建筑热能能耗数据采集处理与存储技术研究

建筑热能能耗数据采集处理与存储技术研究

代强

西安市高陵区住房和城乡建设局，陕西省西安市  710200

摘要：近几年，我们国家的城市建设得到了飞速发展，建筑能耗问题日渐凸显，已经成为当前我国非常重要的社会问题。在民用建筑中，公共建筑由于其能耗强度高、增长速度快、节能难度大，是建筑领域节能减排的重要对象，具有重大节能潜力。我国城乡现有存量公共建筑129亿ｍ２，其单位面积运行能耗为29.73kgce／ｍ２。其中，大型公共建筑约５亿ｍ２，其单位面积运行耗电量达到70～300ｋＷ·ｈ／ｍ２，是居住建筑能耗强度的10～20倍。中国建筑节能协会发布的《中国建筑能耗研究报告（2020年）》显示，2018年全国建筑全过程能耗总量为21.47亿tce，占全国能源消费总量比重的46.5％，其中建筑运行阶段能耗10亿tce，占全国能源消费总量比重的21.7％，这意味着在未来很长的时间内关于建筑的运行节能工作，依然是我国建筑节能工作的重中之重。

关键词：建筑；热能能耗；数据采集处理；存储技术

引言

我国人口多，建筑能耗量大，国家机关办公建筑和大项公共建筑能耗量逐年增加。要实现建筑节能就必须要掌握建筑能耗情况，发现能耗使屮的题，解决用能向题。前我国只针对具体建筑的能耗统计取扣一定成来，尚无级数枞采集监测屮心平台建设。要把数据采集方法的研究作为重点，以准确提供建筑能耗监测数椐。

1能耗监测系统异常种类

建筑能耗监测系统实时运行情况和一段时间的累积用量是需要监控的两个重要指标。实时运行指标由智能监测设备监测到的实时数据来反映，用量指标由通过上传数据汇总计算之后得到的用量数据来反映。实时运行异常一般是指建筑运行过程中出现的各类过高、过低、状态出错等问题。例如：对于通用多功能三项电表，包含三项电压、三项电流、功率因素、有功功率、无功功率等９个参数，这９个参数的任何一个参数的实时数据过高、过低都是异常情况，需要实时的监控报警，以便及时地发现和解决问题。对于照明设备，运行参数包含了开关状态（１－开，０－关）、亮度等参数，对于开关状态，需要监控其状态是否异常，比如，在非工作时间，照明灯的状态仍是开的状态，即状态值为１，而实际状态应该是０。用量异常一般是指建筑运行一段时间内，用电、用水、用气量过大或者过小，不符合正常运行情况下的用量。主要的异常种类可归纳为以下几类：用量过高，是指一段时间内的用量超过了规定的用量值，针对过小情况不作限制；用量过低，是指一段时间内的用量小于规定的最小值，针对过大情况不作限制；用量不在合理范围，是指一段时间内的用量值在指定的合理区间而发生的异常情况。根据以上分析，可以归纳出，在建筑能耗监测的过程中主要的异常种类可分为监测值大于限定值、小于限定值、不在限定范围、不等于限定值四种类型。

2建筑能耗感知预测系统

2.1物联网技术概述

21世纪以来，物联网技术发展迅速，已经成为我国信息产业的重要组成部分。物联网技术主要通过前端设备的布置，将采集到的信号与网络进行连接，通过有线或者无线方式将信号实时传输，实现对物体的有效定位、识别等功能。物联网技术架构主要分为三层，即：感知层、网络层和应用层。感知层依靠安装布置在物体上的传感器设备，对物体信息采集与发送，网络层在接收到信息后，使用互联网、无线网络等技术将信息传送到应用层，通过应用层对信息进行智能处理，实现物体实时监控或控制的智能化管理体系。物联网技术的发展和通信技术的进步加快了我国智慧城市的发展进程，建筑能耗感知与预测作为智能建筑的重要分支，也将得到更加广泛的应用。

2.2系统架构

建筑能耗感知预测系统主要依托于物联网技术以及智慧城市管理平台，整体系统架构根据物联网基本架构分为感知层、传输层和应用层三部分，应用层依据系统实际应用功能分为能耗数据管理子系统及能耗预测子系统两部分。本文研究对象为建筑物的电力耗能，能耗管理子系统对建筑物已发生的耗能进行有效记录与存储，能耗预测子系统根据传感设备采集到的预测指标对建筑物能耗进行预测，便于建筑管理人员对能耗进行有效把控。

