浅谈建筑能耗管理云平台的应用研究

摘要:基于云技术的建筑能耗管理方案，改善了建筑能耗管理方法，很好地解决了建筑能耗的本地管理、远程运维管理与平台维护。基于此，讨论了云技术在建筑能耗管理中应用的可行性，阐述了设计建筑能耗管理系统的实现途径。
关键词:云技术;建筑能耗;数据挖掘
0引言
       人类生活的每一步都或多或少地与能源消耗相关联。建筑能耗在整个社会能源消耗中占有很大的份额，并随着经济的发展，人们生活水平的提高而逐步提高能源消耗能量。其中建筑信息系统、建筑设备(空调、照明、电梯等)、建筑安防系统是建筑能源消耗中的主要部分。然而，据住建部统计数据显示，我国仅有4%建筑采取了提高能源利用的措施。
       当今社会，网络渗透在我们生活、工作的方方面面。随着移动互联网、物联网、云技术、大数据和智能技术等现代科学技术的发展，建筑能耗管理系统已经形成了现场层、网络层和管理层等3层结构，具备与物联网技术相融合的基础与条件。现代高新技术在能耗管理方面的深入应用，将大幅提高建筑能耗管理水平，降低能源消耗。
       当前，我国建筑业企业能耗管理模式主要采用就地局部的管理方式，其主要形式是将所有的建筑能耗数据集中到机房进行统一的数据存储与管理，以机房作为整栋建筑的能耗管理单元。经调研发现，建筑机房大小差异大，内部安装的监测设备种类繁多，机房环境各不相同，这些都给机房运维带来很多的不确定性。另外，为了确保数据中心安全，一般会对数据中心做很多的安全防护策略，以屏蔽外部人员对数据中心的非法访问。这样，虽然数据中心都安排人员24小时值班，但由于每个人精通的技术领域不同，并且有的数据中心在全国各地都有机房，使得系统故障无法得到*人员快速有效处理。因此，急需一个既能解决本地监控、又能集中监控的能耗管理系统，一个将运维工作转移到数据中心外的系统。
1构建系统的可行性
1.1建筑能耗管理制度更加健全
       早在1980年，国务院批转国家经济委员会、国家计划委员会《关于加强节约能源工作的报告》和《关于逐步建立综合能耗考核制度的通知》，将节能作为一项专门工作纳入到国家宏观管理的范畴。近年来，为确保对建筑能耗的具体化、多样化、准确化监测，国家又出台了多份文件、条例，包括:2010年5月国务院发布《国务院关于进一步加大工作力度确保实现“十一五”节能减排目标的通知》;2013年1月1日，国务院正式印发能源发展“十二五”规划，将“全面推进节能提效、加强用能管理”作为重点任务之一;2016年7月修订了《中华人民共和国节约能源法》(中华人民共和国主席令第77号);2017年3月14日，住建部官网发布《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》等。这些条例法规对节能标准进一步提高，对公共建筑节能要求不断提高，对能耗监测系统的设计和能耗监测设备的安装、验收进行了规范。
1.2云技术更成熟
       云技术是指在通讯网络内(广域网或局域网)将软硬件、网络等一系列资源进行统一整合，实现数据的处理(计算、储存等)与共享的一种托管技术。
       云技术具有3个明显的特点:(1)云平台物理资源被上层功能层屏蔽，平台硬件要素对用户来说是透明的，用户无须关心其底层的硬件配置和使用方法，只关注于逻辑功能的实现，有利于提高工作的效率和系统的稳定性;(2)云平台中相应的资源动态分配算法，可以实现系统硬件资源的动态分配，同时还可结合实际的应用进行弹性缩放，有效提高硬件系统的利用率;(3)高效的分布式计算，可以对计算资源及数据进行智能的管理和统一的整合，有利于为用户提供便捷的、共享的和高度集成的数据处理和查询方式。
       云技术自传入我国以来，得到了快速发展。另外，在这几年全球软硬件技术飞速发展的大背景下，存储芯片价格大幅降低，云平台服务费随之下降，为云技术的广泛应用提供可能。
1.3移动互联网费用更低
