淺析大型公共建筑能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)研究及產(chǎn)品選型

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：文章通過闡述大型公共建筑能耗現(xiàn)狀，突出大型公共建筑實(shí)施節(jié)能監(jiān)管的必要性，并在系統(tǒng)總結(jié)運(yùn)用技術(shù)手段實(shí)施建筑能耗監(jiān)測的基礎(chǔ)上，介紹了江蘇省建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)研究過程中的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：公共建筑；建筑能耗；監(jiān)測；節(jié)能

0.前言

隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加速，高速發(fā)展的建筑業(yè)以及不斷擴(kuò)大的建筑規(guī)模使得建筑能耗日益增長問題越來越凸顯。預(yù)計(jì)到2020年，我國城市生活人口將達(dá)到總?cè)丝跀?shù)的56％以上，建筑能耗的大幅度增加將不可避免。目前，建筑耗能已與工業(yè)耗能、交通耗能并列，成為我國能源消耗的3大“耗能大戶"。在建筑能耗中，機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系，依托科技手段，實(shí)施全過程、全壽命監(jiān)督管理，對實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要的意義。作為建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)示范省，江蘇省按照住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的部署要求，組織開展了大型公共建筑能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)研究，并進(jìn)行了示范推廣應(yīng)用，取得了階段性成效。

1.建筑節(jié)能監(jiān)管與能耗監(jiān)測

根據(jù)《關(guān)于加強(qiáng)機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能運(yùn)行和改造。

建筑節(jié)能主要通過技術(shù)和管理2種手段來實(shí)現(xiàn)，技術(shù)手段主要包括建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的提升和建筑設(shè)備系統(tǒng)能效的優(yōu)化，管理手段主要是指建筑業(yè)主對能源消耗行為的管理和政府主管部門對建筑能源使用的約束。對于大量的既有公共建筑，技術(shù)手段涉及圍護(hù)結(jié)構(gòu)和設(shè)備系統(tǒng)改造，雖可以有效的降低建筑使用能耗，但是存在投資大、見效慢、周期長等問題；管理手段側(cè)重于主觀方面，通過人工調(diào)節(jié)和行為控制來降低建筑運(yùn)行使用能耗，能耗監(jiān)測就是其中投資少、見效快的主要方式。

能耗監(jiān)測主要通過在建筑設(shè)備末端安裝分項(xiàng)能耗計(jì)量裝置，采用公共網(wǎng)絡(luò)等遠(yuǎn)程傳輸手段，及時(shí)采集分析能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)建筑能耗的在線監(jiān)測和動(dòng)態(tài)分析，是掌握用能狀況，發(fā)現(xiàn)用能問題，研究用能標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施節(jié)能改造的重要環(huán)節(jié)。通過能耗監(jiān)測，可以科學(xué)判斷運(yùn)行模式的合理性，判斷系統(tǒng)能耗水平的高低，判斷系統(tǒng)的用能合理性。尤其對于配電支路錯(cuò)綜復(fù)雜的高能耗既有公共建筑，可以查找建筑高能耗環(huán)節(jié)，從而進(jìn)行優(yōu)化管理。能耗監(jiān)測不僅有助于提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和編制分析報(bào)告，為業(yè)主指明節(jié)能管理方向；同時(shí)，對用能單位能源的消耗和使用也起到了監(jiān)督和管理作用。

為進(jìn)一步規(guī)范建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，發(fā)揮工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的科技支撐和約束引導(dǎo)作用，按照住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部及江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳關(guān)于機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測工作的要求，江蘇省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》（DGJ32/TJ111-2010）對建筑用能的分類、分項(xiàng)、建筑能耗監(jiān)測的范圍以及能耗監(jiān)測系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)、施工、檢測、驗(yàn)收和運(yùn)行維護(hù)的全過程提出了技術(shù)要求，以確保系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確。規(guī)程明確要求能耗監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)應(yīng)遠(yuǎn)程傳輸給省、市級建筑能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，并提供給建筑所有權(quán)人、業(yè)主或其委托的物業(yè)管理單位，為制定節(jié)能政策、加強(qiáng)用能管理等提供科學(xué)可靠依據(jù)。

2.能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)

