(chuan) 統方法較難描述建築物空間屬性和信息量不足的缺陷，本係統采用Flex技術開發能耗監測與(yu) 信息管理係統軟件，結合三維（3D）仿真地理地圖對建築空間屬性進行描述，將能耗數據與(yu) 建築的3D地理信息相結合，直觀展現建築的能源消耗情況。通過對建築區域建立3D仿真地理地圖，並將3D仿真地理地圖進行切割成分級瓦片地圖數據，再基於(yu) Flex環境開發地圖顯示程序組件，動態調用分級瓦片地圖，實現輕量級的3D地圖服務功能，並將地圖坐標信息與(yu) 建築的能耗統計信息進行有機融合，通過地圖縮放實現以不同粒度動態查詢及比對多個(ge) 建築的能耗分析統計信息。

2.2建築支路異常能耗診斷技術

建築支路異常能耗可能造成能源浪費，也可能造成安全事故，建築支路異常用能預警是一項重要的節能服務內(nei) 容。建築海量的能耗數據隱藏著大量的用能特征信息，通過對曆史能耗數據進行信息挖掘，對異常用能情況進行捕捉，及時給出預警信息。建築支路異常能耗分析傳(chuan) 統上借助一些數學方法，如統計法、偏差法、密度法等，較多地從(cong) 數學的角度考慮算法，並不能反映建築支路異常能耗數據產(chan) 生的原因，這些算法隻是在少數研究人員中進行研究，缺乏廣泛的應用價(jia) 值。建築支路異常能耗診斷技術克服了現有技術中的不足，提出了一種基於(yu) 自組織映射網絡的建築異常能耗支路的在線診斷方法。通過該診斷技術，實現自適應的檢測模型，自動在線監測建築各能耗支路的用能情況，當異常特征發生時，及時給出預警信息。

2.3智能樓宇中海量信息的壓縮方法

由於(yu) 建築能耗監測與(yu) 信息管理係統實時接收來自監測建築的能耗信息，監測的數據點多，而采集的時間又相對較短，因而要保存的曆史數據量非常大，如果將這些數據直接存儲(chu) ，不僅(jin) 會(hui) 占用大量的係統存儲(chu) 空間，而且會(hui) 降低數據的實時性，使數據的傳(chuan) 輸、查詢和分析變得困難。本係統針對建築能耗數據的特殊性，考慮不同特性數據點的需求，研究了一種智能樓宇中海量能耗信息的壓縮方法，即采用多級壓縮策略與(yu) 自控精度SDT數據壓縮算法。利用開放性的記錄方式給予係統配置自由度，有效地過濾冗餘(yu) 數據。利用數據平滑方法對數據序列中強噪聲點進行處理，使得處理後的數據能接近被測參數的實際值，降低了傳(chuan) 感器的測量精度誤差給數據處理帶來的影響。數據處理過程中采用了周期跨度的保存方式，具有很高的壓縮比，與(yu) 內(nei) 存數據庫中的緩存結構設計相結合，使得壓縮方法與(yu) 結構設計相得益彰。

3.係統應用

江蘇省建築能耗監測與(yu) 信息管理係統具備各種建築能耗實時分類/分項計量。數據采集與(yu) 存貯、數據統計與(yu) 分析、數據發布與(yu) 遠傳(chuan) 等基本功能，已先後應用在南京、無錫、常州、蘇州等市級監測中央級建築能耗數據庫上傳(chuan) 數據任務。

從(cong) 2008年起，江蘇省實施的建築能耗監測係統一期工程中要對8大類、798萬(wan) m2公共建築能耗進行在線動態監測，其中：辦公建築73幢、商場建築19幢、賓館建築21幢、教育建築73幢、醫療衛生建築18幢、體(ti) 育建築7幢、綜合建築7幢、其他建築21幢。運行以來，係統穩定可靠，功能齊全，為(wei) 加強用能監管管理提供了科學數據和技術支撐，獲得了良好的經濟效益和社會(hui) 效益。目前，已對數據傳(chuan) 輸長期穩定、可靠、連續的部分監測建築開展用能診斷分析，科學查找用能存在問題，提出改進措施，進一步發揮能耗監測的作用。

4.工程案例分析

某棟4層商用寫(xie) 字樓，底層商業(ye) 用房尚未使用，2至4層為(wei) 辦公用房。該樓宇安裝電能表分別計量照明、空調、機房、廚房等8個(ge) 回路的用電情況，並實現了遠程動態監測，其中：各樓層的照明插座用電，包括辦公室的照明、辦公設備等；各樓層的空調用電是中央空調機的能耗；機房內(nei) 主要耗能設備是計算機網絡設備和空調；廚房餐廳支路包括2樓廚房的設備用電、2樓餐廳的空調用電等。