       随着4G的普及流行，以及国家对5G未来的商用规划，移动互联网的流量费用迎来历史性的降费。根据工信部的统计数据，2018年移动流量费用降了63%。又据2019年3月5日的新闻报道，工信部再次喊话，明确将持续推动网络提速降费的任务。移动网络流量平均资费再降低20%以上，力争中小企业今年的宽带平均资费再降低15%，使降费实实在在、消费者明明白白。
       移动互联网的费用降低了，但建筑能耗监测单元的数据量是固定的，这为系统加入更多、更丰富的监测数据单元提供了可能，使原来只考虑监控几个重要的数字信号，系统升级把众多模拟量也加入监控列表。数据源的丰富，使得能耗监控系统更可靠、更全面、更贴近系统实际，为挖掘能耗管理开辟了一条广阔的大路。
2系统设计实现途径
2.1设计原则
       为了确保系统的稳定与可持续发展，遵循以下6个原则进行系统的建设与技术方案设计。
2.1.1注重安全性与保密性
       系统设计时，要把系统安全放在首位。系统要运用高级别的加密技术，以防止系统遭到恶意破坏造成不可挽回的损失。同时，对系统访问设置严格的用户权限，以便对数据进行保密。充分利用健全的备份和恢复策略，提升系统的安全性。
2.1.2立足可扩展性
       系统设计前，要对系统的扩容、扩充升级及维护做好充分调研，提高统计分析的速度和精度及业务处理的响应速度。同时，系统既要兼容建筑存量的其它机房运维系统，又要充分考虑到未来新建机房管理系统的兼容性。
2.1.3致力易维护性
       基于系统的服务对象既可能是电力行业、科研单位等*人员，又可能是商场、办公楼的普通职员，因此，要使系统的应用效益化，系统应操作灵活、简单，易学易用易维护。
2.1.4保障可靠性
       系统的数据要准确可靠，系统设计时，则要充分分析各环节设备的故障与恢复和容错能力，对系统的复杂环节及系统切换等各个方面各个击破，建成一个安全可靠、稳定性强、风险降低的系统。
2.1.5聚焦经济性
       该系统在设计时，应尽量节省项目投资，坚持以面向实际、注重实效的设计思路，充分合理利用现有信息资源，使系统花少量的费用来实现对海量数据的传输与读取。
2.1.6关注先进性
       系统在设计时，前瞻性地预测当今技术发展方向，与时俱进地将先进又成熟的技术手段及标准化方法优化系统，开拓系统的长期使用价值，确保系统符合未来的发展趋势。如:阿里云有着全球领先的云计算和人工智能技术作支撑，为用户提供高效、可靠、安全的计算和数据分析处理能力，是目前市面上用户数量多、应用范围广的云服务器提供商。该系统以阿里云为系统平台进行建构。
2.2设计目标
       该系统的应用对象是建筑能耗管理与云技术的高度耦合性和相关性。据此，以建筑能耗信息、用电设备相关属性信息、建筑能耗系统的诊断信息和数据的可视化分析为基础，依据国家规定的互联网数据统一规范及格式，结合移动互联网、物联网、大数据、统计学、智能信息处理理论等先进技术，以云技术作为关键技术支撑，进行能耗监控系统构建。系统设计的主要目标包括:
       (1)建立建筑能耗云管理系统，实现建筑能耗数据的科学、现代化管理。把单要素的数据信息升级为综合性的多维信息，通过资源整合将分散的数据集中化、系统化、云化，建立一个具有高水准的现代运维管理服务系统。
       (2)实现建筑能耗信息的综合分析。运用云技术对能耗信息、诊断信息的统计分析、云存储、云查询和报表云输出。
       (3)为相关机构单位制定节能政策、电力资源高效优化配置提供坚实平台。
       (4)改善设备管理人员的工作环境，体现现代社会以人为本的科学发展理念。设备管理人员不需要在嘈杂的机房里，不需要手动检查用电设备的当前状态，不需要花大量时间进行用电设备诊断，不需要在不同用电设备之间、不同楼房之间来回核查或者逐个巡检，避免检查诊断过程中的潜在人身危险。
       (5)降低断电事故，提升建筑商业效益。用电设备的状态能早知道，故障信息能及时地呈现给设备维修人员，以大幅度降低系统的诊断与核查时间，将可能断电时间降低甚至为零，减少建筑因断电所带来的经济损失。
2.3平台组成
2.3.1系统架构
本平台的整体结构如图所示：


2.4系统功能
2.4.1登陆界面
