能耗在线系统在公共建筑的设计与应用

摘要：目前我国建筑能耗约占社会总能耗的百分之三十三，其中公共建筑高耗能问题日益突出；向公共建筑楼宇业主提供实时的能耗数据与分析，有助于提高业主的节能意识和管理决策。本文设计了具有实时能耗监测、能耗分析、能耗反馈、能耗新闻等功能的公共建筑能耗在线系统，前端基于VUE开发，后端基于JAVA开发的应用技术实现系统的多平台兼容。为楼宇业主提供了一款可随时随地查看楼宇能耗动态、查看能耗管理效果、掌握能耗政策动态的移动应用。

关键词：能耗监测；能耗分析；能耗排名；混合型移动应用

       当前我国建筑能耗约占社会总能耗的百分之33，其中大型公共建筑的单位面积年能耗是居住建筑的十几至二十几倍；相关调研结果表明，只占我国民用建筑面积百分之4的大型公共建筑， 其总耗电量却占民用建筑总用电量的百分之22。随着国家城镇化的步伐，已经高速发展的城市建设将更加快速，这将使大型公共建筑的面积不断增加，公共建筑的能耗消耗比例将日益增加、高耗能问题将日益突出；实现公共建筑的节能，减少公共建筑的能耗消耗具有重大的意义。而目前我国建筑节能工作依靠推动和实施，没有形成建筑节能的管理和大众意识。使楼宇业主实时掌握楼宇能耗动态、能耗排名、节能潜力等信息，有助于提高业主的节能意识和节能管理水平，进而达到减少公共建筑的能耗消耗。

       本文所述公共建筑能耗在线系统（简称：能耗在线）将向楼宇业主提供上述功能，为了适应人们生活工作习惯向碎片化、移动化的转移，开发一款移动能耗监测系统是一项必要且有意义事情。当前移动设备品牌众多，移动平台也包括iOS 和Android 两大主流平台。本文通过对移动应用开发技术的研究，前端基于VUE开发，后端基于JAVA的移动应用开发技术， 并实现了多平台通用的移动能耗在线，实现了楼宇业主随时随地的查看楼宇能耗动态、查看能耗管理效果。 

       能耗在线的设计实现旨在为楼宇业主提供更好的服务， 帮助楼宇业主查看楼宇能耗动态，及时发现用能异常，实时查询历史数据，挖掘楼宇节能潜力，查看能耗管理效果， 掌握能耗政策法规与动向。能耗在线具有了四大主要功能， 分别是实时能耗监测、能耗分析、能耗反馈、能耗新闻。

图 1 能耗在线的功能框架

       能耗监测模块提供了楼宇用电实时监测情况，包括四大分项（照明系统、空调系统、动力系统、特殊用电）和总用电，使业主实时掌握楼宇能耗动态。能耗分析模块提供了基于楼宇历史数据和实时数据，显示楼宇能耗同比、环比、占比等信息，发现楼宇能耗变化与特性，诊断用能情况，挖掘节能潜力，为楼宇业主提供节能指向帮助楼宇业主更好地管理能耗水平，体现能耗管理效果；同时提供了基于全市同类建筑能耗数据的能耗实时排名，使业主掌握楼宇能耗在全市同类建筑中的定位，通过排名变化，显示能耗管理效果。能耗反馈模块提供了与楼宇业主的信息交互，为楼宇业主提供历史数据报表输出，为楼宇业主提供动态信息推送，如能耗异常情况、节能诊断情况等。能耗新闻模块提供了获取新政策法规及标准、相关新闻及行业动态的功能，楼宇业主通过此模块功能可以掌握行业动态走向。 

能耗在线除了包含四大主要功能外，还包含用户管理模块功能，提供了使用系统的辅助功能。如图 1 所示为能耗在线的功能框架图。 

1.架构设计 

       能耗在线的运行设备是移动智能终端，而当前智能终端设备多种多样，各智能终端的系统也不尽相同，主要有 IOS、Android两种；为了适应不同系统的移动设备，系统的架构应能这种差异、实现一次开发、多平台使用的能耗在线。如图2所示为跨平台移动移动应用架构设计图。

