建筑的能耗監(jiān)測系統(tǒng)怎樣建立及主要方法

更新時間：2023-11-09 點(diǎn)擊次數(shù)：872次

隨著我國工業(yè)化和城市化的加速，建筑業(yè)正在快速發(fā)展，并且建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致建筑能耗問題日益突出。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，建筑能耗將大幅增加。目前，建筑能耗已經(jīng)與工業(yè)耗能、交通耗能并列，成為我國能源消耗的三個主要領(lǐng)域之一。在建筑能耗中，機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑的節(jié)能監(jiān)管體系需要依靠科技手段來實(shí)施全過程、全壽命的監(jiān)督管理，這對于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標(biāo)非常重要。江蘇省作為建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)的示范省份，按照住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的要求，組織開展了大型公共建筑能耗監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)的研究，并進(jìn)行了示范推廣應(yīng)用，取得了一定的成果。

1.建筑節(jié)能監(jiān)管和能耗監(jiān)測

根據(jù)《加強(qiáng)機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能運(yùn)行和改造的相關(guān)規(guī)定》。

建筑節(jié)能主要實(shí)施技術(shù)和管理兩種方法。技術(shù)手段方面，著重于提升建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，優(yōu)化建筑設(shè)備系統(tǒng)的能效。管理手段方面，則涉及建筑業(yè)主對能源消耗行為的管控，以及政府主管部門對建筑能源使用的限制。針對現(xiàn)有大量的公共建筑，技術(shù)手段需要進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)和設(shè)備系統(tǒng)的改造，雖然能夠有效地降低建筑的能耗，但也面臨投資大、見效慢、周期長等問題。而管理手段則更加注重主觀因素，通過人工調(diào)節(jié)和行為控制來降低建筑的能耗，其中能耗監(jiān)測就是一種較為經(jīng)濟(jì)、效果迅速的方式。

建筑能耗監(jiān)測的主要方法是在建筑設(shè)備末端安裝能耗計(jì)量裝置，然后通過公共網(wǎng)絡(luò)等遠(yuǎn)程傳輸手段，及時采集和分析能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對建筑能耗的在線監(jiān)測和動態(tài)分析。這是掌握用能情況、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)。能耗監(jiān)測可以科學(xué)地評估運(yùn)行模式的合理性，判斷系統(tǒng)的能耗水平和用能合理性。特別是對于配電支路復(fù)雜、能耗較高的既有公共建筑，能夠查找建筑中能耗較高的部分，并進(jìn)行優(yōu)化管理。能耗監(jiān)測不僅提供基礎(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，同時還對用能單位的能源消耗和使用進(jìn)行監(jiān)督和管理。

為進(jìn)一步規(guī)范建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，充分發(fā)揮工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)在科技支撐和約束引導(dǎo)方面的作用，根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部以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）提出了關(guān)于建筑用能的分類、分項(xiàng)和建筑能耗監(jiān)測的范圍，同時明確了能耗監(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)的全過程中的技術(shù)要求，以確保系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)的真實(shí)和準(zhǔn)確。規(guī)程明確指出，能耗監(jiān)測系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)該通過遠(yuǎn)程傳輸方式提供給省、市級建筑能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，并向建筑的所有權(quán)人、業(yè)主或物業(yè)管理單位提供，以此為制定節(jié)能政策和加強(qiáng)用能管理等提供科學(xué)可靠的依據(jù)。

2.能源消耗監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)

目前，大多數(shù)公共建筑只配備了少量的總電表和總氣表等計(jì)量設(shè)備，缺乏樓宇內(nèi)部各個用能子系統(tǒng)的實(shí)時、分項(xiàng)用能數(shù)據(jù)，很難了解樓宇中各個子系統(tǒng)的用能情況，從而無法進(jìn)行科學(xué)的用能管理。能耗監(jiān)測的初衷源于分項(xiàng)計(jì)量設(shè)想的提出，就像醫(yī)生通過儀器對病人進(jìn)行科學(xué)診斷，找到病癥所在的部位，進(jìn)行針對性治療一樣。2006年北京市開展了機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑的分項(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)的穩(wěn)定獲取、傳輸、存儲和分析，這就是建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)。江蘇省從2007年開始進(jìn)行能耗監(jiān)測調(diào)研和研究，并于2008年開始實(shí)施能耗監(jiān)測項(xiàng)目試點(diǎn)，通過省級建筑節(jié)能專項(xiàng)引導(dǎo)資金的支持，實(shí)施了分項(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)展示的目的是為了向建筑業(yè)主等單位提供建筑能源消耗情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以便他們能夠了解建筑不同部位的能源消耗情況。這些數(shù)據(jù)可以用于指導(dǎo)節(jié)能運(yùn)營管理和實(shí)施節(jié)能改造工作，并提供技術(shù)支持。為了實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)測平臺對建筑能源使用的橫向?qū)Ρ群涂v向挖掘節(jié)能潛力的目標(biāo)，江蘇省根據(jù)國家相關(guān)技術(shù)指導(dǎo)要求，結(jié)合實(shí)際工作情況，自主開發(fā)了能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)，并在以下三個方面進(jìn)行技術(shù)集成創(chuàng)新。

2.開發(fā)大型公共建筑能耗監(jiān)測平臺的方法，基于Flex技術(shù)。

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)。這種方法實(shí)現(xiàn)的功能著重于能耗數(shù)據(jù)的查詢和展示。然而，建筑耗能與許多因素有關(guān)，例如建筑物的形狀，面積，朝向和層數(shù)等多個因素。同時，它也與建筑物的空間環(huán)境有關(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。此外，傳統(tǒng)的開發(fā)方法基于查詢驅(qū)動，系統(tǒng)模式簡單，信息量不足，且與用戶的交互性較差。

為了解決傳統(tǒng)方法無法準(zhǔn)確描述建筑物空間屬性以及信息不足的問題，本系統(tǒng)采用了Flex技術(shù)開發(fā)能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)軟件。通過結(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，直觀地展示建筑的能源消耗情況。系統(tǒng)首先對建筑區(qū)域建立了3D仿真地理地圖，并將其切割成分級瓦片地圖數(shù)據(jù)。然后基于Flex環(huán)境開發(fā)了地圖顯示程序組件，能夠動態(tài)調(diào)用分級瓦片地圖，實(shí)現(xiàn)了輕量級的3D地圖服務(wù)功能。接著，將地圖坐標(biāo)信息與建筑的能耗統(tǒng)計(jì)信息有機(jī)地融合在一起。通過地圖縮放功能，用戶可以以不同的粒度動態(tài)查詢和比對多個建筑的能耗分析統(tǒng)計(jì)信息。

2.建筑支路異常能耗診斷技術(shù)可以用于檢測和診斷建筑中支路能源使用過程中的異常情況。該技術(shù)利用先進(jìn)的監(jiān)測設(shè)備和算法，分析建筑內(nèi)各個支路的能耗數(shù)據(jù)，找出能源使用異常的支路，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施。通過這種診斷技術(shù)，可以有效地發(fā)現(xiàn)和解決建筑中能耗過高或異常的問題，提高建筑能源利用效率，并實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約和環(huán)保。

建筑支路的異常能耗可能會導(dǎo)致能源浪費(fèi)和安全事故，因此建筑支路異常用能預(yù)警是一項(xiàng)非常重要的節(jié)能服務(wù)。建筑的大量能耗數(shù)據(jù)中隱藏著許多有關(guān)用能特征的信息，通過挖掘歷史能耗數(shù)據(jù)，我們可以及時捕捉到異常用能情況，并及時給出預(yù)警信息。一般來說，傳統(tǒng)的建筑支路異常能耗分析依賴于一些數(shù)學(xué)方法，比如統(tǒng)計(jì)法、偏差法和密度法等，這些方法更多地從數(shù)學(xué)角度考慮算法，不能反映建筑支路異常能耗數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因。而且，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。然而，建筑支路異常能耗診斷技術(shù)彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)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在線診斷方法。通過這種診斷技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的檢測模型，實(shí)現(xiàn)對建筑各能耗支路的用能情況的自動在線監(jiān)測，當(dāng)發(fā)生異常特征時，及時給出預(yù)警信息。

2.在3個智能樓宇中，如何壓縮海量信息

由于建筑能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)實(shí)時接收來自監(jiān)測建筑的能耗信息，監(jiān)測的數(shù)據(jù)點(diǎn)較多，但采集的時間較短，因此需要保存大量的歷史數(shù)據(jù)。如果直接存儲這些數(shù)據(jù)，既會占用大量的系統(tǒng)存儲空間，又會降低數(shù)據(jù)的實(shí)時性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的傳輸、查詢和分析變得困難。為了解決建筑能耗數(shù)據(jù)的特殊性問題，本系統(tǒng)針對不同特性數(shù)據(jù)點(diǎn)的需求，研究了一種智能樓宇中大量能耗信息的壓縮方法，采用多級壓縮策略與自控精度SDT數(shù)據(jù)壓縮算法。通過開放性的記錄方式，系統(tǒng)可以根據(jù)需要進(jìn)行配置，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)序列中的強(qiáng)噪聲點(diǎn)進(jìn)行處理，使處理后的數(shù)據(jù)能更接近被測參數(shù)的實(shí)際值，從而降低了傳感器測量精度誤差對數(shù)據(jù)處理的影響。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，壓縮方法與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互協(xié)調(diào)。

