安科瑞 鮑靜君

　　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施節(jié)能監(jiān)管的必要性，并在系統(tǒng)總結(jié)運用技術(shù)手段實施建筑能耗監(jiān)測的基礎上，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)新和應用情況。

　　關(guān)鍵詞：公共建筑；建筑能耗；監(jiān)測；節(jié)能

　　0 前言

　　為隨著我國工業(yè)化和城市化進程的加速，高速發(fā)展的建筑業(yè)以及不斷擴大的建筑規(guī)模使得建筑能耗日益增長問題越來越凸顯。預計到2020年，我國城市生活人口將達到總?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，國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑高耗能的問題日益突出， 共性問題是能耗總量大、增長速度快、能耗指標高、終端用能設備總體能效水平低等。據(jù)統(tǒng)計，國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑總面積不足城鎮(zhèn)建筑總面積的4％，單位面積年耗電量達到70 kW·h～300 kW·h，為普通居民住宅的 10～20倍，占城鎮(zhèn)總耗電量的22％，是歐洲、日本等發(fā)達國家同類建筑的1.5～2 倍。因此，建立健家機關(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，實施全過程、全壽命監(jiān)督管理，對實現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標具有重要的意義。作為建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設示范省，江蘇省按照住房和城鄉(xiāng)建設部的部署要求，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，并進行了示范推廣應用，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)于加強國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實施意見》要求，住房和城鄉(xiāng)建設部在狠抓新建建筑執(zhí)行建筑節(jié)能強制性標準的同時， 明確提出要通過能耗監(jiān)測、能耗統(tǒng)計、能源審計、能效公示、制度建設等監(jiān)管措施， 既有高耗能國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能運行和改造。

　　建筑節(jié)能主要通過技術(shù)和管理2種手段來實現(xiàn)，技術(shù)手段主要包括建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能的提升和建筑設備系統(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)手段涉及圍護結(jié)構(gòu)和設備系統(tǒng)改造，雖可以降低建筑使用能耗，但是存在投資大、、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行使用能耗，能耗監(jiān)測就是其中投資少的主要方式。

　　能耗監(jiān)測主要通過在建筑設備末端安裝分項能耗計量裝置，采用公共網(wǎng)絡等遠程傳輸手段，及時采集分析能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)建筑能耗的在線監(jiān)測和動態(tài)分析，是掌握用能狀況，發(fā)現(xiàn)用能問題，研究用能標準和實施節(jié)能改造的重要環(huán)節(jié)。通過能耗監(jiān)測，可以科學判斷運行模式的合理性，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綜復雜的高能耗既有公共建筑，可以查找建筑高能耗環(huán)節(jié)，從而進行優(yōu)化管理。能耗監(jiān)測不僅有助于提供基礎數(shù)據(jù)和編制分析報告，為業(yè)主指明節(jié)能管理方向；同時，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。

　　為進一步規(guī)范建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設，發(fā)揮工程建設標準的科技支撐和約束引導作用，按照住房和城鄉(xiāng)建設部及江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設廳關(guān)于國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測工作的要求，江蘇省工程建設標準《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、建筑能耗監(jiān)測的范圍以及能耗監(jiān)測系統(tǒng)工程的設計、施工、檢測、驗收和運行維護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。規(guī)程明確要求能耗監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)應遠程傳輸給省、市級建筑能耗監(jiān)測數(shù)據(jù) ，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、加強用能管理等提供科學可靠依據(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)非常少的計量表具，缺乏樓宇內(nèi)部各個用能子系統(tǒng)的實時、分項用能數(shù)據(jù)，難以的掌握樓宇中各個子系統(tǒng)各自的用能現(xiàn)狀，無法實現(xiàn)科學的用能管理。能耗監(jiān)測起源于分項計量設想的提出，好比醫(yī)生通過儀器對病人進行科學性診斷，查找“病癥”所在部位，實施針對性的措施。2006 年北京市*開展了國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分項用電計量項目研究，并初步實現(xiàn)了分項用電數(shù)據(jù)穩(wěn)定持續(xù)的獲取、傳輸、存儲和分析，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年起實施能耗監(jiān)測項目試點，依托省級建筑節(jié)能專項引導資金落實了分項計量工程項目和數(shù)據(jù) 建設。

　　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用能狀況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，使其定量了解建筑內(nèi)各部位的能源消耗情況，為指導節(jié)能運行管理、實施節(jié)能改造等工作提供技術(shù)保障。為實現(xiàn)能耗監(jiān)測平臺對建筑用能橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)問題、縱向挖掘節(jié)能潛力的建設目的，江蘇省依據(jù)國家有關(guān)技術(shù)導則要求，結(jié)合工作實際，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)測平臺的開發(fā)方法

