建筑的能耗监测系统怎样建立及主要方法

随着我国工业化和城市化的加速，建筑业正在快速发展，并且建筑规模不断扩大，导致建筑能耗问题日益突出。预计到2020年，我国城市生活人口将达到总人口数的56％以上，建筑能耗将大幅增加。目前，建筑能耗已经与工业耗能、交通耗能并列，成为我国能源消耗的三个主要领域之一。在建筑能耗中，机关办公建筑和大型公共建筑的节能监管体系需要依靠科技手段来实施全过程、全寿命的监督管理，这对于实现节能减排的战略目标非常重要。江苏省作为建筑节能监管体系建设的示范省份，按照住房和城乡建设部的要求，组织开展了大型公共建筑能耗监测和信息管理系统的研究，并进行了示范推广应用，取得了一定的成果。

1.建筑节能监管和能耗监测

根据《加强机关办公建筑和大型公共建筑节能运行和改造的相关规定》。

建筑节能主要实施技术和管理两种方法。技术手段方面，着重于提升建筑围护结构的热工性能，优化建筑设备系统的能效。管理手段方面，则涉及建筑业主对能源消耗行为的管控，以及政府主管部门对建筑能源使用的限制。针对现有大量的公共建筑，技术手段需要进行围护结构和设备系统的改造，虽然能够有效地降低建筑的能耗，但也面临投资大、见效慢、周期长等问题。而管理手段则更加注重主观因素，通过人工调节和行为控制来降低建筑的能耗，其中能耗监测就是一种较为经济、效果迅速的方式。

建筑能耗监测的主要方法是在建筑设备末端安装能耗计量装置，然后通过公共网络等远程传输手段，及时采集和分析能耗数据，实现对建筑能耗的在线监测和动态分析。这是掌握用能情况、发现用能问题、研究用能标准和实施节能改造的重要环节。能耗监测可以科学地评估运行模式的合理性，判断系统的能耗水平和用能合理性。特别是对于配电支路复杂、能耗较高的既有公共建筑，能够查找建筑中能耗较高的部分，并进行优化管理。能耗监测不仅提供基础数据和编制分析报告，为业主指明节能管理方向，同时还对用能单位的能源消耗和使用进行监督和管理。

为进一步规范建筑能耗监测系统的建设，充分发挥工程建设标准在科技支撑和约束引导方面的作用，根据住房和城乡建设部以及江苏省住房和城乡建设厅关于机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测工作的要求，江苏省工程建设标准《公共建筑能耗监测系统技术规程》（DGJ32/TJ111-2010）提出了关于建筑用能的分类、分项和建筑能耗监测的范围，同时明确了能耗监测系统工程的设计、施工、检测、验收和运行维护的全过程中的技术要求，以确保系统采集的能耗数据的真实和准确。规程明确指出，能耗监测系统所采集的数据应该通过远程传输方式提供给省、市级建筑能耗监测数据库，并向建筑的所有权人、业主或物业管理单位提供，以此为制定节能政策和加强用能管理等提供科学可靠的依据。

2.能源消耗监测和信息管理系统

目前，大多数公共建筑只配备了少量的总电表和总气表等计量设备，缺乏楼宇内部各个用能子系统的实时、分项用能数据，很难了解楼宇中各个子系统的用能情况，从而无法进行科学的用能管理。能耗监测的初衷源于分项计量设想的提出，就像医生通过仪器对病人进行科学诊断，找到病症所在的部位，进行针对性治疗一样。2006年北京市开展了机关办公建筑和大型公共建筑的分项用电计量项目研究，并初步实现了分项用电数据的稳定获取、传输、存储和分析，这就是建筑能耗监测系统。江苏省从2007年开始进行能耗监测调研和研究，并于2008年开始实施能耗监测项目试点，通过省级建筑节能专项引导资金的支持，实施了分项计量工程项目和数据库建设。

