（机械设计及理论专业论文）基于多级能耗模型的公共建筑可视化能耗监测平台关键技术.pdf

摘要 目前我国的建筑产业处于高速发展阶段，房屋建筑数量巨大，其建筑规模已 超过世界上任何一个发达国家。但是我国的房屋建筑无论从建筑围护结构还是从 采暖空调系统来看，都属于高能耗建筑，特别是政府部门、写字楼、教育机构等 公共建筑，它们的能耗量是普通居民住宅的1 0 2 0 倍，因此对公共建筑的能耗状 况进行强有力的监管、约束，开展有效的节能工作，对我国社会的进步和发展都 具有十分重大的意义。 因此本文开展了基于多级能耗模型的公共建筑可视化能耗监测平台关键技 术研究，引入多级能耗模型，解决了监测层次划分的问题，并结合w e b g i s 技术 开发了可视化能耗监测平台；构建了多级能耗数据库，应用改进的b p 神经网络 算法对各级能耗趋势进行预测，为能耗辅助审计决策和节能潜力分析提供参考； 提出了可扩展能耗审计和友好型能耗公示，在传统能耗审计和能耗公示的基础上 作了深化和提升，解决了用户在能耗审计和公示中自主性不强的问题。在此基础 上，本文又开发了一套可视化能耗监测平台。全文共分为六章： 第一章：阐述了本论文的研究背景以及能耗监测、预测和审计在国内外研究 现状的研究现状，指出了当前研究的不足之处，并给出本论文在这些方面的改进 和研究内容。 第二章：建立了基于多基能耗模型的可视化能耗监测平台。首先引入了多级 能耗模型，作为整个监测平台的基础，多级能耗模型从横纵两个方向覆盖了所有 的监测对象。其次结合基于f l 础技术的w r e b g i s 交互系统，构建了相应的场景 模型。 第三章：本章实现了基于多级能耗模型的建筑能耗预测方法构建了多级能 耗模型数据库，抽取不同能耗级别的数据采用附加动量法进行多级能耗训练，避 免了标准b p 算法的缺点，实现了对多级能耗数据的准确、便捷的预测。 第四章：本章从概念，内容和意义等方面对能耗审计和能耗公示进行了阐述， 结合多级能耗模型，对能耗审计和能耗公示的方式进行改进，并提出了可扩展能 浙江大学硕士学位论文摘要 耗审计和友好型能耗公示 第五章：本章在前文基础上开发了一个高校建筑能耗监测平台，分析了用户 数据需求，并简要介绍了系统的整体架构和主要组成部分以及相应的硬件支持， 还给出了能耗监测、能耗查询、能耗审计和能耗公示四项功能的运行界面图，并 重点给出了一份全面详尽的能耗审计报告，对开展建筑节能具有很强的现实意义 第六章：全文的总结与展望，总结了本文的研究工作及特色之处，并展望了 今后进一步的研究方向。 关键词：公共建筑，可视化能耗监测平台，w - e b g i s ，b p 神经网络， 可扩展能耗审计 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a tp r e s e n to u rc o u n t 巧sc o n s t n t i o n 试d u s t r yi si i lt l l e 鲍唱e 嘶t hr a p i d d e v e l o p m e m ，m e r ea r ea1 0 to fh o u s e s ，a 1 1 dn l ec o n s 价l c t i o ns c a l ei sm o r em a na i l y d e v e l o p e dc o u l l t 】了 i i lt l l e 、o r l d b u tn l eh o u s e si i lo u r c o u l l 仃y a r e l l i 曲- e n e r g y - c o n s u i n p t i o nc o n s 仇】c t i o i l si i lt e 肌so ft l l eb u i l d i l l g se n v e l o p eo rh e a t i l 略 a 芏l da i r c o n d i t i o n i n gs y s t e m 1 1 1p 碰i c u l a r ，l a 玛e - s c 柏ep u b l i cb u i l d i n g s s u c h 觞 g o v e 珊m e n td e p a m n e n t s ，o f j f i c e sa l l de d u c a t i o n a li 1 1 s t i 枷o i l sp l a yar o l ei 1 1e n e 玛y c o l l s u m p t i o na i l d 也e i re n e r g yc o n s u i n p t i o ni s 10t o2 0t i m e sb i g g e rm a no r d 血a d r r e s i d e n t i a lb u i l d i i l g s s ot h e 蚰n gc o r l s 仃a i l l t sm a r l a g e m e n to ft l l el a 玛ep u b l i ci so f 铲e a ts i 印i f i c a l l c et ot h es o c i a l sp r 0 伊e s sa i l dd e v e l o p m e mi no u rc o u n t 巧 s or e s e a r c ho fk e yt e c l l l l i q u e so fl a r g e - s c a l ep u b l i cb u i l d i n g s 访s u a le n e r g y c o l l s u i n p t i o nm o