目前大多數(shù)公共建筑只有總電表、總氣表等為數(shù)非常少的計(jì)量表具，缺乏樓宇內(nèi)部各個(gè)用能子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、分項(xiàng)用能數(shù)據(jù)，難以掌握樓宇中各個(gè)子系統(tǒng)各自的用能現(xiàn)狀，無法實(shí)現(xiàn)科學(xué)的用能管理。能耗監(jiān)測*初起源于分項(xiàng)計(jì)量設(shè)想的提出，好比醫(yī)生通過儀器對病人進(jìn)行科學(xué)性診斷，查找“病癥"所在部位，實(shí)施針對性的“治療"。2006年北京市開展了機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分項(xiàng)用電計(jì)量項(xiàng)目研究，并初步實(shí)現(xiàn)了分項(xiàng)用電數(shù)據(jù)穩(wěn)定持續(xù)的獲取、傳輸、存儲(chǔ)和分析，這即是建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)。江蘇省自2007年開展能耗監(jiān)測調(diào)研與研究，并于2008年起實(shí)施能耗監(jiān)測項(xiàng)目試點(diǎn)，依托省級建筑節(jié)能專項(xiàng)引導(dǎo)資金落實(shí)了分項(xiàng)計(jì)量工程項(xiàng)目和數(shù)據(jù)庫建設(shè)。

監(jiān)測建筑能耗數(shù)據(jù)展示可為建筑業(yè)主等單位提供建筑的分類分項(xiàng)用能狀況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，使其定量了解建筑內(nèi)各部位的能源消耗情況，為指導(dǎo)節(jié)能運(yùn)行管理、實(shí)施節(jié)能改造等工作提供技術(shù)保障。為實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)測平臺(tái)對建筑用能橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)問題、縱向挖掘節(jié)能潛力的建設(shè)目的，江蘇省依據(jù)國家有關(guān)技術(shù)導(dǎo)則要求，結(jié)合工作實(shí)際，自行研發(fā)了能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)，并在以下3方面進(jìn)行了技術(shù)集成創(chuàng)新。

2.1基于Flex技術(shù)大型公建能耗監(jiān)測平臺(tái)的開發(fā)方法

目前關(guān)于能耗監(jiān)測應(yīng)用軟件的開發(fā)傳統(tǒng)主要采用net技術(shù)和J2EE技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的功能側(cè)重于能耗數(shù)據(jù)的查詢與展示。但建筑耗能與很多因素有關(guān)，如建筑物的形狀、面積、朝向、層數(shù)等多種因素有關(guān)，同時(shí)也與建筑物的空間環(huán)境相關(guān)。傳統(tǒng)的開發(fā)方法很難描述建筑物的空間環(huán)境、建筑物的構(gòu)造特點(diǎn)等與建筑自身屬性相關(guān)的問題，且傳統(tǒng)的開發(fā)方法基于查詢驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)模式簡單，信息量不足，與用戶交互性較差。

針對傳統(tǒng)方法較難描述建筑物空間屬性和信息量不足的缺陷，本系統(tǒng)采用Flex技術(shù)開發(fā)能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)軟件，結(jié)合三維（3D）仿真地理地圖對建筑空間屬性進(jìn)行描述，將能耗數(shù)據(jù)與建筑的3D地理信息相結(jié)合，直觀展現(xiàn)建筑的能源消耗情況。通過對建筑區(qū)域建立3D仿真地理地圖，并將3D仿真地理地圖進(jìn)行切割成分級瓦片地圖數(shù)據(jù)，再基于Flex環(huán)境開發(fā)地圖顯示程序組件，動(dòng)態(tài)調(diào)用分級瓦片地圖，實(shí)現(xiàn)輕量級的3D地圖服務(wù)功能，并將地圖坐標(biāo)信息與建筑的能耗統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行有機(jī)融合，通過地圖縮放實(shí)現(xiàn)以不同粒度動(dòng)態(tài)查詢及比對多個(gè)建筑的能耗分析統(tǒng)計(jì)信息。

2.2建筑支路異常能耗診斷技術(shù)

