浅谈数据分析在能耗上的应用

浅谈数据分析在能耗上的应用

史媛 冯玉华 杨传燕

成都工贸职业技术学院（成都市技师学院） 四川 成都 610000

【摘要】：在节约能源、保护环境的迫切要求下，有必要针对我国大型公共建筑能耗现状，建立建筑节能运行管理体系，并依托高新技术手段，加强对大型公共建筑能耗监管和服务，通过大型建筑能耗数据集中采集、存储、展现和分析利用，推动建筑节能改造和节能运行。

【关键字】：建筑、能耗、数据挖掘

伴随国家经济持续、快速与稳定发展，我国大部分省份步入城镇化建设的高峰期和快车道，各类建筑设计施工速度快，规模大，随之而来的是我国建筑能耗的总量呈逐年上升，且有高持续性的趋势。

经数据统计，截止目前，我国单位建筑面积能耗，尤其是国家机关办公建筑和大型公共建筑（如办公类、教育类、医疗类、商业娱乐类等）单位面积能耗，是发达国家的 2 至 3 倍。建设部研究表明，我国建筑耗能比例最终将上升至 35%左右。我国作为一个能源短缺的国家，目前高能耗、低能效的现状如此突出，高耗能建筑节能改造势在必行。

当前，我国大型公共建筑年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%，每平方米年耗电量是普通居民住宅的 10~20 倍，是欧洲、日本等发达国家同类建筑的 1.5~2 倍。大型公共建筑每年耗电约 1000 亿度，按照节能 40%计算，每年仅大型公共建筑即可节电 400 亿度，合 490 万吨标准煤，减少二氧化碳的排放量 1044万吨。在节约能源、保护环境的迫切要求下，提高能源使用效率、节约建筑能耗成为全球共同关注的问题。

二、设计原则

构建能耗监测平台，基于集中管理，分布采集的设计原则，以互联网网为主要媒介，对公共建筑主要用能建筑、用能设施实施动态监测，构建可靠性强、效率高、共享度高的公共建筑能耗数据库，建立能耗监测、统计、公示平台。为开展节能改造准备条件通过数据挖掘技术，发现公共机构建筑用能规律，提供各单位、各地区主要用能建筑能耗评估诊断报告，为市内高能耗建筑、设施的进一步节能改造准备条件；为新建规划和科学研究提供数据支撑，为符合节能设计规范和绿色建筑评价标准的新建建筑规划设计提供数据支撑；为绿色建筑、能源规划等科学研究提供详实有力的数据资源。

三、能耗监测系统

1、数据采集子系统

数据采集处理子系统负责采集、处理、存储规模以上公共建筑分类分项能耗原始数据，包括用电、用水、用气、用热等多种能源类型计量仪表的原始数据。

能耗每15分钟采集一次能耗数据，采集内容包括：

• 建筑信息，含建筑分类

• 15分钟能耗归集数据

• 计量仪表实时读数

• 计量仪表状态数据

系统可同时支持有线、无线方式的数据采集。采用有限传输时通过该建筑已有的基于IP协议的有线数据网络；利用无线网络进行采集传输时在远端和服务器端分别部署无线传输及接收装置，本项目不考虑该部分投资支出。

数据采集子系统对网络上传的数据进行来路校验，接收从数据采集器发送来的合法数据，能够处理多线程的并发请求，可同时接收500栋建筑的原始能耗数据。

2、数据处理子系统

数据处理子系统对数据采集子系统接收的数据包进行校验和解析，规范化采集时间，根据配电支路安装仪表的情况构造用能模型，并根据用能模型对原始采集数据进行拆分计算得到分项能耗数据，并将原始能耗数据和分项能耗数据保存到数据库中。

3、能耗监管子系统

通过整合采集处理后的建筑能耗数据，实现远程、实时监测建筑分类分项能耗。监测数据清晰显示当日24小时内每小时能耗量、当月每日、当年每月、多年度能耗量，以图、表等多种表现形式展示用能数据走势情况，包括电、水、气、热等所有能源类型。以数据列表和图形（曲线图、柱状图、堆积图等）方式显示辖区内各单体建筑、用户以及重点能耗设备的实时用能情况。通过系统监测建筑现场各个计量仪表的当前实时计量读数、通讯状态，查看实时数据和状态信息。