监测建筑能耗数据展示的目的是为了向建筑业主等单位提供建筑能源消耗情况的统计数据，以便他们能够了解建筑不同部位的能源消耗情况。这些数据可以用于指导节能运营管理和实施节能改造工作，并提供技术支持。为了实现能耗监测平台对建筑能源使用的横向对比和纵向挖掘节能潜力的目标，江苏省根据国家相关技术指导要求，结合实际工作情况，自主开发了能耗监测与信息管理系统，并在以下三个方面进行技术集成创新。

2.开发大型公共建筑能耗监测平台的方法，基于Flex技术。

目前，关于能耗监测应用软件的开发传统主要采用net技术和J2EE技术。这种方法实现的功能着重于能耗数据的查询和展示。然而，建筑耗能与许多因素有关，例如建筑物的形状，面积，朝向和层数等多个因素。同时，它也与建筑物的空间环境有关。传统的开发方法很难描述建筑物的空间环境、建筑物的构造特点等与建筑自身属性相关的问题。此外，传统的开发方法基于查询驱动，系统模式简单，信息量不足，且与用户的交互性较差。

为了解决传统方法无法准确描述建筑物空间属性以及信息不足的问题，本系统采用了Flex技术开发能耗监测与信息管理系统软件。通过结合三维（3D）仿真地理地图对建筑空间属性进行描述，将能耗数据与建筑的3D地理信息相结合，直观地展示建筑的能源消耗情况。系统首先对建筑区域建立了3D仿真地理地图，并将其切割成分级瓦片地图数据。然后基于Flex环境开发了地图显示程序组件，能够动态调用分级瓦片地图，实现了轻量级的3D地图服务功能。接着，将地图坐标信息与建筑的能耗统计信息有机地融合在一起。通过地图缩放功能，用户可以以不同的粒度动态查询和比对多个建筑的能耗分析统计信息。

2.建筑支路异常能耗诊断技术可以用于检测和诊断建筑中支路能源使用过程中的异常情况。该技术利用先进的监测设备和算法，分析建筑内各个支路的能耗数据，找出能源使用异常的支路，并提出相应的优化措施。通过这种诊断技术，可以有效地发现和解决建筑中能耗过高或异常的问题，提高建筑能源利用效率，并实现能源的节约和环保。

建筑支路的异常能耗可能会导致能源浪费和安全事故，因此建筑支路异常用能预警是一项非常重要的节能服务。建筑的大量能耗数据中隐藏着许多有关用能特征的信息，通过挖掘历史能耗数据，我们可以及时捕捉到异常用能情况，并及时给出预警信息。一般来说，传统的建筑支路异常能耗分析依赖于一些数学方法，比如统计法、偏差法和密度法等，这些方法更多地从数学角度考虑算法，不能反映建筑支路异常能耗数据产生的原因。而且，这些算法只是在少数研究人员中进行研究，缺乏广泛的应用价值。然而，建筑支路异常能耗诊断技术弥补了现有技术的不足，提出了一种基于自组织映射网络的建筑异常能耗支路在线诊断方法。通过这种诊断技术，可以实现自适应的检测模型，实现对建筑各能耗支路的用能情况的自动在线监测，当发生异常特征时，及时给出预警信息。

2.在3个智能楼宇中，如何压缩海量信息

由于建筑能耗监测与信息管理系统实时接收来自监测建筑的能耗信息，监测的数据点较多，但采集的时间较短，因此需要保存大量的历史数据。如果直接存储这些数据，既会占用大量的系统存储空间，又会降低数据的实时性，导致数据的传输、查询和分析变得困难。为了解决建筑能耗数据的特殊性问题，本系统针对不同特性数据点的需求，研究了一种智能楼宇中大量能耗信息的压缩方法，采用多级压缩策略与自控精度SDT数据压缩算法。通过开放性的记录方式，系统可以根据需要进行配置，有效地过滤冗余数据。利用数据平滑方法对数据序列中的强噪声点进行处理，使处理后的数据能更接近被测参数的实际值，从而降低了传感器测量精度误差对数据处理的影响。数据处理过程中采用了周期跨度的保存方式，具有很高的压缩比。与内存数据库中的缓存结构设计相结合，压缩方法与结构设计相互协调。