　　目前關(guān)于能耗監(jiān)測應用軟件的開發(fā)傳統(tǒng)主要采用net技術(shù)和J2EE技術(shù)，實現(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，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，動態(tài)調(diào)用分級瓦片地圖，實現(xiàn)輕量級的3D地圖服務功能，并將地圖坐標信息與建筑的能耗統(tǒng)計信息進行整合，通過地圖縮放實現(xiàn)以不同粒度動態(tài)查詢及比對多個建筑的能耗分析統(tǒng)計信息。

　　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，也可能造成安全事故，建筑支路異常用能預警是一項重要的節(jié)能服務內(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)進行信息挖掘，對異常用能情況進行捕捉，及時給出預警信息。建筑支路異常能耗分析傳統(tǒng)上借助一些數(shù)學方法，如統(tǒng)計法、偏差法、密度法等，較多地從數(shù)學的角度考慮算法，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)研究人員中進行研究，缺乏廣泛的應用價值。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)，實現(xiàn)自適應的檢測模型，自動在線監(jiān)測建筑各能耗支路的用能情況，當異常特征發(fā)生時，及時給出預警信息。

　　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)實時接收來自監(jiān)測建筑的能耗信息，監(jiān)測的數(shù)據(jù)點多，而采集的時間又相對較短，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，不僅會占用大量的系統(tǒng)存儲空間，而且會降低數(shù)據(jù)的實時性，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)配置以的自由度， 過濾冗余數(shù)據(jù)。利用數(shù)據(jù)平滑方法對數(shù)據(jù)序列中強噪聲點進行處理，使得處理后的數(shù)據(jù)能接近被測參數(shù)的實際值， 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)設計相結(jié)合，使得壓縮方法與結(jié)構(gòu)設計相得益彰。

　　3 系統(tǒng)應用

　　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時分類/分項計量、數(shù)據(jù)采集與存貯、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析、數(shù)據(jù)發(fā)布與遠傳等基本功能，已先后應用在南京、無錫、常州、蘇州等市級監(jiān)測 ，實現(xiàn)了對轄區(qū)內(nèi)大型公共建筑能耗動態(tài)監(jiān)測的目標。系統(tǒng)可展示三個主要頁面：建筑信息配置頁面、建筑能耗統(tǒng)計查詢頁面和實時監(jiān)測頁面。其中：建筑能耗查詢頁面包括各類日常工作的數(shù)據(jù)報表，以及對應不同度量值不同展示維度的數(shù)據(jù)圖表。數(shù)據(jù)報表主要包括建筑物、區(qū)域用能情況的日報表、月報表、年報表等，數(shù)據(jù)圖表主要包括數(shù)據(jù)曲線圖、餅圖、柱狀圖等，直觀反映和對比各項采集數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢和分布情況。此外，省級建筑節(jié)能監(jiān)測 除負責省屬大型公共建筑動態(tài)監(jiān)測外，發(fā)揮橋梁紐帶作用，承擔向 級建筑能耗數(shù)據(jù) 上傳數(shù)據(jù)任務。

　　從2008年起，江蘇省實施的建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)一期工程中要對8大類、798萬m2公共建筑能耗進行在線動態(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、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。運行以來，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，功能齊全，為加強用能監(jiān)管管理提供了科學數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐，獲得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。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，科學查找用能存在問題，提出改進措施，進一步發(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量照明、空調(diào)、機房、廚房等8個回路的用電情況，并實現(xiàn)了遠程動態(tài)監(jiān)測。其中：各樓層的照明插座用電，包括辦公室的照明、辦公設備等；各樓層的空調(diào)用電是 空調(diào)機的能耗；機房內(nèi)主要耗能設備是計算機網(wǎng)絡設備和 空調(diào)；廚房餐廳支路包括2樓廚房的設備用電、2樓餐廳的空調(diào)用電等。

圖1 4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間一致的現(xiàn)狀；4樓工作人員較多，日用照明插座負荷相對較高，監(jiān)測結(jié)果對此予以驗證；2樓計量的面積較少，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能力較強而未開啟空調(diào)有關(guān)，見圖 2 。

圖 2 各層空調(diào)用電比較

　　圖 3 所示為機房用電情況趨勢圖，從圖中可知機房用電比較規(guī)律，日用電在300 kW·h 左右，用電基本在12.5 kW·h左右，起伏很小。這與機房內(nèi)各類設備24h工作情況相符。機房內(nèi)各類計算機網(wǎng)絡設備工作狀態(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備午餐，其工作時間是周一至周五的早8時到14時左右。從圖4可知，廚房餐廳的用電基本符合其工作規(guī)律，4個波谷對應的正是當月的4個雙休日；這一用電支路還包括1 樓大廳的用電，故14時之后還有物業(yè)的接待與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，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 用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)