       云平台可以根据客户要求定制个性化的系统登录界面，登录界面所用的图片、Logo等由用户提供。
2.4.2平台概况
       平台概况方便用户总览本日本月、上日上月电能消耗，能耗折标、及碳排放等数据。
2.4.3建筑用能
       建筑用能统计分析各个建筑用能，对建筑用能从概况，用能统计，复费率报表，同比分析，能源流向图等方面进行分析。
       (1)建筑用能概况
       用能概况主要展示建筑物基本信息、分类用能、当日用能小时趋势，当月能源消耗日趋势。
       (2)建筑用能统计
       用能统计按日、月、年以报表的形式统计建筑水、电、气分类总用能，支持用户所属建筑单个或组合统计，支持报表数据导出excel，支持选择建筑数据进行生成柱状图；
       (3)复费率报表
       复费率报表按日、月、年统计单栋建筑尖、峰、平、谷电能及电费，该功能须表计支持尖、峰、平、谷分时电能计量功能。
       (4)同比分析
       同比分析按日、月、年以图表结合的方式统计单栋建筑某一类能源的总用能数据。
       (5)能源流向图
       能源流向图展示单栋建筑制定时段各类能源的流向图，支持按原始值和折标值查看。
2.4.4支路用能
       (1)支路用能概况
       支路用能概况主要展示选中支路用能环比，日平均负荷曲线，历史趋势支持过去48小时、31天、12月、3年等时段用能概览。
       (2)支路用能统计
       支路用能统计按日、月、年以报表的形式统计选定支路的水、电、气分类总用能，支持报表数据导出excel，支持选择建筑数据进行生成柱状图。
       (3)同比分析
       支路同比分析按日、月、年以图表结合的方式统计单栋建筑某一类能源的总用能数据。
       (4)数据集抄
       数据集抄对选择的支路分类能源在指定时段起、止抄表值、能源使用量进行统计。
       (5)费用报表
       支路费用报表对选择支路或设备的分类能源按、日、月年统计用能费用和成本。
       (6)配电监测
       配电监测以单线图的形式对选定的用户变配电站开关状态和运行参数进行监视。
       (7)夜间能耗
       夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在指定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)参数查询
       参数查询提供选中支路/设备的分类能源对应仪表制定日期选定电流、功率、电压等运行参数趋势曲线、对应时刻数据报表。
2.4.5分项用能
       (1)分项用能概况
       分项用能概况采用棒图、累积图、饼图按日、过去31天统计某分项用能、并进行日分项用能同比分析，过去31天分项用电用能趋势分析。电能分项包括“照明插座”，“空调”，“动力”，“特殊”选取其中一种类型。
       (2)分项用能统计
       分项用能统计按日、月、年以报表的形式对建筑统计动力、空调、照明灯等分项用能，支持报表数据导出excel，支持选择建筑数据进行生成柱状图。
       (3)分项同比分析
       同比分析主要统计单栋建筑某分项用能。选中需查看的建筑，分类能耗，分项及日期，选择“日”，“月”，“年”其中一种类型，即可查看该分项的用能数据和图表。
2.4.6部门用能
       (1)用能概况
       部门用能概况采用棒图、累积图、饼图按日、过去31天统计按部门对某分类用能进行能同比分析、趋势分析。
       (2)用能统计
       部门用能统计按日、月、年以报表的形式对建筑按部门进行分类用能统计，支持报表数据导出excel，支持选择建筑数据进行生成柱状图。
       (3)同比分析
       部门同比分析按日、月、年以图表结合的方式对部门某分类能源使用进行同比分析。