l l i t o r i n gp 1 利：1 0 咖b a s e do nm u l t i - l e v e le n e r 斟c o n s u m p t i o nm o d e li s c a m e do u t m u l t i - l e v e le n e r g yc o n s u m 皿o nm o d e li si n l r o d u c e d b a s e do n 、) l ，：k c ha i l d w e b g i sv i s u a le n e r g ) ，c o i l s u m p t i o nm o r l i t o r i r 培p l 硝b n ni sd e v e i o p e d ；c o n s t r u c ta m m t i 1 e v e le n e r g yc o n s 啪p t i o nd a 讪a u s e 肌du s e 姐i i l l p r o v e db pn e u r a ln e t 、) i ，o r k a j g o r i t i l i i l t os u p p o r t 也ee n e r g yc o n s u m 两o na s s i s t e da u d i td e c i s i o n sa n de n e 玛y s a v i i 冯p o t e n t i a l 趾a l y s i s ；t h ee x p a n s i b l ee n e r j g ) r a u d i ta n dt l l e 伍e n d l ye n e r g y e m c i e n c yp u b i i c 时i sp u tf o r 婀帕，w k c hi st h ep r o m o t i o no ft 1 1 e 仃a d i t i o n a lw a y a n d av i s u a le n e 哟，m o l l i t o r i n gp l a t f b mi sd e v e l o p e db a s e do nm et e c h n o i o g i e sr c f e r e n c e d a b o v ea sa i le x 锄p l eo f 也ea p p l i c a t i o n t 1 1 i sa n i c l eh a s6c h a p t e r s ： c h 印t e rl ：t h ed e v e l o p m e n to fh o u s 堍c o n 咖l c t i o n i 1 1o u rc o u i l 衄i si 1 1 仃d d u c e d c u r r e n ts “咖o no fs t u d y ，a th o m ea i l da b r o a d ，o nm o i l i t o r i n g ，f o r e c a s t 锄【da u d i to f e n e r g yc o n s u m p t i o ni sl i s t e d ，a n dm ep r o b l e m so f 吼l p e r v i s i o no ne n e r g yu s ea r e a n a l y z e d f 洒a l l y 也em a j nc o n t e n t so f 廿l ef i j l lt e ) ( ta r es u m m a r i z e d c h a p t e r2 ：v i s 砌m o i l i t o r i n gt e c m q u eo fe n e 聊c o n s 啪面o nb a s e do nw e b g i s i s b u i l t f i r s t l y ，m u l t i 一1 e v e le n e r g ) rc o n s u i i l p t i o nm o d e li s i i i 缸d d u c e dw l l i c hh a s c o v e r e da l l 也eo b j e c t st 0b es u p e i s e d 嬲t h eb a s eo fm ew h o l en l o l l i t o r m gp l a t f o n n s e c o n d l y l ew e b g i si l 】t e r a c t i o ns y s t e mb a s e do nf l a u s h i si n 仃o d u c e d 锄l dt h e i v 浙江大学硕士学位论文 c o n s p o n d i n gs c e n eh a sb e e nc o n s t n l c t e d c h 印t e r3 ：a ne n e r g yc o n s 啪p t i o nf o r e c a s tm e t h o db a s e do nm u l t i - l e v e le n e r g y c o n s 啪p t i o nm o d e li sp u tf o n ) l 甜d am u l t i - l e v e le n e r g yc o n s 啪p t i o nd a t a b a s ei s c o n s 仇l c t e da 1 1 dm ed a t af 如md i f ! f e r e n te n e 礓yc o n s u i n p t i o n1 e v e li se x _ t r a c t e dt ob e 俩n e d 诵n 1a d d i t i o n a li n o m e 曲眦nm e t l l o d ，w r h i c hc a l la v o i dm es h o r t a g eo f 啦咄k d b pa l g o r i t l l m 趾da c l l i e v e 廿l ea c c u r a n c ya i l dc o n v e l l i e n c e 行d mm u l t i - l e v e le n e r g ) ， c o n s u m p t i o n f o r e c a s t c h a p t e r4 ：1 k sc h a p t e ri s d i v i d e di n t 0 觚op a n s ，e n e r 斟a u d i ta n de 1 1 e r g y e f ! f i c i e n c yp u b l i c 时b o 也a r ei n 劬d u c e di i lt e m so fc o n c e p ta n dc o n t e 她a i l d 也e s i 鲥f i c a l l c eo ft 1 1 ea u d i ti se l a b o r a t e da d d i t i o n a l l y t h e r ea r et 、n e wc o n c e p t sp u t f 0 刑a 甩t l l ee x p a n s i b l ee n e 玛ya u d i ta n dt l l e 衔e n d l ye n e r g ye f ! f i c i e n c yp u b l i c 时 c h a p t e r5 ：ab u i l d i n ge n e r g yc o l l s 啪p t i o nm o i l i t o r i n gp l a t f o mo fau i l i v e r s i 够i s d e v e l o p e da c c o r d i n gt 0t l l el 【1 1 0 w l e 以em e m i o n e da b o v e n eu s e rn e e do f 咖i s a n a l y z e d t h eo v e r a l ls 仃1 l c t u r eo f t h es y s t e mi ss i m p l yi n t r o d u c e d ，a sw e ha l s 廿1 em a i n p a r t sa n d 恤c o r r e s p o n d i l l gs u p p o r to fh a r d w a r e a tl a s tt l l eo p e m t i o ni 旅施髓so f e i l e r g yc o n s u m p t i o nm o i l i t o r i n g ，e n e r g yq u e r y ，e n e r g ye 佑c i e n c yp u b l i c 埘a i l de n e r g ) r a u d i ti sd i s p l a y e d c h a p t e r6 ：t h er e s e a r c h i n gr e s u l t so f 仳sa n i c l ea r es u i i 】m a r i z e d ，a 1 1 dm e 触u r e r e s e a r c l l i n gd i r e c t i o l l sa r ee x p e c t e d k e yw o r d s ：p u b l i cb u i l 血g ，砌e 1 1 e 嗡7m o i l i t o 血gp l a t f i o n l l ，w e b g i s ，b p n e u r a ln e t 、o r k ，e x p a l l s i b l ee n e 玛ya u d i t v 浙江大学硕士学位论文致谢 致谢 本论文是在费少梅副教授的精心指导下完成的。在我攻读硕士期间，无论在 科研上还是生活上，费老师对我的关心和帮助都非常大。在论文撰写过程中费老 师对我进行了详细指导，同时也鼓励我脚踏实地地去完成学位论文在此，我深 深地感谢费老师的关心与帮助、在学习和科研上对我的悉心教导和培养 感谢陆国栋教授对我论文的指导。陆老师为人和善、治学严谨，在日常交往 中我也深受感染和启发 感谢王进师兄在论文方面对我的细心指导，从课题选择到大纲确立，从完成 初稿到最终定稿，王进师兄都向我提出了很多有用的意见和建议。 感谢浙江大学工程与计算机图形学研究所的谭建荣院士、张树有教授、施岳 定教授、刘振宇教授和李凌丰、冯毅雄、伊国栋、程锦副教授、雷建兰、马晨华 老师等在我学习科研期间给予的指导和关心。 感谢已经毕业的耿玉磊、姜晓明、黄召亮、张海宁、尹辉等师兄和凌征琦师 姐，感谢你们在我硕士阶段给予的帮助和建议。感谢一同在实验室工作的李基拓、 陈健、刘炯宙、张海运、傅军亮、郑贵荣、朱广宇、张云龙、杨鹏、陈起进、来 佶人、商勇展、毕新宇、王贝、林孝俊、王炳文、李勇、叶蓓蓓、赖鹏等师兄弟， 正是因为有了你们，我的硕士生生涯才更加精彩。 感谢同窗好友叶友本、郭传龙、李大平、刘际轩、鞠永兵、豆瑞发、张庆、 吴嫒媛、赵鑫、周虹等同学在学习上对我的帮助和工作上对我的支持。 最后，感谢一直给予我最大支持和鼓励的父母及家人，你们的支持和鼓励也 是我一直努力的源泉。