公共建筑能耗监测系统数据链应用研究

张永坚 贾鲁峰 李然然

（山东建筑大学山东省智能建筑技术重点实验室，济南 250101）

公共建筑能耗监测系统数据链应用研究

张永坚 贾鲁峰 李然然

（山东建筑大学山东省智能建筑技术重点实验室，济南 250101）

公共建筑能耗监测系统是一个分布式网络，系统具有实施动态监控特性。在实际应用中，要求系统具有高效传输链路支持监测数据的传输，在此基础上，系统才能对数据进行有效地分析和处理。因此，在系统规划过程中，我们应用数据链技术对系统进行优化设计，实践证明，采用数据链技术能够显著提高系统的传输性能。

公共建筑；建筑能耗监测；数据链

1 前言

数据链，从概念上来说就是为了发送和接收数据而把两点连接起来的方法。具体来说，数据链包括两部分：数据终端和由链路协议控制下存在于网络中的数据链路，以保证数据可以从信源传输到信宿。数据链的基本组成可以概括为三大要素：终端设备、传输设备和通信规范。广义上的数据链系统还包括与数据链相连接的信息提供者、使用者和管理者等要素。

公共建筑能耗监测是一个复杂的系统工程，涉及建筑供电、标准计量、信息处理、计算机测控、网络工程、系统集成等多个技术领域，通常采用系统集成的方法完成多种技术、多种软硬件产品、多个子系统在统一技术标准下的综合集成。建筑能耗监测系统事实上是一个标准计量系统，对数据质量有较高的要求，但同时又是分布式的广域网络系统，因此，在进行系统规划设计时必须考虑系统整体应充分满足建筑能耗标准计量的技术要求。特别是在同一行政区域内，从数据中心到每一建筑物的能耗监测子系统均应执行统一的数据标准，也就是说在数据采集、数据处理、数据存储、数据传输等各个环节均应有统一的技术要求，从而确保数据的准确性、有效性和可比性。这是因为能耗监测信息将作为基础数据被应用到诸如建筑能耗审计、建筑节能技术改造等众多领域中，因此，在网络系统规划建设过程中引入数据链的理念，将大大有助于系统网络建设的标准化、规范化，提高数据生产质量及各项技术指标。

2 系统数据链结构分析

2.1 系统数据链框架

省级行政区域的建筑能耗监测系统是一个分布式信息网络，主要由设立在各监测建筑（建筑群或园区）内的节能监测子系统、各城市数据中心、省级数据中心以及网络通信与信息安全设施组成。见图1。

建筑物能耗监测子系统设立在被监测建筑（建筑群或园区）内，一般由能耗计量装置、数据采集器、网络通信设备构成。大型公共建筑（建筑群或园区）应增加系统管理服务器和建筑节能监测控制室。建筑物节能监测子系统应是能独立运行的监测网络，系统结构遵循分散采集，集中管理的原则，在功能上由监测层和管理层两个网络结构层组成。监测层为工业总线结构，负责能耗数据采集和现场设备的运行状态监控及故障诊断；管理层为以太网结构，负责数据存储、数据处理、数据传输以及本建筑物监测网络运行管理。

图1 建筑能耗监测系统结构框图

城市数据中心应能自动接收并存储来自本辖区内各建筑物能耗监测系统上报的节能监测数据，按建筑节能监管体系要求统计汇总本辖区内建筑能耗各类监测数据，生成各类统计报表及分析报告，并将能耗信息定时自动上传到省级数据中心。

省级数据中心负责接收和存储各城市数据中心上传的能耗监测信息，对上传能耗数据进行汇总和统计分析，生成全省建筑能耗统计分析数据及相关报表，按建筑节能监管体系的要求定时完成信息上报和信息发布。

网络通信与信息安全设施应保障节能监测系统与数据中心之间以及省、市数据中心之间的高效、自动连接与信息传输，应采用有效、可靠、适用的软、硬件设备保障信息安全和网络安全。在规划设计中我们做出了以下规定：

