摘 要：為了推廣和普及具有節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材和環(huán)境保障效益的先進(jìn)和實(shí)用技術(shù)，在節(jié)能建筑中引入建筑能耗智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)建筑的能耗狀況。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地對(duì)所有的即時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，方便節(jié)能領(lǐng)域的工作者對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，為節(jié)能方案的改定提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等智能算法，對(duì)各項(xiàng)已采集數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析，對(duì)可能出現(xiàn)的狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)提前的人為干預(yù)，可預(yù)防錯(cuò)誤的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；查詢；分析；預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP319

目前，中國(guó)建筑用能浪費(fèi)嚴(yán)重，而且建筑能耗增長(zhǎng)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中國(guó)能源生產(chǎn)可能增長(zhǎng)的速度，如果這種高耗能建筑繼續(xù)發(fā)展下去，國(guó)家的能源生產(chǎn)將難以長(zhǎng)期支撐此種浪費(fèi)型需求。在能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題日益凸顯的今天，如何有效地使用能源，減少對(duì)自然環(huán)境的影響，保持可持續(xù)的發(fā)展已成為一個(gè)世界性課題。

作為一項(xiàng)節(jié)能環(huán)保的可再生能源技術(shù)，地源熱泵技術(shù)是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱為地源能，包括土壤、地下水、地表水、河水、海水、湖水等），同時(shí)實(shí)現(xiàn)建筑采暖、制冷和生活熱水三聯(lián)供的高效節(jié)能空調(diào)技術(shù)。地源熱泵通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），以地源能作為熱泵夏季制冷的冷卻源、冬季采暖供熱的低溫?zé)嵩?。即在冬季，把地能中的熱量“取”出?lái)，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來(lái)，釋放到地下去，降低室內(nèi)溫度。

現(xiàn)階段美國(guó)已經(jīng)建立了建筑能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，其中使用較廣泛、收集建筑物數(shù)量較多的數(shù)據(jù)庫(kù)有能源部（DOE）的CBECS和加利福尼亞州的CEUS。但國(guó)內(nèi)尚無(wú)完善的建筑能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。由于缺乏統(tǒng)一的統(tǒng)計(jì)方法和嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)制度，且國(guó)內(nèi)各地的統(tǒng)計(jì)方法也各異，導(dǎo)致基礎(chǔ)能耗數(shù)據(jù)資源殘缺，共享度低，在某種程度上阻礙了節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和客觀的評(píng)價(jià)。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由硬件采集設(shè)備、通訊設(shè)備、數(shù)據(jù)管理中心和B/S模式監(jiān)測(cè)平臺(tái)四部分組成。用戶可實(shí)現(xiàn)對(duì)河北省范圍內(nèi)試點(diǎn)城市可再生能源建筑能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)分析和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集設(shè)備（如熱量表、流量表）完成各個(gè)物理參量的實(shí)時(shí)采集，將采集結(jié)果通過(guò)RS485串行總線發(fā)送到本地集中器，集中器將所采集到的各個(gè)計(jì)量設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并按照固定的時(shí)間間隔（如每隔五分鐘）通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（DTU），采用GPRS或3G技術(shù)經(jīng)無(wú)線信道發(fā)送給移動(dòng)或聯(lián)通運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間通過(guò)TCP/IP的寬帶連接，快速將數(shù)據(jù)接收并解析譯碼存入數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于實(shí)時(shí)傳輸?shù)拇罅繑?shù)據(jù)報(bào)文準(zhǔn)確接收、解析、入庫(kù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能

2.1 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)

本系統(tǒng)安裝部署現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備，如電能表、熱量表、水表等，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)水、電、熱耗、冷耗等數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝的集中器、無(wú)線發(fā)送設(shè)備，將各種類型的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

目前河北省有實(shí)施可再生能源的多個(gè)試點(diǎn)城市，每個(gè)試點(diǎn)城市可能有多個(gè)采用可再生能源的建筑，每個(gè)建筑可能會(huì)部署多個(gè)集中器，所以可能會(huì)有成千上萬(wàn)個(gè)集中器同時(shí)往數(shù)據(jù)中心發(fā)送數(shù)據(jù)，對(duì)于通訊服務(wù)程序來(lái)說(shuō)，處理如此大的并發(fā)量，要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院陀行?，并且保證不丟包、不漏包等，需要采用并發(fā)處理機(jī)制，比如多線程機(jī)制、隊(duì)列緩存機(jī)制等，并采用有效的調(diào)度策略來(lái)保證傳輸?shù)馁|(zhì)量，使得所有數(shù)據(jù)能在1分鐘左右全部接收完成。系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)傳輸?shù)拇罅繑?shù)據(jù)報(bào)文準(zhǔn)確接收、解析、入庫(kù)是一項(xiàng)技術(shù)要求很高的工作。

