浅谈建筑能耗智能监测平台发展现状及未来趋势

安科瑞华楠

摘要：文章以每年发布的上海市国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测及分析报告变化为切入点，分析了历年能耗分析报告的内容和功能变化；介绍了上海市国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测平台发展和应用历程；揭示了当下显现的问题，并以问题为导向，预测了未来发展的趋势。

关键词：国家机关办公建筑和大型公共建筑；能耗监测；能耗监测平台；数据

0 引言

上海是全国早推进国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测平台（以下简称“能耗监测平台”）建设的城市之一，自2012年建成运行以来，每年会根据能耗监测平台的数据进行梳理分析，发布《上海市国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测及分析报告》（以下简称“能耗分析报告”），用于反映上海公共建筑用能现状，为广大楼宇业主、物业服务等单位及政府管理部门节能减排决策提供参考依据。笔者尝试通过梳理历年能耗分析报告，分析上海建筑能耗平台发展，以及思考未来趋势。

1 历年能耗分析报告概况

自2013年以来，上海已经连续7年发布能耗分析报告，随着相关领域技术的持续发展以及管理要求的不断提升，报告的内容及功能也不断的得到扩展和充实。

1.1 历年能耗分析报告内容变化

2013年至2015年期间，能耗分析报告主要内容包括3个部分：市、区两级能耗监测平台情况简介、纳入建筑能耗监测的楼宇能耗情况、典型建筑类型建筑能耗对标分析。基于能耗监测平台尚处于初创时期，很多工作尚处于探索阶段，相关的数据资源尚需时间积累，为此内容较少，报告功能比较单一。

2016年，随着实时监测楼宇数量扩大，数据质量提升，梳理分析内容也增多，为此能耗分析报告较前三年发生了较大变化，主要表现在报告架构发生较大调整，同时对内容进行扩充。架构方面调整为全市篇、区域篇、行业篇三大板块，对报告的叙事逻辑进行了由面到片再到点的逻辑优化，提高了报告的可读性。内容方面增加了大量的能耗数据及对比分析，地充实了报告内容。这也反映了经过几年积累，能耗监测平台开始利用积累的大量数据资源，开拓应用功能，发挥平台效应。

2017年至2019年期间，能耗分析报告基本延续了2016版报告的架构，并在其基础上增加了管理篇内容。主要反映了能耗监测平台管理部门在积极保持数据上传质量的基础上，利用积累的数据资源开展相关研究分析，开发互联网产品应用，并面向楼宇及各行业管理部门开展数据服务，进一步拓展平台的作用。

1.2 历年能耗分析报告功能变化

2013至2015年期间，因为数据积累尚需时间，能耗分析报告的功能相对单一，主要是整体介绍了市、区两级能耗监测平台的建设及工作情况，能让读者对上海能耗监测平台相关工作有一定了解。梳理了纳入监管楼宇的基本情况及类型分布。对公共建筑能耗按建筑类型进行简单对比分析。同时开展制定管理办法和数据分析方法等基础研究工作。

2016年，经过三年的工作积累，报告的功能有了较大拓展，主要增加了年度总用电量和年均用电强度的能耗数据，并在此基础上从建筑类型，中心城区与非中心城区，供热季、制冷剂与过渡季，超大型公共建筑等多维度开展数据分析对比并揭示其背后原因，分析相关建筑总体用能趋势。提高了能耗分析报告的数据分析功能。

2017年至2019年期间，随着前期研究成果应用，进一步体现了能耗监测平台数据服务功能。

2 能耗监测平台现状

2.1 能耗监测平台整体情况

自2012年以来，上海已经建成1个能耗监测市级平台、17个能耗监测区级分平台和1个市级机关办公建筑能耗分平台的体系，纳入能耗监测平台的楼宇数量逐年稳步提升，监测范围不断扩大。截止2020年6月，上海市累计共有1783栋公共建筑完成用能分项计量装置安装并实现与能耗监测平台联网，覆盖建筑面积8241.8万平方米。