系统应用

江苏省建筑能耗监测与信息管理系统可以实时分类和分项计量各种建筑能耗。它具备数据采集和存储、数据统计和分析、数据发布和远程传输等基本功能，并已先后被应用于南京、无锡、常州、苏州等市级监测中心的上传建筑能耗数据任务。

自2008年开始，江苏省已经实施了建筑能耗监测系统的第一期工程。该系统旨在对8大类共计798万平方米的公共建筑能耗进行在线动态监测。这些建筑包括：73幢办公建筑、19幢商场建筑、21幢宾馆建筑、73幢教育建筑、18幢医疗卫生建筑、7幢体育建筑、7幢综合建筑和21幢其他建筑。自投入运营以来，该系统一直表现稳定可靠，功能齐全。它为加强能源监管提供了科学数据和技术支持，取得了良好的经济和社会效益。目前，已经对数据传输长期稳定、可靠、连续的一部分监测建筑进行了能源诊断分析，找出了能耗存在的问题，并提出了改进措施，进一步发挥了能耗监测的作用。

4.工程案例的分析

这是一栋有4层的商用写字楼，底层目前还没有使用，2至4层用作办公用房。该写字楼安装了电能表来分别计量照明、空调、机房、厨房等8个回路的用电情况，并且实现了远程动态监测。其中，各楼层的电力使用情况包括照明、插座使用，例如办公室的照明和办公设备的用电；各楼层的空调用电是由中央空调机消耗的能量；机房主要使用计算机网络设备和空调来消耗能量；厨房和餐厅的支路包括2楼厨房设备的用电以及2楼餐厅的空调用电等。

比较每层楼在14月至11月期间的照明和插座用电量。

根据图1的展示，可以观察到该建筑整体上照明插座的用电变化规律相同，与工作人员的作息时间一致。特别是4楼工作人员较多，导致每日照明插座的负荷相对较高，监测结果证实了这一点。相比之下，2楼的面积较小，因此能耗也比3楼和4楼要少一些。

从图表2可以看出，每层楼的空调用电规律基本相同，特别是在7月和8月是空调用电的高峰期。2楼和3楼的空调用电基本相似，但考虑到2楼的面积较小，所以单位面积的空调用电较高。4楼的空调用电在夏季使用较多，符合人数较多的情况，但到了11月份，空调用电量较2楼和3楼低，可能是因为年轻员工对低温适应能力较强，不需要开启空调，这一点在图表2中有体现。

比较各层空调的用电情况，如图2所示。

图3展示了机房用电情况的趋势。从图中可以看出，机房的用电情况非常规律，每天的用电量大致在300千瓦·小时左右，平均每小时的用电量基本在12.5千瓦·小时左右，变化很小。这与机房内各类设备的24小时工作情况相吻合。机房内各类计算机网络设备的能耗在工作状态下基本保持不变，而空调的能耗与气温情况关系不大。

第三张图展示了机房的用电情况。

电力使用情况——厨房和餐厅

该楼的厨房餐厅主要为办公人员提供午餐，工作时间为周一至周五早上8点到下午2点左右。从图4可以看出，厨房餐厅的用电情况基本符合工作规律，4个波谷对应的正好是当月的4个双休日；此外，该用电支路还包括一楼大厅的用电，所以下午2点后还有物业接待和值班人员活动的用电能耗。

根据能耗动态监测结果和现场调查分析，我们可以得出以下结论：该楼宇的用电情况基本正常，没有发现任何明显的异常用电现象。

安科瑞建筑能耗分析系统

4.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照国家有关规定实施能源计算，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。

4.2应用场所

适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。

4.3系统功能

4.3.1系统概况

平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。

4.3.2用能概况

对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。

4.3.3用能统计

对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计，支持报表数据导出EXCEL，支持选择建筑数据进行生成柱状图。

4.3.4复费率统计

复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到EXCEL。

4.3.5同比分析

对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。

4.3.6能源流向图

能源流向图展示单栋建筑时段内各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折标值查看。

4.3.7夜间能耗分析

夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。

4.3.8设备管理

设备管理包括，设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备，确保设备的运行。

4.3.9用户报告

用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑。