能耗在線系統(tǒng)在公共建筑的設計與應用

摘要：目前我國建筑能耗約占社會總能耗的百分之三十三，其中公共建筑高耗能問題日益突出；向公共建筑樓宇業(yè)主提供實時的能耗數(shù)據(jù)與分析，有助于提高業(yè)主的節(jié)能意識和管理決策。本文設計了具有實時能耗監(jiān)測、能耗分析、能耗反饋、能耗新聞等功能的公共建筑能耗在線系統(tǒng)，前端基于VUE開發(fā)，后端基于JAVA開發(fā)的應用技術實現(xiàn)系統(tǒng)的多平臺兼容。為樓宇業(yè)主提供了一款可隨時隨地查看樓宇能耗動態(tài)、查看能耗管理效果、掌握能耗政策動態(tài)的移動應用。

關鍵詞：能耗監(jiān)測；能耗分析；能耗排名；混合型移動應用

       當前我國建筑能耗約占社會總能耗的百分之33，其中大型公共建筑的單位面積年能耗是居住建筑的十幾至二十幾倍；相關調(diào)研結果表明，只占我國民用建筑面積百分之4的大型公共建筑， 其總耗電量卻占民用建筑總用電量的百分之22。隨著國家城鎮(zhèn)化的步伐，已經(jīng)高速發(fā)展的城市建設將更加快速，這將使大型公共建筑的面積不斷增加，公共建筑的能耗消耗比例將日益增加、高耗能問題將日益突出；實現(xiàn)公共建筑的節(jié)能，減少公共建筑的能耗消耗具有重大的意義。而目前我國建筑節(jié)能工作依靠推動和實施，沒有形成建筑節(jié)能的管理和大眾意識。使樓宇業(yè)主實時掌握樓宇能耗動態(tài)、能耗排名、節(jié)能潛力等信息，有助于提高業(yè)主的節(jié)能意識和節(jié)能管理水平，進而達到減少公共建筑的能耗消耗。

       本文所述公共建筑能耗在線系統(tǒng)（簡稱：能耗在線）將向樓宇業(yè)主提供上述功能，為了適應人們生活工作習慣向碎片化、移動化的轉(zhuǎn)移，開發(fā)一款移動能耗監(jiān)測系統(tǒng)是一項必要且有意義事情。當前移動設備品牌眾多，移動平臺也包括iOS 和Android 兩大主流平臺。本文通過對移動應用開發(fā)技術的研究，前端基于VUE開發(fā)，后端基于JAVA的移動應用開發(fā)技術， 并實現(xiàn)了多平臺通用的移動能耗在線，實現(xiàn)了樓宇業(yè)主隨時隨地的查看樓宇能耗動態(tài)、查看能耗管理效果。 

       能耗在線的設計實現(xiàn)旨在為樓宇業(yè)主提供更好的服務， 幫助樓宇業(yè)主查看樓宇能耗動態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)用能異常，實時查詢歷史數(shù)據(jù)，挖掘樓宇節(jié)能潛力，查看能耗管理效果， 掌握能耗政策法規(guī)與動向。能耗在線具有了四大主要功能， 分別是實時能耗監(jiān)測、能耗分析、能耗反饋、能耗新聞。

圖 1 能耗在線的功能框架

       能耗監(jiān)測模塊提供了樓宇用電實時監(jiān)測情況，包括四大分項（照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、特殊用電）和總用電，使業(yè)主實時掌握樓宇能耗動態(tài)。能耗分析模塊提供了基于樓宇歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，顯示樓宇能耗同比、環(huán)比、占比等信息，發(fā)現(xiàn)樓宇能耗變化與特性，診斷用能情況，挖掘節(jié)能潛力，為樓宇業(yè)主提供節(jié)能指向幫助樓宇業(yè)主更好地管理能耗水平，體現(xiàn)能耗管理效果；同時提供了基于全市同類建筑能耗數(shù)據(jù)的能耗實時排名，使業(yè)主掌握樓宇能耗在全市同類建筑中的定位，通過排名變化，顯示能耗管理效果。能耗反饋模塊提供了與樓宇業(yè)主的信息交互，為樓宇業(yè)主提供歷史數(shù)據(jù)報表輸出，為樓宇業(yè)主提供動態(tài)信息推送，如能耗異常情況、節(jié)能診斷情況等。能耗新聞模塊提供了獲取新政策法規(guī)及標準、相關新聞及行業(yè)動態(tài)的功能，樓宇業(yè)主通過此模塊功能可以掌握行業(yè)動態(tài)走向。 

能耗在線除了包含四大主要功能外，還包含用戶管理模塊功能，提供了使用系統(tǒng)的輔助功能。如圖 1 所示為能耗在線的功能框架圖。 

1.架構設計 

       能耗在線的運行設備是移動智能終端，而當前智能終端設備多種多樣，各智能終端的系統(tǒng)也不盡相同，主要有 IOS、Android兩種；為了適應不同系統(tǒng)的移動設備，系統(tǒng)的架構應能這種差異、實現(xiàn)一次開發(fā)、多平臺使用的能耗在線。如圖2所示為跨平臺移動移動應用架構設計圖。

圖 2 跨平臺移動移動應用架構設計圖

       此架構設計的關鍵是支持層插件向展示層提供無差別的接口關閉了平臺層的差異、以及無差異的數(shù)據(jù)發(fā)送請求功能，實現(xiàn)了同一展示層的不同平臺運行，以及不同平臺的通用請求。 

2.數(shù)據(jù)設計 

       根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息包含：建筑信息、能耗信息、政策新聞信息、用戶信息等。這些信息彼此關聯(lián)，如圖 3 為能耗信息相關的 E-R 圖。

在這些數(shù)據(jù)中能耗信息是實時變化的重要基礎數(shù)據(jù)，監(jiān)測、分析、反饋等功能均需要依靠此數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)了系統(tǒng)的主要能耗相關功能，能耗信息的數(shù)據(jù)表設計如表 1 所示； 通過此表將獲取到各個能耗分項的實時小時數(shù)據(jù)，并作為后續(xù)的能耗分析、反饋的基礎數(shù)據(jù)。

圖 3 能耗信息 E-R 圖

       在這些數(shù)據(jù)中能耗信息是實時變化的重要基礎數(shù)據(jù)，監(jiān) 測、分析、反饋等功能均需要依靠此數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)了系統(tǒng) 的主要能耗相關功能，能耗信息的數(shù)據(jù)表設計如表 1 所示； 通過此表將獲取到各個能耗分項的實時小時數(shù)據(jù)，并作為后 續(xù)的能耗分析、反饋的基礎數(shù)據(jù)。

表 1 能耗小時數(shù)據(jù)表

1.概述

       Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約能源，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關規(guī)定實施能源計算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報送能源計算報告。

2.應用場所

       適用于公共建筑、集團公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設計、施工和運行維護。

 

3.系統(tǒng)結構

       Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無線通訊中的一種或多種結合的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測設備構成任意復雜的監(jiān)控系統(tǒng)。網(wǎng)絡化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱印⒎旨墶⒎植际街悄芤惑w化結構。建立如下層次結構：

1.系統(tǒng)概況

       平臺運行狀態(tài)，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時、逐月曲線，當日，當月能耗同比分析滾動顯示。

2.用能概況

       對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統(tǒng)計對比、總能耗 同環(huán)比對比。

3.用能統(tǒng)計

       對建筑、區(qū)域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統(tǒng)計對分類能源用能進行統(tǒng)計，支持報表數(shù)據(jù)導出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進行生成柱狀圖。

4.復費率統(tǒng)計

       復費率報表按日、月、年統(tǒng)計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統(tǒng)計分析。支持數(shù)據(jù)導出到EXCEL。

5.同比分析

       對建筑、分項、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進行用能數(shù)據(jù)同比分析。

6.能源流向圖

       能源流向圖展示單棟建筑某時段內(nèi)各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標值查看。

7.夜間能耗分析

         夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在某時段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計對比，支持導出報表。

8.設備管理

       設備管理包括，設備類型、設備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設備，確保設備的運行。

9.用戶報告

       用戶報告針對選定的建筑自動統(tǒng)計各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的復費率用能分析，報告可編輯。

 

 六、結語 

       能耗在線具有能耗監(jiān)測、能耗分析、能耗反饋、能耗新聞四大功能，并采用基于 Ionic 與 Cordova 的HybridAPP 開發(fā)模式，實現(xiàn)了跨平臺的移動應用；為公共建筑樓宇業(yè)主提供了更好的服務，幫助其查看樓宇能耗動態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)用能異常，實時查詢歷史數(shù)據(jù)，挖掘樓宇節(jié)能潛力，查看能耗管理效果，掌握能耗政策法規(guī)與動向。能耗在線的上線運行已經(jīng)取得了用戶的好評，后續(xù)能耗在線還將在監(jiān)管決策方面增加功能，為監(jiān)管部門提供服務，并形成一個具有能耗監(jiān)測、分析、決策支持等功能的智能移動應用系統(tǒng)。 

[1]沈婷婷，龔敏，葛堅.既有公共建筑節(jié)能改造初探[ J].華中建筑，2008，26（11）：63-66.

[2]顧春來.APP 應用程序開發(fā)模式探究[J].硅谷，2014（5 ）： 35-36.

[3]朱凱南，李艷平，申閆春，等.基于 Ionic 和 Cordova 的跨平臺移動 APP 的研究與應用[J].電腦知識與技術，2016， 12（1）：119-121.

[4]吳斌.大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].杭州電子科技大學，2013.

[5]陳永攀，張吉禮，牟憲民，等.建筑運行能耗監(jiān)測與節(jié)能診斷系統(tǒng)的開發(fā)[J].建筑科學，2009，25（2）：29-34.  

[6]力銳，蔡鴻明，徐博藝，姜麗紅.基于 REST 面向資源的企業(yè)集成平臺框架[J].計算機工程，2010，36（2）：1 05 -109.作者簡介：肖朋林，1989 年生，安徽亳州人，碩士。

[7]肖朋林.公共建筑能耗在線移動應用設計與實現(xiàn)

[8]安科瑞 企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊. 2022.05版

 

陳芳芳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為建筑能耗系統(tǒng)的設計與應用，