对于公共建筑中用能较大的系统，如空调、照明等系统，可选择重点分项能耗系统进行监测，满足实时查看、监控该系统的能耗情况，所有进行了分项采集的系统都可以选择进行实时监测，可根据需要随时增加、删除分项监测子项目。

利用本市建委现用的“天地图”建立楼宇能耗专题图层，可在地图上直观展示所有能耗监测建筑的空间地理位置，显示全市已接入能耗监测系统的建筑地理分布及基本信息；用户可根据区域、建筑分类、自行框选来选择查看建筑接入情况，显示成都市建筑能耗分布情况和能耗水平，包括实时分项能耗数据。提供楼宇查找和列表功能，实现全区地理版图浏览、缩放、建筑定位查找。

对各监测建筑、各行政区域、不同类型建筑的监测状况和分类分项能耗状况的统计和分析，并以数据图表的方式进行展示。可分为日报表、周报表、月报表、年报表等，可进行环比、同比等分析。统计数据报表反映各项采集数据和统计数据的数值、趋势和分布情况，可分为数据透视表、饼图、柱状图、线图、仪表盘或动画等多种形式，格式灵活，可交互操作。

• 能耗统计

能耗统计包括能耗总览（不同时间段用能总量、用电总量、用水总量等），分类统计（按建筑类型、能源类型、分项类型、区域），以及自定义统计。

• 能耗分析

包括对比分析（同类型建筑对比、不同类型建筑对比、不同区域对比）；同比和环比分析（可根据能源分类、建筑分类、区域、同建筑不同时期多种分别对比）；通过统计分析建立标杆数据，实现各建筑基于标杆数据的能耗测评；对进行过节能改造的建筑分析其节能效果，进行节能测评。

• 能耗排行

对所有纳入系统监测的建筑物进行总能耗、分类分项能耗排行；可按单位或建筑对总能耗量或费用、人均能耗量或费用、单位面积能耗量或费用的同期下降百分比进行节能排行。

对系统用户包括主管部门、建筑业主，以及公众提供各类统计数据的公示平台。公示信息可包括各类建筑的能耗总量、能效等级、用能结构、分项能效指标、能耗排名、节能排名、能效排名、单面面积能耗指数、人均能耗指数、碳排放总量指数等信息。

对建筑业主和社会群众提供能耗数据分析利用及数据发布服务。对建筑业主提供权限内查询、定制化告警、定额用能、能耗预测、对比分析服务，允许其自建能耗管理系统与本系统对接以共享交换能耗数据。对社会群众主要为数据公示服务。提供两种方式的移动端接入，一是APP，一是微信公众号。移动APP门户主要解决用户快速浏览信息，减少用户操作步骤，将常用的功能放入移动门户中。APP支持当前主流的android和ios系统，为用户提供基于智能手机及移动互联网的系统接入，同步展现PC端消息、待办内容，可快速处理用户需要解决的事项。微信公众号将系统中各类通知、公告、工作状态等信息通过微信公众号进行发布，方便用户第一时间查看。支持通过公众号进行简单的查询和下载。

四、总结

通常把建筑本体以及为建筑提供室内舒适环境的各系统(照明系统、空调供暖和通风系统等)看作一个整体,称为建筑系统,这个系统的目的是为人类活动提供舒适的室内环境,其影响建筑运行能耗的因素主要包括建筑本体空间形态、维护结构热工性能、系统设备的能效等性能参数,还包括各系统根据室内需求做出的各种运行调控策略,调控策略是否得当影响供应系统的整体效率。要实现建筑节能模式由供应侧到需求侧的转变,就必须恰当描述特定室内环境下的用能特征,才能从需求侧评估建筑能耗的合理性,进而精确辨识能源浪费的原因。随着数据挖掘技术的发展,将数据库技术、人工智能、统计学等应用到建筑节能中有广阔的发展前景。另外,通过对电力公司的能源数据以及其他各类第三方数据进行深入分析和挖掘, 结合行为科学、云计算技术、大数据析,进而为用户提供一整套适合于其生活方式的节能建议,也是一种发展趋势。