胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 

 摘要:基于云技術(shù)的建筑能耗管理方案，改善了建筑能耗管理方法，很好地解決了建筑能耗的本地管理、遠程運維管理與平臺維護?；诖?，討論了云技術(shù)在建筑能耗管理中應用的可行性，闡述了設計建筑能耗管理系統的實(shí)現途徑。

關(guān)鍵詞:云技術(shù);建筑能耗;數據挖掘

0引言

       人類(lèi)生活的每一步都或多或少地與能源消耗相關(guān)聯(lián)。建筑能耗在整個(gè)社會(huì )能源消耗中占有很大的份額，并隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高而逐步提高能源消耗能量。其中建筑信息系統、建筑設備(空調、照明、電梯等)、建筑安防系統是建筑能源消耗中的主要部分。然而，據住建部統計數據顯示，我國僅有4%建筑采取了提高能源利用的措施。

       當今社會(huì )，網(wǎng)絡(luò )滲透在我們生活、工作的方方面面。隨著(zhù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、大數據和智能技術(shù)等現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑能耗管理系統已經(jīng)形成了現場(chǎng)層、網(wǎng)絡(luò )層和管理層等3層結構，具備與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合的基礎與條件?，F代高新技術(shù)在能耗管理方面的深入應用，將大幅提高建筑能耗管理水平，降低能源消耗。

       當前，我國建筑業(yè)企業(yè)能耗管理模式主要采用就地局部的管理方式，其主要形式是將所有的建筑能耗數據集中到機房進(jìn)行統一的數據存儲與管理，以機房作為整棟建筑的能耗管理單元。經(jīng)調研發(fā)現，建筑機房大小差異大，內部安裝的監測設備種類(lèi)繁多，機房環(huán)境各不相同，這些都給機房運維帶來(lái)很多的不確定性。另外，為了確保數據中心安全，一般會(huì )對數據中心做很多的安全防護策略，以屏蔽外部人員對數據中心的非法訪(fǎng)問(wèn)。這樣，雖然數據中心都安排人員24小時(shí)值班，但由于每個(gè)人精通的技術(shù)領(lǐng)域不同，并且有的數據中心在全國各地都有機房，使得系統故障無(wú)法得到專(zhuān)業(yè)人員快速有效處理。因此，急需一個(gè)既能解決本地監控、又能集中監控的能耗管理系統，一個(gè)將運維工作轉移到數據中心外的系統。

1構建系統的可行性

1.1建筑能耗管理制度更加健全

       早在1980年，國務(wù)院批轉國家經(jīng)濟委員會(huì )、國家計劃委員會(huì )《關(guān)于加強節約能源工作的報告》和《關(guān)于逐步建立綜合能耗考核制度的通知》，將節能作為一項專(zhuān)門(mén)工作納入到國家宏觀(guān)管理的范疇。近年來(lái)，為確保對建筑能耗的具體化、多樣化、準確化監測，國家又出臺了多份文件、條例，包括:2010年5月國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加大工作力度確保實(shí)現“十一五"節能減排目標的通知》;2013年1月1日，國務(wù)院正式印發(fā)能源發(fā)展“十二五"規劃，將“全面推進(jìn)節能提效、加強用能管理"作為重點(diǎn)任務(wù)之一;2016年7月修訂了《中華人民共和國節約能源法》(中華人民共和國主席令第77號);2017年3月14日，住建部發(fā)布《建筑節能與綠色建筑發(fā)展“十三五"規劃》等。這些條例法規對節能標準進(jìn)一步提高，對公共建筑節能要求不斷提高，對能耗監測系統的設計和能耗監測設備的安裝、驗收進(jìn)行了規范。

1.2云技術(shù)更成熟

       云技術(shù)是指在通訊網(wǎng)絡(luò )內(廣域網(wǎng)或局域網(wǎng))將軟硬件、網(wǎng)絡(luò )等一系列資源進(jìn)行統一整合，實(shí)現數據的處理(計算、儲存等)與共享的一種托管技術(shù)。

