在傳統的建筑能耗監測工作中,除了電力部門(mén)有直接的統計數據資料外,其他形式的能源消耗數據主要通過(guò)人工測量與記錄,并且需要參考不同部門(mén)的情況和數據,通過(guò)抽樣調查等方式進(jìn)行測算獲得;同時(shí),由于不同的部門(mén)或地區測算方式不同,直接造成建筑統計數據中包含較大的估算成分,無(wú)法獲取精確的數據,無(wú)法在發(fā)生外部擾動(dòng)后第一時(shí)間進(jìn)行能源策略的改變。
因此,建筑能耗監控是實(shí)現建筑節能的重要前提,提前掌握建筑能耗狀況、及時(shí)發(fā)現能耗問(wèn)題,通過(guò)真實(shí)有效的能耗數據進(jìn)行合理的建筑節能規劃和后評價(jià)研究,對建筑可持續發(fā)展具有重要意義。目前,建筑能耗監控系統大多利用數據采集器、計算機系統等工具,對公共建筑、高校等建筑進(jìn)行能耗、環(huán)境信息的監控與數據管理。
英國利用網(wǎng)絡(luò )數據子系統對國內現有的工商業(yè)建筑中的建筑物能耗情況進(jìn)行了全方面的統計調查,并建立了詳細的數據庫,開(kāi)發(fā)了以 ESP-r 為代表的軟件。美國太平洋西北國家實(shí)驗室研發(fā)了樓宇節能情況診斷軟件,該軟件能夠對一棟大樓中的整體用能情況進(jìn)行統計和分析,并通過(guò)提出“獨立計量”概念,使暖通空調商業(yè)用戶(hù)安裝能耗計量系統,以達到降低用電量、節省自然資源的目的。立陶宛能源協(xié)會(huì )系統控制與自動(dòng)化實(shí)驗室設計了工業(yè)及建筑物能耗監測系統(EMS),此系統具有開(kāi)放及靈活的架構,可擴展性高,兼容水量,熱量監測及其它測量設備;其主要由傳感器采集各種能耗數據傳到數據采集器,由數據處理軟件對各種能耗數據進(jìn)行分析處理。
對德國亞深市的 BOB 辦公大樓進(jìn)行的基于 LonWorks 的技術(shù)改造中,對主要的耗能系統如供暖、制冷、照明等進(jìn)行了能耗監控,包括用電量、入水口溫度等。此舉動(dòng)將樓宇管理系統和能耗監控系統有機的結合起來(lái),使得能源消耗與同類(lèi)大樓相比降低了 80%以上。因此通過(guò)設計物聯(lián)網(wǎng)系統,可更好的對建筑能耗進(jìn)行檢測,以達到節能目的。 陳永攀提出了建筑能源系統物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Building Energy Systems,iBES)的概念,其以物聯(lián)網(wǎng)的概念、架構、數據分析處理方法等技術(shù)要求為標準,系統地優(yōu)化和改進(jìn)現有建筑能耗監測理論、網(wǎng)絡(luò )架構和實(shí)施技術(shù)。其首先研究了建筑能耗性能評價(jià)模型,將建筑能源系統根據設計類(lèi)、統計類(lèi)、能效類(lèi)進(jìn)行詳細分類(lèi),能效類(lèi)指標包括一般動(dòng)力系統、冷熱源設備、輸送設備、空調末端、暖通空調系統整體能效等。并進(jìn)行了 iBES 模型感知層數據模型結構、數據精度和保障機制的研究。
Bottaccioli 等提出了一種用于管理和模擬建筑物中的能源行為的建筑信息模型,該體系結構集成了 BIM,IoT,GIS 和氣象學(xué)等異構數據,可對建筑能耗、環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。此外,Puteh等通過(guò)傳感器與自動(dòng)化技術(shù)采集建筑使用人員的用能行為習慣,進(jìn)行人類(lèi)行為監測,也有助于增加能源使用效率。 為了迅速了解建筑耗能系統運行中出現的問(wèn)題,采取相應措施來(lái)改善系統運行狀況及提高能效,路峰迎使用 MS SQL Server 作為后臺數據庫,實(shí)現對建筑基本信息、耗能設備設計和運行參數的錄入和查詢(xún),對耗能設備及系統的運行能效進(jìn)行評價(jià),以及對建筑運行能耗的統計。
李琎基于以太網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù),對西安市大型公建能耗監測系統及節能潛力進(jìn)行了研究,實(shí)現了能耗在線(xiàn)監測,設備運行狀態(tài)監測,能耗數據的存儲、發(fā)布等,并實(shí)現能耗統計、能耗管理和考核、能效測評、能耗審計、能效公示,并將能耗檢測系統分為能耗信息采集、能耗信息傳輸、能耗信息儲存及能耗信息發(fā)布四個(gè)子系統。Brown 等在對多單元住宅建筑的入住后評價(jià)研究中,通過(guò)調查問(wèn)卷和建立嵌入式物聯(lián)網(wǎng)能耗檢測系統,對建筑的空調系統制冷制熱效果、噪音、光照情況進(jìn)行了統計,并分析其原因與解決方案。針對臨時(shí)性建筑能耗監測應用需求,孫富康等提出一種建筑能耗數據采集節點(diǎn)系統設計方案:該節點(diǎn)系統采用微處理器,通過(guò)總線(xiàn)采集建筑能耗計量設備的數據,借助 4G 網(wǎng)絡(luò )實(shí)現建筑能耗數據向云平臺的傳輸。
國內外高校也紛紛投資研究能耗監測系統,以解決學(xué)校能耗過(guò)高的問(wèn)題并挖掘其巨大節能潛力。美國的北卡羅來(lái)那大學(xué)提出了降低學(xué)生宿舍能耗的解決方案,這個(gè)方案是設計出一個(gè)放置在宿舍大廳中的數字顯示系統。該系統可以實(shí)時(shí)顯示所采集到的學(xué)生宿舍中用電的能耗數據。東京大學(xué)和帝國理工學(xué)院合作的建筑能耗監控系統是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)放式分布式系統。
該系統通過(guò)可編程控制器采集原始數據,經(jīng)計算機處理后保存到服務(wù)器,并發(fā)布到網(wǎng)絡(luò )上。清華大學(xué)研發(fā)了大型公共建筑能耗實(shí)時(shí)統計分析管理系統,利用分項計量的方式來(lái)獲取用電數據,并對這些數據進(jìn)行存儲和深入的挖掘,然后利用軟件對數據進(jìn)行分析、校驗、傳輸,該系統節能潛力及效果都非常突出已成功的運用在很多大型公用建筑中。
盡管?chē)鴥韧獾葘W(xué)者對物聯(lián)網(wǎng)系統研究已很深入,但并沒(méi)有將物聯(lián)網(wǎng)系統與大型公共建筑分布式能源系統相結合,并且其成本較高,無(wú)法真正落實(shí)到大型公共建筑的能耗監測上。設計大型公共建筑能耗監測物聯(lián)系統不僅可以實(shí)現大型公共建筑實(shí)時(shí)環(huán)境與能耗信息的數據采集與管理,更可將其準確連續的實(shí)時(shí)數據來(lái)作為大型公共建筑能耗后評價(jià)指標的數據樣本,為建筑能耗后評價(jià)研究工作、驗證能源系統運行成功性提供了基礎。
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