2.2 能耗监测平台应用情况

经过多年探索尝试，上海在保证能耗监测平台安全、正常、稳定基础上，不断拓展平台应用功能，发挥系统效应。目前能耗监测平台应用主要体现在以下六个方面：

一是统计楼宇基础信息。通过能耗监测平台将纳入监测楼宇基础信息的自动统计汇总，使管理者得以获得包括楼宇数量、楼宇面积、各类型建筑分布、楼宇面积分布、中心城区与非中心城区楼宇数量和类型分布等多维度数据信息，从而对上海纳入监测楼宇的基本情况以及每年新纳入监测楼宇的工作推进情况有总体掌握。

二是分析楼宇能耗数据。通过大数据分析方法，对纳入监测楼宇的用能总量、能耗类型分布、历年能耗对比分析、总体用能趋势等开展分析研究，使管理者得以掌握本市建筑能耗总体情况，并从中挖掘各类型各区域建筑的节能潜力。

三是服务各行业及管理部门。依据各类合理用能指南，对各类型建筑开展用能对标分析，用以指导各类型建筑运行过程中节能工作的开展。通过向各行业管理部门发送行业季度能耗情况报告等方式反馈能耗数据，向区级建筑能耗监测管理部门推送月度数据报告，为相关部门开展节能工作提供参考依据。同时对高耗能建筑进行筛选，进一步推进能源审计和能耗公示工作的开展。

四是研究海量数据资源。通过对能耗监测平台数据资源的深度分析，开展如“公共建筑碳排放交易研究”、“办公建筑能耗限额指标研究”、“各类型建筑高峰期用能特征研究”、“大型公共建筑用电监测数据开发利用方案研究”等大量科学研究工作，探索能耗监测平台未来应用的发展方向，为今后进一步功能的拓展做好技术积累。

五是修复数据及拓展互联网应用。采用基于Spark机器学习在公共建筑能耗大数据分析中的研究成果，在部分地区开展具有人工智能特性的数据修复工具试点，提高能耗数据上传质量，保证数据的可靠性。同时，开发能耗在线“（楼宇版/管理办）移动端”APP，为楼宇业主和管理部门提供数据共享、能耗分析、情况报告查询等实时在线功能。

六是宣传与推广建筑节能。依托能耗监测平台的数据资源，梳理上海公共建筑能效提升的政策标准、流程模式和技术体系，编制了《公共建筑用能监测系统50问》和《公共建筑能效提升一本通》等科普读本，并通过每年的节能宣传周活动，培训等方式向社会各界进行发放，对公共建筑能效提升相关技术知识进行普及和推广，取得了较好的社会效益。

3 发展中显现的问题

虽然能耗监测平台经过多年发展已取得可喜成绩，但随着社会经济的飞速发展，各方面管理要求的不断提高，为满足未来的需求，势必倒逼能耗监测平台相关工作在新的形势下转变发展方向。

3.1 发展思路转变滞后

随着能耗监测平台工作的深入开展，原有的以政策为导向的管理思路，在工作推进中逐渐遇到瓶颈，楼宇运营单位相对缺乏积极性。需要我们更多的向服务于楼宇业主方向多作工作创新和尝试。

3.2 平台功能支撑不够

目前能耗监测平台的各项功能主要集中在对楼宇能耗数据的收集、整理、分析以及研究方面。但随着城市精细化管理要求的不断提高，仅仅侧重数据分析方面的功能将不能完全满足未来的管理需求，面向楼宇日常管理的功能拓展应会成为未来的主要工作发展方向。

4 未来发展趋势

随着“十三五”临近结束，在即将到来的新“十四五”时期中，上海将更加积极的拓展能耗监测平台的功能应用，提高功能定位，使其更好的服务于城市精细化管理。

4.1 数据价值进一步得到发挥

在新冠肺炎疫情期间，市级能耗监测平台充分挖掘数据价值，通过分析春节前、春节假期中和复工后上海公共建筑运行能耗数据，解读上海各行业复工复产情况，受到行业管理部门及广大市民广泛关注。未来，能耗监测平台将以上海建设“一网统管”为契机，应用k-means和随机森林、机器深度学习等算法，通过建筑用能特征分析、数据质量管理、能耗预测、能耗与经济关联分析等模块，满足楼宇业主和管理部门的不同需求，让能耗数据大限度挥作用。

