寧群儀，陳宇收

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建筑智能化能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方案

寧群儀，陳宇收

（深圳市賽為智能股份有限公司 大數(shù)據(jù)研究院，廣東 深圳 518000）

隨著我國信息化、工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，使得各類大型智能化建筑的面積累年增長，也因此給建筑主體帶來了嚴(yán)重的能耗問題。由于能耗的過度使用，不但會帶來更多的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，而且還會影響國家能源安全、環(huán)境保護(hù)等，所以我國始終在倡導(dǎo)節(jié)能減排，并制訂了一系列的鼓勵(lì)措施，在這一背景下，如何保障建筑主體正常用能的同時(shí)，更好的完成節(jié)能工作，已經(jīng)成為當(dāng)前建筑智能化能耗監(jiān)測研究的重點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)一套基于B/S架構(gòu)的建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對建筑主體用電、用水、用氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)預(yù)置規(guī)則進(jìn)行預(yù)警，進(jìn)而為能耗合理、科學(xué)的使用提供依據(jù)。

建筑智能化；能耗監(jiān)測；節(jié)能

0 引言

由于受到我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的影響，導(dǎo)致各地均不斷出現(xiàn)各種大型建筑，并且隨著大型建筑的投入使用，給社會帶來了嚴(yán)重的能耗使用問題[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國目前完工的430億m2的建筑中，只有4%左右的建筑采用了合理的節(jié)能措施，直接導(dǎo)致我國建筑能耗使用量已經(jīng)達(dá)到發(fā)達(dá)國家的3倍左右[2]，由此可見，我國的大型建筑在能耗節(jié)能控制層面還存在較大的空間。

為了提高各個(gè)大型建筑的能耗使用率，避免不必要的浪費(fèi)，就需要找出這些建筑能耗過度使用的原因，為此，本文設(shè)計(jì)一套基于B/S架構(gòu)[3]的建筑智能化能耗監(jiān)測方案實(shí)現(xiàn)對能耗使用的實(shí)時(shí)監(jiān)控，它包括兩個(gè)部分，首先是數(shù)據(jù)采集端，它是以Go技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對基于DL/T645、CJ/T188、ModbusRTU、ModbusTCP等通訊協(xié)議的電表、水表、氣表數(shù)值的實(shí)時(shí)采集，并上傳到能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中。在完成能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)采集后，由監(jiān)測方案的第二部分能耗監(jiān)測管理軟件實(shí)施對數(shù)據(jù)的監(jiān)測管理，包括監(jiān)測建筑邏輯主體配置、預(yù)警配置、采集規(guī)則配置以及用能分析等，最終為實(shí)現(xiàn)建筑智能化能耗監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析、處置于一體，提高建筑主體的能耗利用率，達(dá)到預(yù)期節(jié)能減排的目的提供保障。

1 能耗監(jiān)測系統(tǒng)概述

建筑智能化能耗監(jiān)測系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)，采用了web服務(wù)[4]方式提供能耗人機(jī)交互界面，相比傳統(tǒng)C/S架構(gòu)[5]，更符合當(dāng)前Internet互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展方向。為了提高系統(tǒng)的適用性，在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，提供了多種設(shè)備通信協(xié)議支持，包括DL/T645、CJ/T188、ModbusRTU、ModbusTCP等，而且在采集數(shù)據(jù)通信傳輸時(shí)，不但支持有線傳輸，而且還支持Internet與GPRS方式的無線傳輸。另外，為了防止網(wǎng)絡(luò)異常導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)提供了斷點(diǎn)續(xù)傳功能，確保數(shù)據(jù)能夠在30天有效期內(nèi)通過本地存儲完成數(shù)據(jù)的連續(xù)，并在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)自動上傳，最終為保障能耗使用數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確、可靠提供了保障。