　　5.1.系統(tǒng)概述

　　工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個集成Intranet/Internet網(wǎng)絡技術(shù)、GPRS無線傳輸技術(shù)、Web Service軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等于一體的大型數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)。系統(tǒng)為管理者、各級能耗內(nèi)部用戶、瀏覽者提供了一個訪問的網(wǎng)絡通道，搭建了一個合理信息傳輸平臺和管理平臺。工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應用為政府管理部門、企業(yè)生產(chǎn)管理、計量管理、節(jié)能管理提高到一個新的高度，是我們對節(jié)能減排、節(jié)能降耗實現(xiàn)的一種行之解決方案。

　　能源組成及監(jiān)測內(nèi)容：

圖5能源組成

圖6監(jiān)測內(nèi)容

　　用電類：采集采暖、鍋爐、空調(diào)、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風機、通風機等耗電設備的用電信息。主要監(jiān)測其用電量，對于大耗電設備監(jiān)測其電流、電壓及功率因數(shù)等信息。

　　配電類：采集6kv/10kv配電開關(guān)設備、變壓器，狀態(tài)信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能質(zhì)量、電能等。

　　用水：自來水和蒸汽；采集具有485通訊功能的智能熱量表、蒸汽流量計、水表等；

　　用氣：煤氣、天然氣；采集具有485通訊功能燃氣表；

　　環(huán)境參數(shù)：采集具有485通訊功能的溫度/濕度計；采暖空調(diào)供回水溫度；

　　5.2.系統(tǒng)框架

圖7系統(tǒng)框架

　　(1)能源消費管理系統(tǒng)：該系統(tǒng)可以對 用能企業(yè)煤、電、油、氣、熱、水等能源和耗能工質(zhì)進行定期錄入和實時采集，并將收集到的能耗數(shù)據(jù)進行整理存儲，為匯總分析和上報作數(shù)據(jù)支持。

　　(2)能源利用狀況信息報送系統(tǒng)

　　用能企業(yè)可通過該系統(tǒng)將企業(yè)本年度的《能源利用狀況報告》，報送至市節(jié)能監(jiān)察 ，經(jīng)初審核后，上傳至省節(jié)能監(jiān)察總隊審核，而后上報國家有關(guān)部門。

　　(3)單位能耗水平識別評價系統(tǒng)

　　利用 用能單位能耗數(shù)據(jù)，對企業(yè)用能狀況進行分析評價，查找問題。為政府節(jié)能管理部門掌握、分析信息和研究節(jié)能改造并制定相關(guān)政策措施提供科學的依據(jù)和平臺。

　　(4)決策服務和專家咨詢服務系統(tǒng)

　　系統(tǒng)提供直觀、簡明、快捷的數(shù)據(jù)信息查詢和決策支持服務。對 用能企業(yè)的能耗進行科學、合理的咨詢指導，幫助 用能企業(yè)做出及時、正確、可行解決方案。

　　(5)能耗預測、能源安全預警系統(tǒng)

　　通過系統(tǒng)掌握 用能企業(yè)能源購置、使用、消耗及生產(chǎn)情況，對企業(yè)的用能情況進行綜合的評判和分析，對比同期值和限定值，對能耗超標情況予以預警提示。

　　在獲取能源使用的基礎上，進行數(shù)據(jù)挖掘分析，實現(xiàn)能耗的預測分析功能，為政府相關(guān)部門的宏觀決策提供支撐體系。

　　(6)節(jié)能監(jiān)察及信息發(fā)布、法律法規(guī)知識培訓系統(tǒng)：

　　通過該系統(tǒng)平臺，可對省 耗能企業(yè)做節(jié)能監(jiān)察工作；發(fā)布節(jié)能法律法規(guī)標準以及能源基礎知識、能源統(tǒng)計知識、節(jié)能監(jiān)測方法等資料；處理日常節(jié)能管理工作相關(guān)的公文、通知、公告等。

　　5.3.系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)把數(shù)據(jù)信息從各個企業(yè)的能源監(jiān)控 采集到后臺的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，經(jīng)分析與處理，提供分析預測和預警功能。同時通過門戶網(wǎng)站、無線終端等手段為省、市領導以及相關(guān)委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務。

圖8系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　5.4.能耗監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品選型

6 結(jié)語

　　建立健全大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設，實現(xiàn)公共建筑能耗的可計量、可監(jiān)測、可分析、可診斷，逐步推進高耗能公共建筑的節(jié)能改造，實現(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。

　　開展建筑能耗監(jiān)測管理，為建筑業(yè)主提供的建筑能耗數(shù)據(jù)，有助于管理者了解建筑用能狀況，有助于強化建筑運行管理措施，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。