图 2 跨平台移动移动应用架构设计图

       此架构设计的关键是支持层插件向展示层提供无差别的接口关闭了平台层的差异、以及无差异的数据发送请求功能，实现了同一展示层的不同平台运行，以及不同平台的通用请求。 

2.数据设计 

       根据系统的功能需求，系统的数据信息包含：建筑信息、能耗信息、政策新闻信息、用户信息等。这些信息彼此关联，如图 3 为能耗信息相关的 E-R 图。

在这些数据中能耗信息是实时变化的重要基础数据，监测、分析、反馈等功能均需要依靠此数据。为了实现了系统的主要能耗相关功能，能耗信息的数据表设计如表 1 所示； 通过此表将获取到各个能耗分项的实时小时数据，并作为后续的能耗分析、反馈的基础数据。

图 3 能耗信息 E-R 图

       在这些数据中能耗信息是实时变化的重要基础数据，监 测、分析、反馈等功能均需要依靠此数据。为了实现了系统 的主要能耗相关功能，能耗信息的数据表设计如表 1 所示； 通过此表将获取到各个能耗分项的实时小时数据，并作为后 续的能耗分析、反馈的基础数据。

表 1 能耗小时数据表

1.概述

       Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照国家有关规定实施能源计算，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。

2.应用场所

       适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。

 

3.系统结构

       Acrel-5000web建筑能耗分析系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，根据现场实际情况采用现场总线、光纤环网或无线通讯中的一种或多种结合的组网方式，为大型公共建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测设备构成任意复杂的监控系统。网络化、单元化、组态化的采用面向对象的分层、分级、分布式智能一体化结构。建立如下层次结构：

1.系统概况

       平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。

2.用能概况

       对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗 同环比对比。

3.用能统计

       对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计，支持报表数据导出EXCEL，支持选择建筑数据进行生成柱状图。

4.复费率统计

       复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到EXCEL。

5.同比分析

       对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。

6.能源流向图

       能源流向图展示单栋建筑时段内各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折标值查看。

7.夜间能耗分析

         夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。

8.设备管理

       设备管理包括，设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备，确保设备的运行。

9.用户报告

       用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑。

 

 六、结语 

       能耗在线具有能耗监测、能耗分析、能耗反馈、能耗新闻四大功能，并采用基于 Ionic 与 Cordova 的HybridAPP 开发模式，实现了跨平台的移动应用；为公共建筑楼宇业主提供了更好的服务，帮助其查看楼宇能耗动态，及时发现用能异常，实时查询历史数据，挖掘楼宇节能潜力，查看能耗管理效果，掌握能耗政策法规与动向。能耗在线的上线运行已经取得了用户的好评，后续能耗在线还将在监管决策方面增加功能，为监管部门提供服务，并形成一个具有能耗监测、分析、决策支持等功能的智能移动应用系统。 

[1]沈婷婷，龚敏，葛坚.既有公共建筑节能改造初探[ J].华中建筑，2008，26（11）：63-66.

[2]顾春来.APP 应用程序开发模式探究[J].硅谷，2014（5 ）： 35-36.

[3]朱凯南，李艳平，申闫春，等.基于 Ionic 和 Cordova 的跨平台移动 APP 的研究与应用[J].电脑知识与技术，2016， 12（1）：119-121.

[4]吴斌.大型公共建筑能耗监测系统的设计与实现[D].杭州电子科技大学，2013.

[5]陈永攀，张吉礼，牟宪民，等.建筑运行能耗监测与节能诊断系统的开发[J].建筑科学，2009，25（2）：29-34.  

[6]力锐，蔡鸿明，徐博艺，姜丽红.基于 REST 面向资源的企业集成平台框架[J].计算机工程，2010，36（2）：1 05 -109.作者简介：肖朋林，1989 年生，安徽亳州人，硕士。

[7]肖朋林.公共建筑能耗在线移动应用设计与实现

[8]安科瑞 企业微电网设计与应用手册. 2022.05版

 

范曼曼，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为建筑能耗系统的设计与应用