       (4)费用报表
       部门费用报表按日、月、年以图表结合的方式对部门某分类能源使用进行费用统计。
2.4.7区域用能
       区域用能的使用方法和操作步骤与分项用能模块基本相似，请参考3.4分项用能使用方法。
       (1)用能概况
       区域用能概况采用棒图、累积图、饼图按日、过去31天统计按部门对某分类用能进行能同比分析、趋势分析。
       (2)用能统计
       区域用能统计按日、月、年以报表的形式对建筑按部门进行分类用能统计，支持报表数据导出excel，支持选择建筑数据进行  生成柱状图。
       (3)同比分析
       区域同比分析按日、月、年以图表结合的方式对部门某分类能源使用进行同比分析。
       (4)费用报表
       费用报表按日、月、年以图表结合的方式对部门某分类能源使用进行费用统计。
2.4.8系统设置
       系统设置包括数据中心、建筑信息、采集器、仪表产品、仪表信息、支路信息、分项信息、区域信息、部门信息、用户设置、用户关联建筑等模块设置。在设置或修改系统设置时，须要使用管理员账号登录，才有设置或修改相关设置的权限；普通用户只能查看相关信息。
2.4.9能源管理APP
       能源管理云平台APP包括平台概况、能耗用能、趋势统计、同比分析、能耗排名、参数查询、复费率统计、建筑概况、建筑对比、能耗占比等功能模块，为用户提供方便的查询。
3结语
       通过该系统的应用，很好地解决了建筑能耗的本地管理、远程运维管理和平台维护。其主要应用成果包括:
       (1)本地监控能够给机房管理人员实时推送机房信息，做到及时的故障准确定位，高效辅助机房管理人员进行故障诊断与处理。
       (2)集中监控能够使企业更加宏观地实现资产和设备平台管理，并随着数据积累，达到大数据分析和故障预测能力，进一步解放人力和优化资源。
       (3)有效应对机房值班人员技术不精的局面，提升企业管理水平，服务质量。系统以WEB或者APP的人机交互界面来管理能耗数据的入口，实现随时随地远程监控，能及时发现机房设备异常，预防故障发生，并能迅速排除故障，降低人力成本，实现无人值守的机房或基站。该系统能有效应对机房设备繁多，分布无序，从而更加合理、高效地分配机房资源。
       (4)改善机房管理人员办公环境。通过该系统可以在远程迅速提取到机房末端设备的运行情况，为数据机房管理员提供准 确的机房设备相关数据，帮助管理员了解整体机房的运行情况，从而使管理员能对数据机房进行全面监测和管理。
       (5)提高企业效益。该系统能对系统故障早发现或及时处理，将故障损失降低，提升企业形象的同时，间接地提高企业效益。
       当前，我国还没有建立比较完善的国家或地区建筑能耗数据库，建筑能耗的管理对象还停留在某栋建筑或某集团/企业数栋建筑群，还无法实现对大区域的建筑能耗进行统一的集中管理与分析。该系统的应用，可为相关部门单位及时了解建筑能耗现状提供便利，为其制定相应的方案策略提供依据，促进城市资源的优化配置与节能减排。同时，可以通过工业互联网采集设备运行状态信息，实时监测，并结合采集到的设备故障信息，积累和分析设备运营状态数据，实现对设备的健康管理和可预测性维护，以较少的投入延长生产设备技术寿命、经济寿命和使用寿命，为企业产生检修效益、增产效率和安全效益，帮助企业保持良好的经济效益。
 
【参考文献】
[1]刘杨,刘佳霓,周丽.互联网技术在智能建筑设备能源管理中的应用研究[J].无线互联科技,2017(9):114-115．
[2]林其浪.云技术在建筑能耗管理中的应用研究[J].福建建筑,2020(10):136-140.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版
 
作者简介：王蒙蒙，女，本科，现就职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为建筑能耗监测系统。