大型公共建筑能耗监测与信息管理系统研究及应用

1 建筑节能监管与能耗监测 根据 《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节
能管理工作的实施意见》要求，住房和城乡建设部在狠抓新 建建筑要全面执行建筑节能强制性标准的同时， 明确提出 要通过能耗监测、能耗统计、能源审计、能效公示、制度建设 等监管措施， 促进既有高耗能国家机关办公建筑和大型公 共建筑节能运行和改造。
LU Hong-wei （Science and Technology Development Center of Jiangsu Housing and Urban-Rural Development Department，Nanjing Jiangsu
210036 China）
Abstract：This paper explains the situation of large public building energy consumption，highlights the necessity of large public building energy-saving regulation, and sums up the use of technical means to implement the building energy consumption monitoring, It introduced building energy monitoring system research in the process of technology innovation and application in Jiangsu. Key words： public building； building energy consumption；monitor； energy saving
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，监测的数据点多，而采集的时间又相对较 短，因而要保存的历史数据量非常大，如果将这些数据直接 存储，不仅会占用大量的系统存储空间，而且会降低数据的 实时性，使数据的传输、查询和分析变得困难。 本系统针对 建筑能耗数据的特殊性，考虑不同特性数据点的需求，研究 了一种智能楼宇中海量能耗信息的压缩方法， 即采用多级 压缩策略与自控精度 SDT 数据压缩算法。 利用开放性的记 录方式给予系统配置以最大的自由度， 有效地过滤冗余数 据。利用数据平滑方法对数据序列中强噪声点进行处理，使 得处理后的数据能接近被测参数的实际值， 降低了传感器 的测量精度误差给数据处理带来的影响。 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， 使得压缩方法与结构设计 相得益彰。 3 系统应用
[关键词] 公共建筑；建筑能耗；监测；节能 [中图分类号]TU111.195 [文献标识码]A [文章编号]1005-6270（2011）05-0114-03
Research and Application of Large Public Buildings Energy Monitoring and Management Information System
建筑节能主要通过技术和管理 2 种手段来实现， 技术 手段主要包括建筑围护结构热工性能的提升和建筑设备系 统能效的优化， 管理手段主要是指建筑业主对能源消耗行 为的管理和政府主管部门对建筑能源使用的约束。 对于大 量的既有公共建筑， 技术手段涉及围护结构和设备系统改 造，虽可以有效的降低建筑使用能耗，但是存在投资大、见 效慢、周期长等问题；管理手段侧重于主观方面，通过人工 调节和行为控制来降低建筑运行使用能耗， 能耗监测就是 其中投资少、见效快的主要方式。
0 前言 随着我国工业化和城市化进程的加速， 高速发展的建
筑业以及不断扩大的建筑规模使得建筑能耗日益增长问题 越来越凸显。 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 的 大 幅 度 增 加 将 不 可 避 免 。 目前，建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为我国能 源消耗的 3 大“耗能大户”。在建筑能耗中，国家机关办公建 筑和大型公共建筑高耗能的问题日益突出， 共性问题是能 耗总量大、增长速度快、能耗指标高、终端用能设备总体能 效水平低等。据统计，国家机关办公建筑和大型公共建筑总 面积 不 足 城 镇 建 筑 总 面 积 的 4％， 单 位 面 积 年 耗 电 量 达 到 70 kW·h～300 kW·h，为 普 通 居 民 住 宅 的 10～20 倍 ，占 全 国 城 镇 总 耗 电 量 的 22％，是 欧 洲 、日 本 等 发 达 国 家 同 类 建 筑 的 1.5～2 倍。 因此，建立健全国家机关办公建筑和大型公共 建筑节能监管体系，依托科技手段，实施全方位、全过程、全 寿命监督管理， 对实现节能减排战略目标具有极其重要的 意义。作为建筑节能监管体系建设示范省，江苏省按照住房 和城乡建设部的部署要求， 组织开展了大型公共建筑能耗 监测与信息管理系统研究，并进行了示范推广应用，取得了 阶段性成效。