系統(tǒng)應(yīng)用

江蘇省建筑能耗監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)可以實(shí)時分類和分項(xiàng)計(jì)量各種建筑能耗。它具備數(shù)據(jù)采集和存儲、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析、數(shù)據(jù)發(fā)布和遠(yuǎn)程傳輸?shù)然竟δ埽⒁严群蟊粦?yīng)用于南京、無錫、常州、蘇州等市級監(jiān)測中心的上傳建筑能耗數(shù)據(jù)任務(wù)。

自2008年開始，江蘇省已經(jīng)實(shí)施了建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的第一期工程。該系統(tǒng)旨在對8大類共計(jì)798萬平方米的公共建筑能耗進(jìn)行在線動態(tài)監(jiān)測。這些建筑包括：73幢辦公建筑、19幢商場建筑、21幢賓館建筑、73幢教育建筑、18幢醫(yī)療衛(wèi)生建筑、7幢體育建筑、7幢綜合建筑和21幢其他建筑。自投入運(yùn)營以來，該系統(tǒng)一直表現(xiàn)穩(wěn)定可靠，功能齊全。它為加強(qiáng)能源監(jiān)管提供了科學(xué)數(shù)據(jù)和技術(shù)支持，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。目前，已經(jīng)對數(shù)據(jù)傳輸長期穩(wěn)定、可靠、連續(xù)的一部分監(jiān)測建筑進(jìn)行了能源診斷分析，找出了能耗存在的問題，并提出了改進(jìn)措施，進(jìn)一步發(fā)揮了能耗監(jiān)測的作用。

4.工程案例的分析

這是一棟有4層的商用寫字樓，底層目前還沒有使用，2至4層用作辦公用房。該寫字樓安裝了電能表來分別計(jì)量照明、空調(diào)、機(jī)房、廚房等8個回路的用電情況，并且實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測。其中，各樓層的電力使用情況包括照明、插座使用，例如辦公室的照明和辦公設(shè)備的用電；各樓層的空調(diào)用電是由中央空調(diào)機(jī)消耗的能量；機(jī)房主要使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和空調(diào)來消耗能量；廚房和餐廳的支路包括2樓廚房設(shè)備的用電以及2樓餐廳的空調(diào)用電等。

比較每層樓在14月至11月期間的照明和插座用電量。

根據(jù)圖1的展示，可以觀察到該建筑整體上照明插座的用電變化規(guī)律相同，與工作人員的作息時間一致。特別是4樓工作人員較多，導(dǎo)致每日照明插座的負(fù)荷相對較高，監(jiān)測結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。相比之下，2樓的面積較小，因此能耗也比3樓和4樓要少一些。

從圖表2可以看出，每層樓的空調(diào)用電規(guī)律基本相同，特別是在7月和8月是空調(diào)用電的高峰期。2樓和3樓的空調(diào)用電基本相似，但考慮到2樓的面積較小，所以單位面積的空調(diào)用電較高。4樓的空調(diào)用電在夏季使用較多，符合人數(shù)較多的情況，但到了11月份，空調(diào)用電量較2樓和3樓低，可能是因?yàn)槟贻p員工對低溫適應(yīng)能力較強(qiáng)，不需要開啟空調(diào)，這一點(diǎn)在圖表2中有體現(xiàn)。

比較各層空調(diào)的用電情況，如圖2所示。

圖3展示了機(jī)房用電情況的趨勢。從圖中可以看出，機(jī)房的用電情況非常規(guī)律，每天的用電量大致在300千瓦·小時左右，平均每小時的用電量基本在12.5千瓦·小時左右，變化很小。這與機(jī)房內(nèi)各類設(shè)備的24小時工作情況相吻合。機(jī)房內(nèi)各類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能耗在工作狀態(tài)下基本保持不變，而空調(diào)的能耗與氣溫情況關(guān)系不大。

第三張圖展示了機(jī)房的用電情況。

電力使用情況——廚房和餐廳

該樓的廚房餐廳主要為辦公人員提供午餐，工作時間為周一至周五早上8點(diǎn)到下午2點(diǎn)左右。從圖4可以看出，廚房餐廳的用電情況基本符合工作規(guī)律，4個波谷對應(yīng)的正好是當(dāng)月的4個雙休日；此外，該用電支路還包括一樓大廳的用電，所以下午2點(diǎn)后還有物業(yè)接待和值班人員活動的用電能耗。

根據(jù)能耗動態(tài)監(jiān)測結(jié)果和現(xiàn)場調(diào)查分析，我們可以得出以下結(jié)論：該樓宇的用電情況基本正常，沒有發(fā)現(xiàn)任何明顯的異常用電現(xiàn)象。

安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

4.1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。

4.2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)。

4.3系統(tǒng)功能

4.3.1系統(tǒng)概況

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

4.3.2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)日逐時趨勢、當(dāng)月逐日趨勢曲線、分時段能耗統(tǒng)計(jì)對比、總能耗同環(huán)比對比。

4.3.3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。

4.3.4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。