       云技術(shù)具有3個(gè)明顯的特點(diǎn):(1)云平臺物理資源被上層功能層屏蔽，平臺硬件要素對用戶(hù)來(lái)說(shuō)是透明的，用戶(hù)無(wú)須關(guān)心其底層的硬件配置和使用方法，只關(guān)注于邏輯功能的實(shí)現，有利于提高工作的效率和系統的穩定性;(2)云平臺中相應的資源動(dòng)態(tài)分配算法，可以實(shí)現系統硬件資源的動(dòng)態(tài)分配，同時(shí)還可結合實(shí)際的應用進(jìn)行彈性縮放，有效提高硬件系統的利用率;(3)高效的分布式計算，可以對計算資源及數據進(jìn)行智能的管理和統一的整合，有利于為用戶(hù)提供便捷的、共享的和高度集成的數據處理和查詢(xún)方式。

       云技術(shù)自傳入我國以來(lái)，得到了快速發(fā)展。另外，在這幾年全球軟硬件技術(shù)飛速發(fā)展的大背景下，存儲芯片價(jià)格大幅降低，云平臺服務(wù)費隨之下降，為云技術(shù)的廣泛應用提供可能。

1.3移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)費用更低

       隨著(zhù)4G的普及流行，以及國家對5G未來(lái)的商用規劃，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的流量費用迎來(lái)歷史性的降費。根據工信部的統計數據，2018年移動(dòng)流量費用降了63%。又據2019年3月5日的新聞報道，工信部再次喊話(huà)，明確將持續推動(dòng)網(wǎng)絡(luò )提速降費的任務(wù)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )流量平均資費再降低20%以上，力爭中小企業(yè)今年的寬帶平均資費再降低15%，使降費實(shí)實(shí)在在、消費者明明白白。

       移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的費用降低了，但建筑能耗監測單元的數據量是固定的，這為系統加入更多、更豐富的監測數據單元提供了可能，使原來(lái)只考慮監控幾個(gè)重要的數字信號，系統升級把眾多模擬量也加入監控列表。數據源的豐富，使得能耗監控系統更可靠、更全面、更貼近系統實(shí)際，為挖掘能耗管理開(kāi)辟了一條廣闊的大路。

2系統設計實(shí)現途徑

2.1設計原則

       為了確保系統的穩定與可持續發(fā)展，遵循以下6個(gè)原則進(jìn)行系統的建設與技術(shù)方案設計。

2.1.1注重安全性與保密性

       系統設計時(shí)，要把系統安全放在S位。系統要運用高級別的加密技術(shù)，以防止系統遭到惡意破壞造成不可挽回的損失。同時(shí)，對系統訪(fǎng)問(wèn)設置嚴格的用戶(hù)權限，以便對數據進(jìn)行保密。充分利用健全的備份和恢復策略，提升系統的安全性。

2.1.2立足可擴展性

       系統設計前，要對系統的擴容、擴充升級及維護做好充分調研，提高統計分析的速度和精度及業(yè)務(wù)處理的響應速度。同時(shí)，系統既要兼容建筑存量的其它機房運維系統，又要充分考慮到未來(lái)新建機房管理系統的兼容性。

2.1.3致力易維護性

       基于系統的服務(wù)對象既可能是電力行業(yè)、科研單位等專(zhuān)業(yè)人員，又可能是商場(chǎng)、辦公樓的普通職員，因此，要使系統的應用效益化，系統應操作靈活、簡(jiǎn)單，易學(xué)易用易維護。

2.1.4保障可靠性

       系統的數據要準確可靠，系統設計時(shí)，則要充分分析各環(huán)節設備的故障與恢復和容錯能力，對系統的復雜環(huán)節及系統切換等各個(gè)方面各個(gè)擊破，建成一個(gè)安全可靠、穩定性強、風(fēng)險降低的系統。

2.1.5聚焦經(jīng)濟性

       該系統在設計時(shí)，應盡量節省項目投資，堅持以面向實(shí)際、注重實(shí)效的設計思路，充分合理利用現有信息資源，使系統花少量的費用來(lái)實(shí)現對海量數據的傳輸與讀取。

2.1.6關(guān)注先進(jìn)性

       系統在設計時(shí)，前瞻性地預測當今技術(shù)發(fā)展方向，與時(shí)俱進(jìn)地將先進(jìn)又成熟的技術(shù)手段及標準化方法優(yōu)化系統，開(kāi)拓系統的長(cháng)期使用價(jià)值，確保系統符合未來(lái)的發(fā)展趨勢。如:阿里云有著(zhù)Q球LX的云計算和人工智能技術(shù)作支撐，為用戶(hù)提供高效、可靠、安全的計算和數據分析處理能力，是目前市面上用戶(hù)數量多、應用范圍廣的云服務(wù)器提供商。該系統以阿里云為系統平臺進(jìn)行建構。

2.2設計目標

       該系統的應用對象是建筑能耗管理與云技術(shù)的高度耦合性和相關(guān)性。據此，以建筑能耗信息、用電設備相關(guān)屬性信息、建筑能耗系統的診斷信息和數據的可視化分析為基礎，依據國家規定的互聯(lián)網(wǎng)數據統一規范及格式，結合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數據、統計學(xué)、智能信息處理理論等先進(jìn)技術(shù)，以云技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)支撐，進(jìn)行能耗監控系統構建。系統設計的主要目標包括:

       (1)建立建筑能耗云管理系統，實(shí)現建筑能耗數據的科學(xué)、現代化管理。把單要素的數據信息升級為綜合性的多維信息，通過(guò)資源整合將分散的數據集中化、系統化、云化，建立一個(gè)具有高水準的現代運維管理服務(wù)系統。

       (2)實(shí)現建筑能耗信息的綜合分析。運用云技術(shù)對能耗信息、診斷信息的統計分析、云存儲、云查詢(xún)和報表云輸出。

       (3)為相關(guān)機構單位制定節能政策、電力資源高效優(yōu)化配置提供堅實(shí)平臺。

       (4)改善設備管理人員的工作環(huán)境，體現現代社會(huì )以人為本的科學(xué)發(fā)展理念。設備管理人員不需要在嘈雜的機房里，不需要手動(dòng)檢查用電設備的當前狀態(tài)，不需要花大量時(shí)間進(jìn)行用電設備診斷，不需要在不同用電設備之間、不同樓房之間來(lái)回核查或者逐個(gè)巡檢，避免檢查診斷過(guò)程中的潛在人身危險。

       (5)降低斷電事故，提升建筑商業(yè)效益。用電設備的狀態(tài)能早知道，故障信息能及時(shí)地呈現給設備維修人員，以大幅度降低系統的診斷與核查時(shí)間，將可能斷電時(shí)間降低甚至為零，減少建筑因斷電所帶來(lái)的經(jīng)濟損失。

2.3平臺組成

2.3.1系統架構

本平臺的整體結構如圖所示：

2.4系統功能

2.4.1登陸界面

       云平臺可以根據客戶(hù)要求定制個(gè)性化的系統登錄界面，登錄界面所用的圖片、Logo等由用戶(hù)提供。

2.4.2平臺概況

       平臺概況方便用戶(hù)總覽本日本月、上日上月電能消耗，能耗折標、及碳排放等數據。

2.4.3建筑用能

       建筑用能統計分析各個(gè)建筑用能，對建筑用能從概況，用能統計，復費率報表，同比分析，能源流向圖等方面進(jìn)行分析。

       (1)建筑用能概況

       用能概況主要展示建筑物基本信息、分類(lèi)用能、當日用能小時(shí)趨勢，當月能源消耗日趨勢。

       (2)建筑用能統計

       用能統計按日、月、年以報表的形式統計建筑水、電、氣分類(lèi)總用能，支持用戶(hù)所屬建筑單個(gè)或組合統計，支持報表數據導出excel，支持選擇建筑數據進(jìn)行生成柱狀圖；

       (3)復費率報表

       復費率報表按日、月、年統計單棟建筑尖、峰、平、谷電能及電費，該功能須表計支持尖、峰、平、谷分時(shí)電能計量功能。

       (4)同比分析

       同比分析按日、月、年以圖表結合的方式統計單棟建筑某一類(lèi)能源的總用能數據。

       (5)能源流向圖

       能源流向圖展示單棟建筑制定時(shí)段各類(lèi)能源的流向圖，支持按原始值和折標值查看。

2.4.4支路用能

       (1)支路用能概況

       支路用能概況主要展示選中支路用能環(huán)比，日平均負荷曲線(xiàn)，歷史趨勢支持過(guò)去48小時(shí)、31天、12月、3年等時(shí)段用能概覽。

       (2)支路用能統計

       支路用能統計按日、月、年以報表的形式統計選定支路的水、電、氣分類(lèi)總用能，支持報表數據導出excel，支持選擇建筑數據進(jìn)行生成柱狀圖。

       (3)同比分析

       支路同比分析按日、月、年以圖表結合的方式統計單棟建筑某一類(lèi)能源的總用能數據。

       (4)數據集抄

       數據集抄對選擇的支路分類(lèi)能源在Z定時(shí)段起、止抄表值、能源使用量進(jìn)行統計。

       (5)費用報表

       支路費用報表對選擇支路或設備的分類(lèi)能源按、日、月年統計用能費用和成本。

       (6)配電監測

       配電監測以單線(xiàn)圖的形式對選定的用戶(hù)變配電站開(kāi)關(guān)狀態(tài)和運行參數進(jìn)行監視。

       (7)夜間能耗

       夜間能耗以表格、曲線(xiàn)、餅圖等形式對選擇支路分類(lèi)能源在Z定時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統計對比，支持導出報表。

       (8)參數查詢(xún)

       參數查詢(xún)提供選中支路/設備的分類(lèi)能源對應儀表制定日期選定電流、功率、電壓等運行參數趨勢曲線(xiàn)、對應時(shí)刻數據報表。

2.4.5分項用能

       (1)分項用能概況

       分項用能概況采用棒圖、累積圖、餅圖按日、過(guò)去31天統計某分項用能、并進(jìn)行日分項用能同比分析，過(guò)去31天分項用電用能趨勢分析。電能分項包括“照明插座"，“空調"，“動(dòng)力"，“特殊"選取其中一種類(lèi)型。

       (2)分項用能統計

       分項用能統計按日、月、年以報表的形式對建筑統計動(dòng)力、空調、照明燈等分項用能，支持報表數據導出excel，支持選擇建筑數據進(jìn)行生成柱狀圖。

       (3)分項同比分析

       同比分析主要統計單棟建筑某分項用能。選中需查看的建筑，分類(lèi)能耗，分項及日期，選擇“日"，“月"，“年"其中一種類(lèi)型，即可查看該分項的用能數據和圖表。

2.4.6部門(mén)用能

       (1)用能概況

       部門(mén)用能概況采用棒圖、累積圖、餅圖按日、過(guò)去31天統計按部門(mén)對某分類(lèi)用能進(jìn)行能同比分析、趨勢分析。

       (2)用能統計

       部門(mén)用能統計按日、月、年以報表的形式對建筑按部門(mén)進(jìn)行分類(lèi)用能統計，支持報表數據導出excel，支持選擇建筑數據進(jìn)行生成柱狀圖。

       (3)同比分析

       部門(mén)同比分析按日、月、年以圖表結合的方式對部門(mén)某分類(lèi)能源使用進(jìn)行同比分析。

       (4)費用報表

       部門(mén)費用報表按日、月、年以圖表結合的方式對部門(mén)某分類(lèi)能源使用進(jìn)行費用統計。

2.4.7區域用能

       區域用能的使用方法和操作步驟與分項用能模塊基本相似，請參考3.4分項用能使用方法。

       (1)用能概況

       區域用能概況采用棒圖、累積圖、餅圖按日、過(guò)去31天統計按部門(mén)對某分類(lèi)用能進(jìn)行能同比分析、趨勢分析。

       (2)用能統計

       區域用能統計按日、月、年以報表的形式對建筑按部門(mén)進(jìn)行分類(lèi)用能統計，支持報表數據導出excel，支持選擇建筑數據進(jìn)行  生成柱狀圖。

       (3)同比分析

       區域同比分析按日、月、年以圖表結合的方式對部門(mén)某分類(lèi)能源使用進(jìn)行同比分析。

       (4)費用報表

       費用報表按日、月、年以圖表結合的方式對部門(mén)某分類(lèi)能源使用進(jìn)行費用統計。

2.4.8系統設置

       系統設置包括數據中心、建筑信息、采集器、儀表產(chǎn)品、儀表信息、支路信息、分項信息、區域信息、部門(mén)信息、用戶(hù)設置、用戶(hù)關(guān)聯(lián)建筑等模塊設置。在設置或修改系統設置時(shí)，須要使用管理員賬號登錄，才有設置或修改相關(guān)設置的權限；普通用戶(hù)只能查看相關(guān)信息。

2.4.9能源管理APP

       能源管理云平臺APP包括平臺概況、能耗用能、趨勢統計、同比分析、能耗排名、參數查詢(xún)、復費率統計、建筑概況、建筑對比、能耗占比等功能模塊，為用戶(hù)提供方便的查詢(xún)。

3結語(yǔ)

       通過(guò)該系統的應用，很好地解決了建筑能耗的本地管理、遠程運維管理和平臺維護。其主要應用成果包括:

       (1)本地監控能夠給機房管理人員實(shí)時(shí)推送機房信息，做到及時(shí)的故障準確定位，高效輔助機房管理人員進(jìn)行故障診斷與處理。

       (2)集中監控能夠使企業(yè)更加宏觀(guān)地實(shí)現資產(chǎn)和設備平臺管理，并隨著(zhù)數據積累，達到大數據分析和故障預測能力，進(jìn)一步解放人力和優(yōu)化資源。

       (3)有效應對機房值班人員技術(shù)不精的局面，提升企業(yè)管理水平，服務(wù)質(zhì)量。系統以WEB或者APP的人機交互界面來(lái)管理能耗數據的入口，實(shí)現隨時(shí)隨地遠程監控，能及時(shí)發(fā)現機房設備異常，預防故障發(fā)生，并能迅速排除故障，降低人力成本，實(shí)現無(wú)人值守的機房或基站。該系統能有效應對機房設備繁多，分布無(wú)序，從而更加合理、高效地分配機房資源。

       (4)改善機房管理人員辦公環(huán)境。通過(guò)該系統可以在遠程迅速提取到機房末端設備的運行情況，為數據機房管理員提供準 確的機房設備相關(guān)數據，幫助管理員了解整體機房的運行情況，從而使管理員能對數據機房進(jìn)行全面監測和管理。

       (5)提高企業(yè)效益。該系統能對系統故障早發(fā)現或及時(shí)處理，將故障損失降低，提升企業(yè)形象的同時(shí)，間接地提高企業(yè)效益。

       當前，我國還沒(méi)有建立比較完善的國家或地區建筑能耗數據庫，建筑能耗的管理對象還停留在某棟建筑或某集團/企業(yè)數棟建筑群，還無(wú)法實(shí)現對大區域的建筑能耗進(jìn)行統一的集中管理與分析。該系統的應用，可為相關(guān)部門(mén)單位及時(shí)了解建筑能耗現狀提供便利，為其制定相應的方案策略提供依據，促進(jìn)城市資源的優(yōu)化配置與節能減排。同時(shí)，可以通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)采集設備運行狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)監測，并結合采集到的設備故障信息，積累和分析設備運營(yíng)狀態(tài)數據，實(shí)現對設備的健康管理和可預測性維護，以較少的投入延長(cháng)生產(chǎn)設備技術(shù)壽命、經(jīng)濟壽命和使用壽命，為企業(yè)產(chǎn)生檢修效益、增產(chǎn)效率和安全效益，幫助企業(yè)保持良好的經(jīng)濟效益。

【參考文獻】

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版