为进一步规范建筑能耗监测系统建设， 发挥工程建设 标准的科技支撑和约束引导作用， 按照住房和城乡建设部 及江苏省住房和城乡建设厅关于国家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） 对 建 筑 用能的分类、分项、建筑能耗监测的范围以及能耗监测系统 工程的设计、施工、检测、验收和运行维护的全过程提出了 技术要求，以确保系统采集的能耗数据真实准确。规程明确 要求能耗监测系统采集的数据应远程传输给省、 市级建筑 能耗监测数据中心，并提供给建筑所有权人、业主或其委托 的物业管理单位，为制定节能政策、加强用能管理等提供科 学可靠依据。 2 能耗监测与信息管理系统
监测建筑能耗数据展示可为建筑业主等单位提供建筑 的分类分项用能状况的统计数据， 使其定量了解建筑内各 部位的能源消耗情况，为指导节能运行管理、实施节能改造 等工作提供技术保障。 为实现能耗监测平台对建筑用能横 向对比发现问题、纵向挖掘节能潜力的建设目的，江苏省依 据国家有关技术导则要求，结合工作实际，自行研发了能耗 监测与信息管理系统， 并在以下 3 方面进行了技术集成创 新。 2.1 基于 Flex 技术大型公建能耗监测平台的开发方法
建筑支路异常能耗可能造成能源浪费， 也可能造成安 全事故， 建筑支路异常用能预警是一项重要的节能服务内 容。建筑海量的能耗数据隐藏着大量的用能特征信息，通过 对历史能耗数据进行信息挖掘，对异常用能情况进行捕捉， 及时给出预警信息。 建筑支路异常能耗分析传统上借助一 些数学方法，如统计法、偏差法、密度法等，较多地从数学的 角度考虑算法， 并不能反映建筑支路异常能耗数据产生的 原因，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。 建筑支路异常能耗诊断技术克服了现有技术 中的不足， 提出了一种基于自组织映射网络的建筑异常能 耗支路的在线诊断方法。通过该诊断技术，实现自适应的检 测模型，自动在线监测建筑各能耗支路的用能情况，当异常 特征发生时，及时给出预警信息。 2.3 智能楼宇中海量信息的压缩方法
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 ， 实 现 的 功 能 侧 重 于 能 耗 数 据 的 查 询 与 展示。但建筑耗能与很多因素有关，如建筑物的形状、面积、
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朝向、层数等多种因素有关，同时也与建筑物的空间环境相 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， 且传统的开发方 法基于查询驱动，系统模式简单，信息量不足，与用户交互 性较差。
能耗监测主要通过在建筑设备末端安装分项能耗计量
[收稿日期]2011-08-11 [作者简介]路宏伟，男，江苏省住房和城乡建设厅科技发展中心，高 级工程师。
江苏建筑 2011 年第 5 期（总第 143 期） 装置，采用公共网络等远程传输手段，及时采集分析能耗数 据，实现建筑能耗的在线监测和动态分析，是全面掌握用能 状况，发现用能问题，研究用能标准和实施节能改造的重要 环节。 通过能耗监测，可科学判断运行模式的合理性，判 断系统能耗水平的高低，判断系统的用能合理性。尤其对于 配电支路错综复杂的高能耗既有公共建筑， 可以精确查找 建筑高能耗环节，从而进行优化管理。能耗监测不仅有助于 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， 对用能单位能源的消耗和使用也起到了监督和管理 作用。
目前大多数公共建筑只有总电表、 总气表等为数非常 少的计量表具，缺乏楼宇内部各个用能子系统的实时、分项 用能数据， 难以精确的掌握楼宇中各个子系统各自的用能 现状，无法实现科学的用能管理。能耗监测最初起源于分项 计量设想的提出， 好比医生通过仪器对病人进行科学性诊 断，查找“病症”所在部位，实施针对性的“治疗”。 2006 年北 京市率先开展了国家机关办公建筑和大型公共建筑分项用 电计量项目研究， 并初步实现了分项用电数据稳定持续的 获取、传输、存储和分析，这即是最初的建筑能耗监测系统。 江苏省自 2007 年开展能耗监测调研与研究 ， 并于 2008 年 起实施能耗监测项目试点， 依托省级建筑节能专项引导资 金落实了分项计量工程项目和数据中心建设。
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江苏省建筑能耗监测与信息管理系统具备各种建筑能 耗 实 时 分 类/分 项 计 量 、数 据 采 集 与 存 贮 、数 据 统 计 与 分 析 、 数据发布与远传等基本功能，已先后应用在南京、无锡、常 州、苏州等市级监测中心，实现了对辖区内大型公共建筑能 耗动态监测的目标。系统可展示三个主要页面：建筑信息配 置页面、建筑能耗统计查询页面和实时监测页面。 其中：建 筑能耗查询页面包括各类日常工作的数据报表， 以及对应 不同度量值不同展示维度的数据图表。 数据报表主要包括 建筑物、区域用能情况的日报表、月报表、年报表等，数据图 表主要包括数据曲线图、饼图、柱状图等，直观反映和对比 各项采集数据和统计数据的数值、趋势和分布情况。 此外， 省级建筑节能监测中心除负责省属大型公共建筑动态监测 外，发挥桥梁纽带作用，承担向中央级建筑能耗数据中心上 传数据任务。