建筑的能耗監測系統怎樣建立及主要方法

更新時間：2023-11-09 點擊次數：1212次

隨著我國工業化和城市化的加速，建筑業正在快速發展，并且建筑規模不斷擴大，導致建筑能耗問題日益突出。預計到2020年，我國城市生活人口將達到總人口數的56％以上，建筑能耗將大幅增加。目前，建筑能耗已經與工業耗能、交通耗能并列，成為我國能源消耗的三個主要領域之一。在建筑能耗中，機關辦公建筑和大型公共建筑的節能監管體系需要依靠科技手段來實施全過程、全壽命的監督管理，這對于實現節能減排的戰略目標非常重要。江蘇省作為建筑節能監管體系建設的示范省份，按照住房和城鄉建設部的要求，組織開展了大型公共建筑能耗監測和信息管理系統的研究，并進行了示范推廣應用，取得了一定的成果。

1.建筑節能監管和能耗監測

根據《加強機關辦公建筑和大型公共建筑節能運行和改造的相關規定》。

建筑節能主要實施技術和管理兩種方法。技術手段方面，著重于提升建筑圍護結構的熱工性能，優化建筑設備系統的能效。管理手段方面，則涉及建筑業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。針對現有大量的公共建筑，技術手段需要進行圍護結構和設備系統的改造，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，通過人工調節和行為控制來降低建筑的能耗，其中能耗監測就是一種較為經濟、效果迅速的方式。

建筑能耗監測的主要方法是在建筑設備末端安裝能耗計量裝置，然后通過公共網絡等遠程傳輸手段，及時采集和分析能耗數據，實現對建筑能耗的在線監測和動態分析。這是掌握用能情況、發現用能問題、研究用能標準和實施節能改造的重要環節。能耗監測可以科學地評估運行模式的合理性，判斷系統的能耗水平和用能合理性。特別是對于配電支路復雜、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，并進行優化管理。能耗監測不僅提供基礎數據和編制分析報告，為業主指明節能管理方向，同時還對用能單位的能源消耗和使用進行監督和管理。

為進一步規范建筑能耗監測系統的建設，充分發揮工程建設標準在科技支撐和約束引導方面的作用，根據住房和城鄉建設部以及江蘇省住房和城鄉建設廳關于機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測工作的要求，江蘇省工程建設標準《公共建筑能耗監測系統技術規程》（DGJ32/TJ111-2010）提出了關于建筑用能的分類、分項和建筑能耗監測的范圍，同時明確了能耗監測系統工程的設計、施工、檢測、驗收和運行維護的全過程中的技術要求，以確保系統采集的能耗數據的真實和準確。規程明確指出，能耗監測系統所采集的數據應該通過遠程傳輸方式提供給省、市級建筑能耗監測數據庫，并向建筑的所有權人、業主或物業管理單位提供，以此為制定節能政策和加強用能管理等提供科學可靠的依據。

2.能源消耗監測和信息管理系統

目前，大多數公共建筑只配備了少量的總電表和總氣表等計量設備，缺乏樓宇內部各個用能子系統的實時、分項用能數據，很難了解樓宇中各個子系統的用能情況，從而無法進行科學的用能管理。能耗監測的初衷源于分項計量設想的提出，就像醫生通過儀器對病人進行科學診斷，找到病癥所在的部位，進行針對性治療一樣。2006年北京市開展了機關辦公建筑和大型公共建筑的分項用電計量項目研究，并初步實現了分項用電數據的穩定獲取、傳輸、存儲和分析，這就是建筑能耗監測系統。江蘇省從2007年開始進行能耗監測調研和研究，并于2008年開始實施能耗監測項目試點，通過省級建筑節能專項引導資金的支持，實施了分項計量工程項目和數據庫建設。

監測建筑能耗數據展示的目的是為了向建筑業主等單位提供建筑能源消耗情況的統計數據，以便他們能夠了解建筑不同部位的能源消耗情況。這些數據可以用于指導節能運營管理和實施節能改造工作，并提供技術支持。為了實現能耗監測平臺對建筑能源使用的橫向對比和縱向挖掘節能潛力的目標，江蘇省根據國家相關技術指導要求，結合實際工作情況，自主開發了能耗監測與信息管理系統，并在以下三個方面進行技術集成創新。

2.開發大型公共建筑能耗監測平臺的方法，基于Flex技術。

目前，關于能耗監測應用軟件的開發傳統主要采用net技術和J2EE技術。這種方法實現的功能著重于能耗數據的查詢和展示。然而，建筑耗能與許多因素有關，例如建筑物的形狀，面積，朝向和層數等多個因素。同時，它也與建筑物的空間環境有關。傳統的開發方法很難描述建筑物的空間環境、建筑物的構造特點等與建筑自身屬性相關的問題。此外，傳統的開發方法基于查詢驅動，系統模式簡單，信息量不足，且與用戶的交互性較差。

為了解決傳統方法無法準確描述建筑物空間屬性以及信息不足的問題，本系統采用了Flex技術開發能耗監測與信息管理系統軟件。通過結合三維（3D）仿真地理地圖對建筑空間屬性進行描述，將能耗數據與建筑的3D地理信息相結合，直觀地展示建筑的能源消耗情況。系統首先對建筑區域建立了3D仿真地理地圖，并將其切割成分級瓦片地圖數據。然后基于Flex環境開發了地圖顯示程序組件，能夠動態調用分級瓦片地圖，實現了輕量級的3D地圖服務功能。接著，將地圖坐標信息與建筑的能耗統計信息有機地融合在一起。通過地圖縮放功能，用戶可以以不同的粒度動態查詢和比對多個建筑的能耗分析統計信息。