4.2 平台功能进一步得到拓展

市级能耗监测平台将持续对各区级平台进行政策和技术指导，深挖区级平台潜力、推进区级平台个性化建设。如从某区级能耗监测平台对商业建筑需求侧虚拟电厂实践示范，通过建立商业建筑虚拟电厂可以促进商业建筑对自身可控负荷的精细化管理。可探索尝试建立一套相对完整的需求侧响应系统，能根据不同应用需求为业主使用和政府管理提供相应服务，助力建筑智能化管理。

4.3 前沿技术进一步得到融合

今年3月4日召开的常务委员会会议提出“加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设”。3月6日，工业和信息化部召开加快5G发展专题会，再次宣布加快5G、大数据、人工智能、智慧城市等新型基础设施建设。市级能耗监测平台应积极顺应形势发展，以与城运平台共享数据为切入点，利用新一代信息技术对能源、交通、城市在内的传统基础设施进行数字化改造，让城市变得更聪明更智慧，从而推动城市治理体系和治理能力现代化。

5安科瑞能耗监控系统介绍

Acrel-5000能耗在线监测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审计，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，并向县级以上人民政府管理节能工作的部门报送能源审计报告。

5.1 平台结构

Acrel-5000能耗在线监测系统以计算机、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。开放性、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：

5.2 平台功能

(1)系统可按使用年份统计建筑物各分类能耗——电、水、气、集中供热、集中供冷以及其它能源消耗量，自动折算成相应的标准煤消耗量，从而反映建筑物当年各分类能耗用能和综合能耗。系统以饼图形式展示建筑4大用电分项能耗的占比情况。系统以曲线图形展现各类能耗的消耗的消耗趋势，便于业主方实时直观掌握能源消耗情况。

(2)系统可以根据分类能耗的支路名称查询用能情况，显示当日和当月的用能峰值。显示当日用能、当月用能、当年用能与昨日同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比较情况。以条形显示过去48小时、31天、12个月、3年的能耗情况。右上角显示过去15分钟曲线（电表显示功率曲线，流量表显示流速曲线）。

(3)系统依据建筑物能源消耗的分布情况进行能耗计量点的选取和设置，使得能耗监测系统可以覆盖整个建筑物。系统使用者可通过相关界面调取该建筑物各能耗节点的能耗统计报表，减少用能的“跑、冒、滴、漏”和计量误差。

(4)系统依据住建部分类分项能耗数据采集导则，将建筑物耗电分为照明插座、空调、动力和特殊用电进行计量装置选型和设置，并按用能区域或功能区域等划分并进行统计，以报表和同、环比棒图形式展现该区域的能源消耗。

(5)系统可针对能源消耗量大的设备或区域进行准确定位，便于管理层制定节能绩效考核制度，推动节能降耗的有效执行。为用能设备建立运行记录档案，长期跟踪记录设备运行过程中的能效分析评估结果，结合设备维护保养记录，为设备的运行维护提供依据。

(6)系统提供分级权限管理功能，对具备权限用户提供开放的信息维护接口，用户可自行对建筑和系统监测范围内计量点的信息进行增、删、改和查询，建筑物信息包括建筑类型、建设年代、建筑面积、建筑物人员数量等。系统还对无法自动采集的计量信息提供手动录入功能，便于使用者掌握建筑物总体能耗情况。

5.3 数据上传

安科瑞能耗在线监测系统按照用能单位能耗在线监测系统技术规范定义的系统平台接口协议规范的要求，将用能企业的基础信息、计量器具信息、用能数据及能效数据上传至省级或国家平台，上传数据经过HTTPS协议加密传输。如果数据传输失败或超时（网络故障），将重发数据，直至接收成功反馈消息。

5.4 能源计量表具选型