3能耗数据采集与传输

为各级管理部门提供全面、高效、准确、及时的用能情况分析，达到加强科学用能管理、挖掘节能潜力、分析耗能问题的综合节能降耗目标。

3.1数据采集系统分析

某市公共建筑节能平台采用了先进的水电:体化采集技术，能够对某市具有代表性的10幢重点建筑的中央空调系统、供电系统等重点用能系统的能耗和水耗，进行在线采集、实时监测、动态统计分析和一键导航查询。节能平台的数据采集系统是通过在各采样点安装监测设备，即具有采集和远传功能的水表电表，将采集到数据后通过无线或有线的方式，传送到Internet网，再传送到监测中心服务器。这样，在建筑能耗实时监测中心的主站电脑上就能看到各个采样点的实时能耗数据，并根据数据采集系统的设置定时更新能耗参数7。

系统末端数据采集监测点设置。能耗监测通过数据分析查找建筑耗能漏洞，为下一步制定建筑能耗定额制度及节能改造提供依据。根据2008年8月住房和城乡建设部颁布的《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗检测系统的分项能耗数据采集技术导则》规定:分类能耗是指水、电、燃气等能耗。

能耗数据的采集。某公共建筑能耗监测项目的能耗数据采集选用的数据采集器为长沙威胜信息技术有限公司研制的WFET-1600系列的数据采集器。与同类型的数据采集器相比较，该集中器山有源RS-485模块与微处理器芯片、高精度实时时钟、数据接口设备和人机接口设备组成。通过RS-485通信把需要的信息抄读回来传CPU，集中器再通过上行通道GPRS/CDMA/SCDMA或以太网传给主站，让主站能够及时的管理。主站把需要的信息和命令下达给集中器，集中器又把相关命令和信息通过RS-485线传给表计。其结果保存在集中器的数据存储器中，并

随时向外部接口提供信息和进行数据交换，具备远方抄表、远程升级、防窃电监测及主动上报等功能。并且具有功能强大、使用简单、运行稳定、维护方便、可靠性高、存储容量大、开放性好、性价比高的特点，能够满足在公共建筑能耗监测系统中远程抄表等方面的应用需求。

3.2建筑能耗数据传输系统

数据中心远程获取计量表记录的数据以有限因特网为主无线为辅传输至能耗监管工作站。由自动计量装置实时采集，通过自动传输方式向数据中心上传数据传输至某建筑大学数据数据中心。数据中心的运行平台通过记录实时采集的表码信息，经过计量比例系数的计算，可以得到电量的消耗数值。

3.3数据运行系统分析

公共建筑能耗监测项目通过对建筑末端的分项能耗设置监测点，通过智能仪表进行能耗数据的监测，数据经过RS485总线传输至数据集中器，然后经Internet网络或无线GPRS传输后，汇集到项目的工作站，工作站主要对系统的能耗数据进行综合统计和分析，主要围绕以下几个功能来实现的:建筑分类能耗数据小时、日、月、年等时间段内的统计、计算。建筑分项能耗数据小时、日、月、年等时间段内的统计、计算。建筑单位面积平均能耗计算。建筑人均能耗计算。各建筑能耗标煤转换计算和统计。

结语

建筑能耗信息平台的需求彼此相关，环环相扣，几个关键需求起到了很好的统筹作用，而更重要的则是应用，系统只有用起来，才会不断的发现问题，解决问题，实现其真正的价值，可以使建筑物能耗可视化、存储历史数据、赋能城市管理水平、提高建筑管理能力以及能源使用效率。

参考文献

[1]侯骁虎.高校校园能耗监测综合管理平台的设计与实现[D].大连：大连理工大学，2017.

[2]徐强,支建杰,吴蔚沁,徐雯娴.上海市公共建筑能耗监测平台的能耗数据分析与应用[J].上海节能,2018(07):478-482.

[3]王何斌，刘珊，倪飞飞．建筑能耗监测平台智能数据分析应用场景设计与实现[J]．建筑科学，2020，36（S2）：373－377．