圖14月至11月各層照明插座用電比較

從(cong) 圖1可知，總體(ti) 上該樓照明插座用電的變化規律相同，符合工作人員作息時間一致的現狀；4樓工作人員較多，日用照明插座負荷相對較高，監測結果對此予以驗證；2樓計量的麵積較少，故能耗較3、4樓也較少。

從(cong) 圖2可知，各層空調用電基本規律相同，7、8月份是空調用電的高峰期。3樓與(yu) 2樓的空調用電基本相同，但考慮到2樓的計量麵積較少，故2樓的單位麵積空調用電較高。4樓空調用電夏季使用較多，符合其人數較多的現狀，而進入11月份其空調用電較2、3樓低，可能與(yu) 其工作人員中占多數的年輕人對低溫適應能力較強而未開啟空調有關(guan) ，見圖2。

圖2各層空調用電比較

圖3所示為(wei) 機房用電情況趨勢圖，從(cong) 圖中可知機房用電比較規律，日用電在300kW·h左右，用電基本在12.5kW·h左右，起伏很小。這與(yu) 機房內(nei) 各類設備24h工作情況相符。機房內(nei) 各類計算機網絡設備工作狀態下的能耗基本不變，空調的工作能耗與(yu) 氣溫情況關(guan) 係不大。

圖3機房用電情況

圖4廚房餐廳用電情況

該樓宇廚房餐廳主要為(wei) 辦公人員準備午餐，其工作時間是周一至周五的早8時到14時左右。從(cong) 圖4可知，廚房餐廳的用電基本符合其工作規律，4個(ge) 波穀對應的正是當月的4個(ge) 雙休日；這一用電支路還包括1樓大廳的用電，故14時之後還有物業(ye) 的接待與(yu) 值班人員活動的用電能耗。

根據能耗動態監測結果和現場調查分析，可以得知該樓宇用電基本正常，未發現較大異常用電現象。

5.安科瑞建築能耗分析係統

5.1概述

Acrel-5000web建築能耗分析係統是用戶端能源管理分析係統，在電能管理係統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與(yu) 分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決(jue) 策層展示各類能源的使用消耗情況，便於(yu) 找出高耗能點或不合理的耗能習(xi) 慣，有效節約能源，為(wei) 用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關(guan) 規定實施能源計算，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，並向縣級以上管理節能工作的部門報送能源計算報告。

5.2應用場所

適用於(yu) 公共建築、集團公司、工業(ye) 園區、大型物業(ye) 、學校、醫院、企業(ye) 等不同行業(ye) 的能耗監測與(yu) 管理的係統設計、施工和運行維護。

5.3係統功能

5.3.1係統概況

平台運行狀態，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時、逐月曲線，當日，當月能耗同比分析滾動顯示。

5.3.2用能概況

對建築、部門、區域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統計對比、總能耗同環比對比。

5.3.3用能統計

對建築、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類能源用能進行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建築數據進行生成柱狀圖。

5.3.4複費率統計

複費率報表按日、月、年統計對單棟建築下不同支路的尖、峰、平、穀用電量及成本費用進行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

5.3.5同比分析

對建築、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進行用能數據同比分析。

5.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建築時段內(nei) 各類能源從(cong) 源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標值查看。

5.3.7夜間能耗分析

夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在時段工作時間與(yu) 非工作時間用能統計對比，支持導出報表。

5.3.8設備管理

設備管理包括，設備類型、設備台賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設備，確保設備的運行。

5.3.9用戶報告

用戶報告針對選定的建築自動統計各能源的月使用的同環比趨勢，並提供簡單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的複費率用能分析，報告可編輯。

6.係統硬件配置

7.結語

建立健全大型公共建築節能監管體(ti) 係建設，實現公共建築能耗的可計量、可監測、可分析、可診斷，逐步推進高耗能公共建築的節能改造，實現公共建築和大型公共建築單位麵積能耗分別下降10%和15%，是“十二"期間公共建築節能工作總目標。

開展建築能耗監測管理，為(wei) 建築業(ye) 主提供有效的建築能耗數據，有助於(yu) 管理者了解建築用能狀況，有助於(yu) 強化建築運行管理措施，有助於(yu) 提高建築能源利用效率，是建築節能監管的重要科技支撐。

安科瑞侯文莉