针对数据采集器与子系统之间通信链路，制定了《建筑物节能监测子系统主站与数据采集器通讯技术要求》。为了保证建筑节能监测系统中的身份认证安全、数据存储安全以及数据传输安全，规避网络风险，提高信息安全等级，初步建立了建筑节能证书认证系统，提出了《证书认证系统定义》文件。为保证建筑节能监测系统中数据传输的安全性，对节能监测子系统与数据中心之间的通信链路采用虚拟专用网（VPN）技术进行加密，防止传输数据被窃听及篡改。市级数据中心和省级数据中心之间数据通信应首先进行身份认证，算法和密钥的安全性符合要求；通信数据传输过程中使用数字证书加密或使用VPN隧道进行安全传输，保证数据传输的完整性和机密性；重要数据报文进行数字签名。

2.2 系统数据链平台设计要素

建筑能耗监测系统的集成设计主要应侧重以下几方面的工作：数据中心设计、连接建筑物和数据中心之间的通信网络系统设计、建筑能耗监测子系统设计，由于系统承担标准计量和数据统计任务，因此，在集成设计过程中应重点关注建筑物——传输系统——数据中心的数据链路以及建筑物——建筑物之间的整体一致性。

省市两级数据中心的设计应当由省级主管部门统一组织进行，这其中也包括通信网络系统的设计。特别是省市两级数据中心所使用的信息管理系统软件应当统一组织开发、统一配发使用。这主要是因为省市两级使用的信息管理系统应当完整地体现全省建筑节能监管体系框架，具有清晰的层次结构、统一的管理模式以及各层次之间高度的衔接性。如果分散开发且缺乏统一的技术协调，则难以形成层次结构分明、管理模式统一、整体一致性高的信息管理系统。通信网络系统的设计则应考虑网络接入方式，通信模式及其实时性、可靠性，数据传输的有效性和同步性以及网络安全等因素。建筑物对数据中心传输数据以及数据中心之间传输数据一般是每小时一次，且是整点传输，这有助于全省（市）监测网络的数据同步。

设在建筑物内的能耗监测子系统集成设计是一个复杂的标准化过程，从每一单体子系统开始，到城市中所有被监测建筑子系统的集合均遵守统一的设计和集成标准，每个子系统的功能、性能、质量都应是相同的、具有高度的整体一致性，如同产品的设计与制造一样，不因设计和集成商的不同、或生产（建造）时间的不同而造成功能和性能上的不同。

3 数据定义与处理

3.1 能耗数据定义

建筑能耗一般分为6大类，分别是用电量、用水量、燃气量（天然气量或煤气量）、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量、其它能源应用量：如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等。目前通常对用电量和集中供热耗热量进行计量监测。用电量分为4个分项，包括照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电。电量的4个分项是必分项，各分项可根据建筑用能系统的实际情况灵活细分为一级子项和二级子项，作为选分项。其它分类能耗不再分项。建筑总电耗就是建筑物所有用电设备在低压侧消耗的总电量。

照明插座用电是指建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电的总称。照明插座用电包括普通室内照明、办公设备插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电，共4个子项。

空调用电是为建筑物提供空调、采暖服务的设备用电的统称。空调用电包括冷热站用电、空调末端用电，共2个子项。

动力用电是集中提供各种动力服务（包括电梯、非空调区域通风、生活热水、自来水加压、排污等）的设备（不包括空调采暖系统设备）用电的统称。动力用电包括电梯用电、水泵用电、通风机用电，共3个子项。

特殊区域用电是指不属于建筑物常规功能的用电设备的耗电量，特殊用电的特点是能耗密度高、占总电耗比重大的用电区域及设备。特殊用电包括信息中心、洗衣房、厨房餐厅、游泳池、健身房、基本不耗能设备以及非本建筑用电或其它特殊用电。

在计量表具接入以及系统应用软件设计过程中都要严格遵守数据分类、分项定义原则。

3.2 能耗数据处理

建筑能耗数据处理主要有建筑总能耗、建筑总用电量、单位面积用电数据、分项用电能耗数据计算、数据有效性验证、数据质量控制等内容。其中：

建筑总能耗是建筑各分类能耗（除水耗量外）所折算标准煤量之和，即：建筑总能耗＝总用电量折算标准煤量＋总燃气量（天然气量或煤气量）折算标准煤量＋集中供热耗热量折算标准煤量＋集中供冷耗冷量折算标准煤量＋建筑所消耗的其他能源应用量折算标准煤量。