建筑支路異常能耗可能造成能源浪費(fèi)，也可能造成安全事故，建筑支路異常用能預(yù)警是一項(xiàng)重要的節(jié)能服務(wù)內(nèi)容。建筑海量的能耗數(shù)據(jù)隱藏著大量的用能特征信息，通過對歷史能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行信息挖掘，對異常用能情況進(jìn)行捕捉，及時(shí)給出預(yù)警信息。建筑支路異常能耗分析傳統(tǒng)上借助一些數(shù)學(xué)方法，如統(tǒng)計(jì)法、偏差法、密度法等，較多地從數(shù)學(xué)的角度考慮算法，并不能反映建筑支路異常能耗數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，這些算法只是在少數(shù)研究人員中進(jìn)行研究，缺乏廣泛的應(yīng)用價(jià)值。建筑支路異常能耗診斷技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種基于自組織映射網(wǎng)絡(luò)的建筑異常能耗支路的在線診斷方法。通過該診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的檢測模型，自動(dòng)在線監(jiān)測建筑各能耗支路的用能情況，當(dāng)異常特征發(fā)生時(shí)，及時(shí)給出預(yù)警信息。

2.3智能樓宇中海量信息的壓縮方法

由于建筑能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收來自監(jiān)測建筑的能耗信息，監(jiān)測的數(shù)據(jù)點(diǎn)多，而采集的時(shí)間又相對較短，因而要保存的歷史數(shù)據(jù)量非常大，如果將這些數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)，不僅會(huì)占用大量的系統(tǒng)存儲(chǔ)空間，而且會(huì)降低數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，使數(shù)據(jù)的傳輸、查詢和分析變得困難。本系統(tǒng)針對建筑能耗數(shù)據(jù)的特殊性，考慮不同特性數(shù)據(jù)點(diǎn)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自控精度SDT數(shù)據(jù)壓縮算法。利用開放性的記錄方式給予系統(tǒng)配置自由度，有效地過濾冗余數(shù)據(jù)。利用數(shù)據(jù)平滑方法對數(shù)據(jù)序列中強(qiáng)噪聲點(diǎn)進(jìn)行處理，使得處理后的數(shù)據(jù)能接近被測參數(shù)的實(shí)際值，降低了傳感器的測量精度誤差給數(shù)據(jù)處理帶來的影響。數(shù)據(jù)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，與內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中的緩存結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，使得壓縮方法與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相得益彰。

3.系統(tǒng)應(yīng)用

江蘇省建筑能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)具備各種建筑能耗實(shí)時(shí)分類/分項(xiàng)計(jì)量。數(shù)據(jù)采集與存貯、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析、數(shù)據(jù)發(fā)布與遠(yuǎn)傳等基本功能，已先后應(yīng)用在南京、無錫、常州、蘇州等市級監(jiān)測中央級建筑能耗數(shù)據(jù)庫上傳數(shù)據(jù)任務(wù)。

從2008年起，江蘇省實(shí)施的建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)一期工程中要對8大類、798萬m2公共建筑能耗進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測，其中：辦公建筑73幢、商場建筑19幢、賓館建筑21幢、教育建筑73幢、醫(yī)療衛(wèi)生建筑18幢、體育建筑7幢、綜合建筑7幢、其他建筑21幢。運(yùn)行以來，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，功能齊全，為加強(qiáng)用能監(jiān)管管理提供了科學(xué)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，已對數(shù)據(jù)傳輸長期穩(wěn)定、可靠、連續(xù)的部分監(jiān)測建筑開展用能診斷分析，科學(xué)查找用能存在問題，提出改進(jìn)措施，進(jìn)一步發(fā)揮能耗監(jiān)測的作用。

4.工程案例分析

某棟4層商用寫字樓，底層商業(yè)用房尚未使用，2至4層為辦公用房。該樓宇安裝電能表分別計(jì)量照明、空調(diào)、機(jī)房、廚房等8個(gè)回路的用電情況，并實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測，其中：各樓層的照明插座用電，包括辦公室的照明、辦公設(shè)備等；各樓層的空調(diào)用電是中央空調(diào)機(jī)的能耗；機(jī)房內(nèi)主要耗能設(shè)備是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和空調(diào)；廚房餐廳支路包括2樓廚房的設(shè)備用電、2樓餐廳的空調(diào)用電等。

圖14月至11月各層照明插座用電比較

從圖1可知，總體上該樓照明插座用電的變化規(guī)律相同，符合工作人員作息時(shí)間一致的現(xiàn)狀；4樓工作人員較多，日用照明插座負(fù)荷相對較高，監(jiān)測結(jié)果對此予以驗(yàn)證；2樓計(jì)量的面積較少，故能耗較3、4樓也較少。