2.建筑支路異常能耗診斷技術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。該技術利用先進的監測設備和算法，分析建筑內各個支路的能耗數據，找出能源使用異常的支路，并提出相應的優化措施。通過這種診斷技術，可以有效地發現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，并實現能源的節約和環保。

建筑支路的異常能耗可能會導致能源浪費和安全事故，因此建筑支路異常用能預警是一項非常重要的節能服務。建筑的大量能耗數據中隱藏著許多有關用能特征的信息，通過挖掘歷史能耗數據，我們可以及時捕捉到異常用能情況，并及時給出預警信息。一般來說，傳統的建筑支路異常能耗分析依賴于一些數學方法，比如統計法、偏差法和密度法等，這些方法更多地從數學角度考慮算法，不能反映建筑支路異常能耗數據產生的原因。而且，這些算法只是在少數研究人員中進行研究，缺乏廣泛的應用價值。然而，建筑支路異常能耗診斷技術彌補了現有技術的不足，提出了一種基于自組織映射網絡的建筑異常能耗支路在線診斷方法。通過這種診斷技術，可以實現自適應的檢測模型，實現對建筑各能耗支路的用能情況的自動在線監測，當發生異常特征時，及時給出預警信息。

2.在3個智能樓宇中，如何壓縮海量信息

由于建筑能耗監測與信息管理系統實時接收來自監測建筑的能耗信息，監測的數據點較多，但采集的時間較短，因此需要保存大量的歷史數據。如果直接存儲這些數據，既會占用大量的系統存儲空間，又會降低數據的實時性，導致數據的傳輸、查詢和分析變得困難。為了解決建筑能耗數據的特殊性問題，本系統針對不同特性數據點的需求，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數據壓縮算法。通過開放性的記錄方式，系統可以根據需要進行配置，有效地過濾冗余數據。利用數據平滑方法對數據序列中的強噪聲點進行處理，使處理后的數據能更接近被測參數的實際值，從而降低了傳感器測量精度誤差對數據處理的影響。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。與內存數據庫中的緩存結構設計相結合，壓縮方法與結構設計相互協調。

系統應用

江蘇省建筑能耗監測與信息管理系統可以實時分類和分項計量各種建筑能耗。它具備數據采集和存儲、數據統計和分析、數據發布和遠程傳輸等基本功能，并已先后被應用于南京、無錫、常州、蘇州等市級監測中心的上傳建筑能耗數據任務。

自2008年開始，江蘇省已經實施了建筑能耗監測系統的第一期工程。該系統旨在對8大類共計798萬平方米的公共建筑能耗進行在線動態監測。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幢醫療衛生建筑、7幢體育建筑、7幢綜合建筑和21幢其他建筑。自投入運營以來，該系統一直表現穩定可靠，功能齊全。它為加強能源監管提供了科學數據和技術支持，取得了良好的經濟和社會效益。目前，已經對數據傳輸長期穩定、可靠、連續的一部分監測建筑進行了能源診斷分析，找出了能耗存在的問題，并提出了改進措施，進一步發揮了能耗監測的作用。

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量照明、空調、機房、廚房等8個回路的用電情況，并且實現了遠程動態監測。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備的用電；各樓層的空調用電是由中央空調機消耗的能量；機房主要使用計算機網絡設備和空調來消耗能量；廚房和餐廳的支路包括2樓廚房設備的用電以及2樓餐廳的空調用電等。

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，導致每日照明插座的負荷相對較高，監測結果證實了這一點。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，每層樓的空調用電規律基本相同，特別是在7月和8月是空調用電的高峰期。2樓和3樓的空調用電基本相似，但考慮到2樓的面積較小，所以單位面積的空調用電較高。4樓的空調用電在夏季使用較多，符合人數較多的情況，但到了11月份，空調用電量較2樓和3樓低，可能是因為年輕員工對低溫適應能力較強，不需要開啟空調，這一點在圖表2中有體現。

比較各層空調的用電情況，如圖2所示。

圖3展示了機房用電情況的趨勢。從圖中可以看出，機房的用電情況非常規律，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。這與機房內各類設備的24小時工作情況相吻合。機房內各類計算機網絡設備的能耗在工作狀態下基本保持不變，而空調的能耗與氣溫情況關系不大。

第三張圖展示了機房的用電情況。

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點到下午2點左右。從圖4可以看出，廚房餐廳的用電情況基本符合工作規律，4個波谷對應的正好是當月的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點后還有物業接待和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，我們可以得出以下結論：該樓宇的用電情況基本正常，沒有發現任何明顯的異常用電現象。

安科瑞建筑能耗分析系統

4.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統是用戶端能源管理分析系統，在電能管理系統的基礎上增加了對水、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行細分和統計，以直觀的數據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，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節約能源，為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，并向縣級以上管理節能工作的部門報送能源計算報告。

4.2應用場所

適用于公共建筑、集團公司、工業園區、大型物業、學校、醫院、企業等不同行業的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。

4.3系統功能

4.3.1系統概況

平臺運行狀態，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。

4.3.2用能概況

對建筑、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。