2.2 數(shù)據(jù)修補(bǔ)

由于傳感器自身的精度限制或外界環(huán)境中復(fù)雜多變的各種噪音干擾，有可能會(huì)使得采集數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，造成丟數(shù)或漏數(shù)的情況，使得采集的原始數(shù)據(jù)并不能較為準(zhǔn)確的反映節(jié)能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。因此，在服務(wù)器端，通過(guò)設(shè)置定點(diǎn)觸發(fā)器，采用適當(dāng)?shù)牟逯邓惴ㄟM(jìn)行補(bǔ)數(shù)處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理。在自動(dòng)修正的基礎(chǔ)上，也可以提供用戶手動(dòng)修復(fù)數(shù)據(jù)。

2.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)與查詢

系統(tǒng)用戶可通過(guò)B/S模式監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，該監(jiān)測(cè)平臺(tái)采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)思想。根據(jù)使用人群的分類，可將用戶分為管理員、省級(jí)用戶、市級(jí)用戶和普通用戶。管理員擁有查看所有站點(diǎn)數(shù)據(jù)信息的權(quán)利，并且擁有修改采集信息和維護(hù)其它信息的權(quán)限，如站點(diǎn)信息的添加與更新等。省級(jí)用戶只能查看本省范圍內(nèi)所有站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集信息。市級(jí)用戶只能查看本市范圍內(nèi)所有站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集信息。普通用戶只能查看本站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集信息。除了管理員外，其他用戶均無(wú)權(quán)限對(duì)數(shù)據(jù)采集信息進(jìn)行修改，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集信息的共享與保護(hù)。

查看站點(diǎn)信息時(shí)，在首頁(yè)直觀顯示站點(diǎn)內(nèi)給個(gè)設(shè)備上的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，如圖2所示。也可通過(guò)數(shù)據(jù)查詢菜單，根據(jù)查詢時(shí)間段查看歷史數(shù)據(jù)，如圖3所示。數(shù)據(jù)查詢后，還能夠?qū)Σ樵兘Y(jié)構(gòu)進(jìn)行繪圖和導(dǎo)出操作。

為了清晰的展現(xiàn)出這些能耗數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，必須借助圖表，必須實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的功能，才能直觀、清楚地展示各樓宇的能耗特點(diǎn)，方便節(jié)能領(lǐng)域的科技工作者對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，利用專業(yè)理論分析數(shù)據(jù)，最終得出研究理論，對(duì)現(xiàn)行的節(jié)能方案進(jìn)行鑒定，為節(jié)能方案的改定提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，并對(duì)將來(lái)如何實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能目標(biāo)提供參考。

2.4 系統(tǒng)擴(kuò)展

系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，架構(gòu)簡(jiǎn)單擴(kuò)展功能強(qiáng)，可方便的滿足用戶未來(lái)需求，可隨時(shí)增加傳感節(jié)點(diǎn)，便于建設(shè)和改建。系統(tǒng)易于推廣，是一種建設(shè)綠色節(jié)能建筑的有效方法。

3 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)本項(xiàng)目符合建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的需要，通過(guò)監(jiān)測(cè)建筑的能耗狀況，制定合理的用能、節(jié)能方案，對(duì)提高能源使用效率有重要意義，為節(jié)能建筑的建設(shè)提供理論支持和數(shù)據(jù)支持。同時(shí)工作人員可根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析，對(duì)可能出現(xiàn)的狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)提前的人為干預(yù)，預(yù)防錯(cuò)誤的發(fā)生。

隨著我國(guó)資源供需矛盾和環(huán)境壓力的加劇，政府提出建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，大力發(fā)展節(jié)能省地型建筑，推廣和普及具有節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材和環(huán)境保障效益的先進(jìn)和實(shí)用技術(shù)。因此，在節(jié)能建筑中引入建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)建筑的能耗狀況，制定合理的用能、節(jié)能方案，積極提高能源使用效率，在大程度上能夠大大緩解國(guó)家能源緊缺狀況，促進(jìn)中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：李家成（1990-），河北滄州人，男，本科；導(dǎo)師：薛桂香（1979-），女，講師。

作者單位：河北工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件學(xué)院，天津 300401

基金項(xiàng)目：河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（11213585）；河北工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201210080026）。