為了實(shí)現(xiàn)對建筑能耗使用的精細(xì)化分析，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對建筑能耗進(jìn)行了分項(xiàng)劃分，包括用電、用水以及用氣，其中用電分項(xiàng)包括空調(diào)用電、照明設(shè)備用電、插座用電以及動力用電等子分項(xiàng)，用氣包括食堂、暖氣等子分項(xiàng)，并允許用戶根據(jù)能耗實(shí)際使用情況對各分項(xiàng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在能耗分項(xiàng)劃定后，還允許對建筑主體進(jìn)行不同的邏輯劃分，包括按樓層、按區(qū)域、按部門等方式，然后對不同的邏輯主體配置相應(yīng)的能耗分項(xiàng)，進(jìn)而計(jì)算出不同的邏輯主體在有效時(shí)間內(nèi)的能耗使用[6-7]。另外，為了確保能耗計(jì)算的準(zhǔn)確性，要求在計(jì)算時(shí)充分考慮每個(gè)不同邏輯主體的辦公人數(shù)，最終通過對不同邏輯主體的各個(gè)用能分項(xiàng)的用能分析，包括同期對比分析、邏輯主體對比分析、環(huán)比分析、非工作日對比分析等分析方法完成能耗使用的深度挖掘，進(jìn)而為后序更合理的安排能耗使用提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 系統(tǒng)建設(shè)方案

在建筑智能化能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃，至少需要提供三臺可用服務(wù)器，包括web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，其中web服務(wù)器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集規(guī)則配置及采集數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)高效存取，采集服務(wù)器主要負(fù)責(zé)建筑主體用電、用水以及用氣的實(shí)時(shí)采集。在數(shù)據(jù)采集[8]時(shí)，又分為有線采集與無線采集兩種模式，其中在有線采集時(shí)，通常使用有線采集器完成各設(shè)備計(jì)數(shù)的采集，而在無線采集時(shí)，通常使用無線集中器完成，主要方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

由圖1可知，雖然能耗監(jiān)測系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)，允許使用有線及無線兩種方式完成數(shù)據(jù)采集、傳輸，但是為了保障數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，要求盡可能的使用有線傳輸，只在部分施工難度較大、周期較長且沒有明顯信號屏蔽的建筑區(qū)域才能實(shí)施無線傳輸，進(jìn)而提高能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確度。另外，由于在能耗數(shù)據(jù)采集時(shí)，需要標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議支持，而早期安裝的電表、水表以及氣表等很多是機(jī)械表，不支持?jǐn)?shù)據(jù)的智能讀取，此時(shí)就需要對建筑主體各個(gè)部分的機(jī)械表進(jìn)行更換為智能表。

圖1 能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方案

在數(shù)據(jù)中心機(jī)房各個(gè)系統(tǒng)服務(wù)建設(shè)時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用需求，也需要進(jìn)行相應(yīng)規(guī)劃，具體分析如下：

在web服務(wù)建設(shè)時(shí)，為了保障系統(tǒng)擁有足夠的健壯性、穩(wěn)定性以及跨平臺性等特性，使用了Java EE技術(shù)體系[9]，其中使用Spring Boot技術(shù)完成用戶請求接收處理、使用Shiro技術(shù)完成系統(tǒng)動態(tài)授權(quán)管理、使用Mybatis技術(shù)完成數(shù)據(jù)實(shí)體映射，并使用apache tomcat作為應(yīng)用服務(wù)器。

在數(shù)據(jù)庫存儲[10]建設(shè)時(shí)，數(shù)據(jù)存儲使用了MySQL數(shù)據(jù)庫，由于該數(shù)據(jù)庫單表的存儲能力在800萬條記錄以內(nèi)，否則會產(chǎn)生較大的性能問題，而能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄隨著時(shí)間的積累產(chǎn)生的記錄數(shù)會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此上限，因此，為了提升能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)存取效率，使用了Mycat中間件對能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分布式存儲，并通過Mycat提供透明的數(shù)據(jù)庫訪問支持。

在采集服務(wù)建設(shè)時(shí)，考慮到采集目標(biāo)電表、水表、氣表等設(shè)備較多，而且采用的數(shù)據(jù)通信協(xié)議也存在不同，所以為了提高采集服務(wù)的通用性，采用了配置式數(shù)據(jù)采集服務(wù)，通過參數(shù)配置完成采集服務(wù)的初始化，并允許用戶對目標(biāo)對象進(jìn)行分組，然后以組為單位進(jìn)行并發(fā)式數(shù)據(jù)采集，不但提高了數(shù)據(jù)采集的效率及質(zhì)量，而且提高了采集服務(wù)的適用性。

3 能耗監(jiān)測系統(tǒng)部署

建筑智能化能耗監(jiān)測系統(tǒng)在應(yīng)用部署時(shí)，要求系統(tǒng)建設(shè)需求的硬件設(shè)備安裝、線路改造以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建等基礎(chǔ)工作均已完成，然后實(shí)施對系統(tǒng)的部署工作，具體步驟分析如下：

（1）數(shù)據(jù)庫部署。根據(jù)數(shù)據(jù)庫存取建設(shè)方案，在提供數(shù)據(jù)存取時(shí)，采用了基于Mycat的分布式存儲方案，所以在數(shù)據(jù)庫部署時(shí)首先要根據(jù)業(yè)務(wù)需求安裝多個(gè)不同的MySQL數(shù)據(jù)庫實(shí)例，然后通過Mycat配置完成對MySQL數(shù)據(jù)庫實(shí)例的統(tǒng)一管理，并通過Mycat提供透明的數(shù)據(jù)庫訪問支持。

（2）能耗監(jiān)測系統(tǒng)部署。由于能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)基于Java技術(shù)實(shí)現(xiàn)，所以要安裝JDK環(huán)境，然后將系統(tǒng)可運(yùn)行服務(wù)文件放到tomcat服務(wù)器中運(yùn)行即可。

（3）能耗監(jiān)測配置。為了更好的完成能耗監(jiān)測分析，要求對能耗監(jiān)測主體建筑進(jìn)行有效的邏輯主體劃劃，并為每個(gè)邏輯主體配置能耗監(jiān)測表，其中能耗監(jiān)測數(shù)值不但可以分配給唯一的邏輯主體，而且可以通過比例分配給多個(gè)不同的邏輯主體。

（4）數(shù)據(jù)采集部署。在數(shù)據(jù)采集時(shí)，采用了Go語言實(shí)現(xiàn)采集服務(wù)，它不僅具備較高的數(shù)據(jù)并發(fā)處理能力，而且還具備跨平臺支持，在完成數(shù)據(jù)采集封裝后，配置數(shù)據(jù)采集目標(biāo)地址、協(xié)議類型、采集頻率以及數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫地址、用戶名與密碼等，然后啟動服務(wù)即可。

通過上述配置、部署，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)建筑主體能耗使用的動態(tài)監(jiān)控，然后再根據(jù)系統(tǒng)提供的能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)分析功能，即可分析出各建筑邏輯主體的能耗動態(tài)使用情況，進(jìn)而為更合理采取節(jié)能措施提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

4 總結(jié)

建筑智能化能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)及應(yīng)用，能夠收集建筑主體分散的能耗使用數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過對這些數(shù)據(jù)的匯總、整合、分析，找出影響建筑能耗超額使用的原因，并監(jiān)控建筑主體的實(shí)時(shí)能耗數(shù)值，最終為采取合理的節(jié)能措施提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。另外，通過系統(tǒng)的應(yīng)用，還可以對建筑主體進(jìn)行有效的邏輯分割，包括按樓層、部門、區(qū)域的不同進(jìn)行責(zé)任劃分，進(jìn)而通過人為的獎(jiǎng)懲措施提高各個(gè)區(qū)域的能耗利用率，最終降低建筑主體的能耗使用，為實(shí)現(xiàn)國家倡導(dǎo)的節(jié)能減排目標(biāo)提供了保障。

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Construction Plan of Building Intelligent Energy Consumption Monitoring System

NING Qun-yi, CHEN Yu-shou

(Shenzhen Sun win Intelligent Co., Ltd. Big Data Colleage, Shenzhen Guangdong 518000, China)

With the development of informatization and industrialization, the accumulation of various large-scale intelligent buildings has grown year by year. Therefore, it brings serious energy consumption problems to the main body of the building. Excessive use of energy consumption will not only bring more economic burden, but also affect national energy security, environmental protection, etc. The government advocates energy conservation and emission reduction, and has developed a series of incentives. In this context, how to ensure the normal use of energy by the building's main body and better energy-saving work has become the focus of current research on building intelligent energy consumption monitoring. In this context, the most important point is better energy saving work under the guarantee of the normal use of the building. This paper designs a building energy monitoring system which is based on B/S architecture. It can realize real-time monitoring of building electricity, water and gas. It can monitor building electricity, water and gas in real time. In this way, warnings can be made by the preset rules, thereby providing a basis for rational and scientific use of energy consumption.

Intelligent building; Energy consumption monitoring; Energy saving

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.11.028

寧群儀(1973-)，女，碩士，中級經(jīng)濟(jì)師，主要研究方向：智慧城市、金融云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等；陳宇收(1988-)，男，工程師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用與數(shù)據(jù)處理。

寧群儀，陳宇收. 建筑智能化能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方案[J]. 軟件，2018，39（11）：126-128