在傳統(tǒng)的建筑能耗監(jiān)測工作中,除了電力部門有直接的統(tǒng)計數(shù)據資料外,其他形式的能源消耗數(shù)據主要通過人工測量與記錄,并且需要參考不同部門的情況和數(shù)據,通過抽樣調查等方式進行測算獲得;同時,由于不同的部門或地區(qū)測算方式不同,直接造成建筑統(tǒng)計數(shù)據中包含較大的估算成分,無法獲取精確的數(shù)據,無法在發(fā)生外部擾動后第一時間進行能源策略的改變。
因此,建筑能耗監(jiān)控是實現(xiàn)建筑節(jié)能的重要前提,提前掌握建筑能耗狀況、及時發(fā)現(xiàn)能耗問題,通過真實有效的能耗數(shù)據進行合理的建筑節(jié)能規(guī)劃和后評價研究,對建筑可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前,建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)大多利用數(shù)據采集器、計算機系統(tǒng)等工具,對公共建筑、高校等建筑進行能耗、環(huán)境信息的監(jiān)控與數(shù)據管理。
英國利用網絡數(shù)據子系統(tǒng)對國內現(xiàn)有的工商業(yè)建筑中的建筑物能耗情況進行了全方面的統(tǒng)計調查,并建立了詳細的數(shù)據庫,開發(fā)了以 ESP-r 為代表的軟件。美國太平洋西北國家實驗室研發(fā)了樓宇節(jié)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行統(tǒng)計和分析,并通過提出“獨立計量”概念,使暖通空調商業(yè)用戶安裝能耗計量系統(tǒng),以達到降低用電量、節(jié)省自然資源的目的。立陶宛能源協(xié)會系統(tǒng)控制與自動化實驗室設計了工業(yè)及建筑物能耗監(jiān)測系統(tǒng)(EMS),此系統(tǒng)具有開放及靈活的架構,可擴展性高,兼容水量,熱量監(jiān)測及其它測量設備;其主要由傳感器采集各種能耗數(shù)據傳到數(shù)據采集器,由數(shù)據處理軟件對各種能耗數(shù)據進行分析處理。
對德國亞深市的 BOB 辦公大樓進行的基于 LonWorks 的技術改造中,對主要的耗能系統(tǒng)如供暖、制冷、照明等進行了能耗監(jiān)控,包括用電量、入水口溫度等。此舉動將樓宇管理系統(tǒng)和能耗監(jiān)控系統(tǒng)有機的結合起來,使得能源消耗與同類大樓相比降低了 80%以上。因此通過設計物聯(lián)網系統(tǒng),可更好的對建筑能耗進行檢測,以達到節(jié)能目的。 陳永攀提出了建筑能源系統(tǒng)物聯(lián)網(Internet of Building Energy Systems,iBES)的概念,其以物聯(lián)網的概念、架構、數(shù)據分析處理方法等技術要求為標準,系統(tǒng)地優(yōu)化和改進現(xiàn)有建筑能耗監(jiān)測理論、網絡架構和實施技術。其首先研究了建筑能耗性能評價模型,將建筑能源系統(tǒng)根據設計類、統(tǒng)計類、能效類進行詳細分類,能效類指標包括一般動力系統(tǒng)、冷熱源設備、輸送設備、空調末端、暖通空調系統(tǒng)整體能效等。并進行了 iBES 模型感知層數(shù)據模型結構、數(shù)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 和氣象學等異構數(shù)據,可對建筑能耗、環(huán)境信息進行實時監(jiān)測。此外,Puteh等通過傳感器與自動化技術采集建筑使用人員的用能行為習慣,進行人類行為監(jiān)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(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題,采取相應措施來改善系統(tǒng)運行狀況及提高能效,路峰迎使用 MS SQL Server 作為后臺數(shù)據庫,實現(xiàn)對建筑基本信息、耗能設備設計和運行參數(shù)的錄入和查詢,對耗能設備及系統(tǒng)的運行能效進行評價,以及對建筑運行能耗的統(tǒng)計。
李琎基于以太網或移動網絡技術,對西安市大型公建能耗監(jiān)測系統(tǒng)及節(jié)能潛力進行了研究,實現(xiàn)了能耗在線監(jiān)測,設備運行狀態(tài)監(jiān)測,能耗數(shù)據的存儲、發(fā)布等,并實現(xiàn)能耗統(tǒng)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(tǒng)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)布四個子系統(tǒng)。Brown 等在對多單元住宅建筑的入住后評價研究中,通過調查問卷和建立嵌入式物聯(lián)網能耗檢測系統(tǒng),對建筑的空調系統(tǒng)制冷制熱效果、噪音、光照情況進行了統(tǒng)計,并分析其原因與解決方案。針對臨時性建筑能耗監(jiān)測應用需求,孫富康等提出一種建筑能耗數(shù)據采集節(jié)點系統(tǒng)設計方案:該節(jié)點系統(tǒng)采用微處理器,通過總線采集建筑能耗計量設備的數(shù)據,借助 4G 網絡實現(xiàn)建筑能耗數(shù)據向云平臺的傳輸。
國內外高校也紛紛投資研究能耗監(jiān)測系統(tǒng),以解決學校能耗過高的問題并挖掘其巨大節(jié)能潛力。美國的北卡羅來那大學提出了降低學生宿舍能耗的解決方案,這個方案是設計出一個放置在宿舍大廳中的數(shù)字顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實時顯示所采集到的學生宿舍中用電的能耗數(shù)據。東京大學和帝國理工學院合作的建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)是一個基于網絡的開放式分布式系統(tǒng)。
該系統(tǒng)通過可編程控制器采集原始數(shù)據,經計算機處理后保存到服務器,并發(fā)布到網絡上。清華大學研發(fā)了大型公共建筑能耗實時統(tǒng)計分析管理系統(tǒng),利用分項計量的方式來獲取用電數(shù)據,并對這些數(shù)據進行存儲和深入的挖掘,然后利用軟件對數(shù)據進行分析、校驗、傳輸,該系統(tǒng)節(jié)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。
盡管國內外等學者對物聯(lián)網系統(tǒng)研究已很深入,但并沒有將物聯(lián)網系統(tǒng)與大型公共建筑分布式能源系統(tǒng)相結合,并且其成本較高,無法真正落實到大型公共建筑的能耗監(jiān)測上。設計大型公共建筑能耗監(jiān)測物聯(lián)系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)大型公共建筑實時環(huán)境與能耗信息的數(shù)據采集與管理,更可將其準確連續(xù)的實時數(shù)據來作為大型公共建筑能耗后評價指標的數(shù)據樣本,為建筑能耗后評價研究工作、驗證能源系統(tǒng)運行成功性提供了基礎。
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