建筑总用电量是指建筑物的四个电量分项能耗之和，即：建筑总用电量＝照明插座用电＋空调用电＋动力用电＋特殊用电。建筑物各种用电必须没有遗漏地纳入四个电量分项中。

分项用电能耗数据计算提出了基本计算原则：一是各分项用能耗增量应根据各计量装置的原始数据增量进行数学计算，同时计算得出分项能耗日结数据，分项能耗日结数据是某一分项能耗在一天内的增量和当天采集间隔时间内的最大值、最小值、平均值；根据分项能耗的日结数据，进而计算出逐月、逐年分项能耗数据及其最大值、最小值与平均值。二是当电表有功电能出现满刻度跳转时，必须在采集数上增加电表的最大输出数，保证计算处理结果的正确性。

在能耗监测系统的各级各类数据统计分析软件设计中，以上数据处理方法作为基本算法和统计原则应严格遵守，以确保数据质量、有效性和可比性。

4 数据编码规则

为保证能耗数据可进行计算机或人工识别和处理，保证数据得到有效传输和管理，支持高效率的查询服务，实现数据组织、存储及交换的一致性，建设部在《技术导则》专门发布了能耗监测系统的数据编码规则。数据编码分为能耗数据编码和能耗数据采集点识别编码。

能耗数据编码为细则层次代码结构，主要按7类细则进行编码，包括：行政区划代码编码、建筑类别编码、建筑识别编码、分类能耗指编码、分项能耗编码、分项能耗一级子项编码、分项能耗二级子项编码。编码后能耗数据由15位代码组成。见表1。

能耗数据采集点识别编码为细则层次代码结构，主要按5类细则进行编码包括：行政区划代码编码、建筑类别编码、建筑识别编码、数据采集器识别编码和数据采集点识别编码。能耗数据采集点识别编码由16位代码组成。见表2。

表1 能耗数据编码规则

表2 能耗数据采集点识别编码

显然，按照以上编码，系统能够准确、唯一地识别监测网络中的建筑物及其能耗分类、分项、数据采集器、采集点等定位信息，并且通过分项能耗的子项划分，直接识别到建筑设备及回路能耗。

5 结论

综上所述，在国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统的规划、设计和系统集成过程中，数据链的建设是十分重要的。在系统规划之初，就要从基本框架和管理体系上完成数据链基础设施规划，建设行政主管部门应考虑对系统建设的关键技术和产品实施认证和准入机制，同时加强对系统设计方案的审查和系统建成后的验收及运行管理。在数据链建设过程中，既要注意系统标准化设计，又要注重产品的标准化选型，特别是软件的标准化和专用化设计。从各个环节保证系统数据链的建设质量。

［1］建设部.国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则［M］.2008.

［2］建设部.国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则［M］.2008.

［3］清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告［M］.北京：中国建筑工业出版社，2010：174-182.

Research and Application on Data Link of Building Energy Consumption Monitoring System

Zhang Yongjian，Jia Lufeng，Li Ranran
（Shandong JianzhuUniversity，Shandong Provincial Key Laboratory of Intelligent Buildings Technology，Jinan 250101，China）

Public building energy consumption monitoring system is a distributed networks which has a realtime dynamic monitoring feature.In practical applications，the system should have highly efficient transport links to support monitoring data transmission.On this basis，the system can effectively analyze and deal with data processing.Therefore，we applyed the data link technology for improving the design of data transmission subsystem.Practice proves that the data link technology may help much in improving the transmitting property of the system.

Public Buildings；Building Energy Consumption Monitoring；Data Link

TP274＋.2

A

1674－7461（2010）04－0001－04

住房和城乡建设部项目（2010-K9-53），山东省国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测信息管理系统研制

张永坚（1956－），男，教授。主要研究领域：建筑智能化系统，建筑节能监测与节能控制。