從圖2可知，各層空調(diào)用電基本規(guī)律相同，7、8月份是空調(diào)用電的高峰期。3樓與2樓的空調(diào)用電基本相同，但考慮到2樓的計(jì)量面積較少，故2樓的單位面積空調(diào)用電較高。4樓空調(diào)用電夏季使用較多，符合其人數(shù)較多的現(xiàn)狀，而進(jìn)入11月份其空調(diào)用電較2、3樓低，可能與其工作人員中占多數(shù)的年輕人對低溫適應(yīng)能力較強(qiáng)而未開啟空調(diào)有關(guān)，見圖2。

圖2各層空調(diào)用電比較

圖3所示為機(jī)房用電情況趨勢圖，從圖中可知機(jī)房用電比較規(guī)律，日用電在300kW·h左右，用電基本在12.5kW·h左右，起伏很小。這與機(jī)房內(nèi)各類設(shè)備24h工作情況相符。機(jī)房內(nèi)各類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作狀態(tài)下的能耗基本不變，空調(diào)的工作能耗與氣溫情況關(guān)系不大。

圖3機(jī)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辦公人員準(zhǔn)備午餐，其工作時(shí)間是周一至周五的早8時(shí)到14時(shí)左右。從圖4可知，廚房餐廳的用電基本符合其工作規(guī)律，4個(gè)波谷對應(yīng)的正是當(dāng)月的4個(gè)雙休日；這一用電支路還包括1樓大廳的用電，故14時(shí)之后還有物業(yè)的接待與值班人員活動(dòng)的用電能耗。

根據(jù)能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果和現(xiàn)場調(diào)查分析，可以得知該樓宇用電基本正常，未發(fā)現(xiàn)較大異常用電現(xiàn)象。

5.安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

5.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源計(jì)算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實(shí)可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報(bào)送能源計(jì)算報(bào)告。

5.2應(yīng)用場所

適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

5.3系統(tǒng)功能

5.3.1系統(tǒng)概況

平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。

5.3.2用能概況

對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項(xiàng)等用能進(jìn)行對比，支持當(dāng)日逐時(shí)趨勢、當(dāng)月逐日趨勢曲線、分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)對比、總能耗同環(huán)比對比。

5.3.3用能統(tǒng)計(jì)

對建筑、區(qū)域、分項(xiàng)、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報(bào)表的形式統(tǒng)計(jì)對分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，支持報(bào)表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。

5.3.4復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)

復(fù)費(fèi)率報(bào)表按日、月、年統(tǒng)計(jì)對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。

5.3.5同比分析

對建筑、分項(xiàng)、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報(bào)表結(jié)合的方式進(jìn)行用能數(shù)據(jù)同比分析。

5.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑時(shí)段內(nèi)各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標(biāo)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(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統(tǒng)計(jì)對比，支持導(dǎo)出報(bào)表。

5.3.8設(shè)備管理

設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺(tái)賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)備的運(yùn)行。

5.3.9用戶報(bào)告

用戶報(bào)告針對選定的建筑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡單的能耗分析結(jié)果，針對用電提供單獨(dú)的復(fù)費(fèi)率用能分析，報(bào)告可編輯。

6.系統(tǒng)硬件配置

7.結(jié)語

建立健全大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)公共建筑能耗的可計(jì)量、可監(jiān)測、可分析、可診斷，逐步推進(jìn)高耗能公共建筑的節(jié)能改造，實(shí)現(xiàn)公共建筑和大型公共建筑單位面積能耗分別下降10%和15%，是“十二"期間公共建筑節(jié)能工作總目標(biāo)。

開展建筑能耗監(jiān)測管理，為建筑業(yè)主提供有效的建筑能耗數(shù)據(jù)，有助于管理者了解建筑用能狀況，有助于強(qiáng)化建筑運(yùn)行管理措施，有助于提高建筑能源利用效率，是建筑節(jié)能監(jiān)管的重要科技支撐。。

參考文獻(xiàn)

[1]路宏偉.大型公共建筑能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)研究及應(yīng)用.[J]江蘇建筑，2011：5-143.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版.