作为即将踏上社会的毕业生，我也将牢牢记住你们的教诲， 在今后的学习和工作中表现得更加出色! 金易笔谨致 2 0 1 2 年2 月于求是园 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 当今世界，经济的快速发展和科技的日新月异给我们的生活带来了很大的方 便和舒适。但是，在此背后所付出的代价是能源消耗的急剧增加，这最终将导致 地球上能源的枯竭。按照专家的估计，在当前的能耗增长率下，枯竭型能源将在 两三百年之内消耗殆尽，这是一个十分严峻的问题【l 】。 就我国而言，能源消耗也是一个重大的社会问题和经济问题。中国已经是世 界上第二大能源消费国，这对我国的能源供应是一个十分巨大的压力 目前，建筑能耗在我国的能源消耗中占据了较大比重，在社会终端能耗中已 经占到了的2 0 7 ，并且还在以每年1 个百分点的速度不断增加，其中主要原因 是建筑中拥有照明、炊事用具、空调、采暖和家用电器等大量的用能设备，每天 都消耗着大量能源。在以上建筑能耗中，公共建筑是能耗大户。据统计，我国拥 有的公共建筑约5 亿平方米，不足城镇建筑总面积的4 ，但是年耗电量却占我 国城镇建筑总能耗的2 0 以上，耗电量达到了7 0 3 0 0 k w b m 2 ，每平方米耗电量 是普通居民住宅的1 0 2 0 倍【2 1 。 另外，我国现有房屋建筑数量巨大，到2 0 0 8 年为止城乡已有的建筑面积达 4 5 0 亿l n 2 ，房屋建筑规模已超过世界上的任何一个发达国家。但是至今我国城乡 建筑中只有城市的3 2 亿m 2 房屋可算是节能建筑3 1 ，其余的无论从建筑围护结构 还是从采暖空调系统来看，都属于高能耗建筑。更令人担忧的是，直到现在，每 年竣工的新建筑中节能建筑还不到l 亿m 2 ( 主要建在北京、天津等大城市) 。也 就是说，按最乐观估计，不仅在全国已有建筑中9 5 以上为高能耗建筑，而且在 每年竣工的新建筑中9 0 以上仍属于高能耗建筑【4 1 。因此，对公共建筑能耗进行 强有力的监管、约束，开展有效的节能工作，对我国社会的进步和发展都具有十 分重大的意义 我国政府在“十一五”规划中就已经明确提出，到2 0 1 0 年末，单位g d p 能 浙江大学硕士学位论文第l 幸绪论 耗要比“十五”期末降低2 0 【5 1 ，即每年下降4 。在这个目标之下，节能和节电 等资源综合利用指标将纳入地方政府的政绩考核体系中“十一五”期间的工作 重点是“促进既有高耗能国家机关办公建筑和公共建筑节能运行和改造”，“十二 五”期间的工作重点是“建筑节能监管与技术应用并举”【6 】，可见建筑节能监管 是目前及较长一段时间内实现建筑节能的重要手段之一，有关人士还指出，如果 能够利用第三方提供的能耗监管体系，对我国的建筑节能事业的发展将大有益处 1 2 研究背景及概述 1 2 1 国内外公共建筑能耗监测的研究现状 能耗监测，即在建筑用能期间，对各个用能设备的能耗情况进行捕捉和监管， 当建筑能耗出现异常时及采取相应措施。目前，国内外都开展了一系列的能耗监 测工作，并发展了相应的能耗监测技术。我国住建部于2 0 0 9 年发布了国家机 关办公建筑和公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书【7 1 ，从国家层面对能 耗监测和节能工作予以重视，并为相关软件的开发指明了方向。 空调系统作为公共建筑中的能耗大户，是能耗监测中的重点关注对象，据统 计，公共建筑中央空调系统能耗占建筑总能耗的4 0 6 0 【明。许多单位都已经 开展了相应的能耗监测，监测部门根据监测计划完成监测，再进行现场测试，形 成测试报告，并反馈给被测单位【9 】。 陈梅等提出了一种公共建筑能耗监测系统【l o 】，其结构图如图1 1 所示： 图1 1 一种公共建筑能耗监测系统结构图 该系统的特色在于数据处理时采用了加法原则、减法原则和乘法原则，对各路能 耗数据的计算十分方便。而清华大学的能耗分项计量实时监测分析系统e m s i i 2 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 则站在更高的技术角度上直接对分项能耗进行统计，并在此基础上定期向用户反 馈能耗分析报告【l l 】。 华东建筑设计研究院的黄斌【1 2 1 等人介绍了基于a c r e l 5 0 0 0 的公共建筑能耗监 测系统【”】，已经应用于上海浦东的一个图书馆，对整个建筑能耗进行了完整的监 控与管理。该能耗监测系统能监控水电等各种能源的使用状况，并能绘制出各种 图形、报表等，方便用户分析研究。 北京中创立方软件有限公司推出的d a t a s e r 楼宇能耗分析系统【1 4 】，帮助楼宇 进行能耗数据统计，并提供能效分析、能耗审计等服务。这个系统集合了基础功 能、建筑能效分析、能耗模型服务、节能知识体系、专家远程会诊服务、在线节 能解决方案、能效标杆服务、数据报告服务和在线能耗审计等四大功能，已经应 用于上海城建国际中心等多项工程，在国内节能领域里处于较高水平。 c h e n y o n g p a j l 【1 5 】等人也对建筑能耗监测系统进行了研究，从硬件和软件方面 入手。其中在软件层通过持续层、应用层、表现层地划分构建了一个层次分明的 软件架构。整个系统体系也具备了较好的可扩展性。 但是目前对于如何运用先进的信息化技术和手段，进行建筑节能智能监测还 仅仅处于探讨研究阶段，而且应用领域中的能耗预测系统在人机交互和用户友好 性方面也有所欠缺，需要做更多改进。 1 2 2 国内外公共建筑能耗预测的研究现状 在能耗管理中，能耗预测是十分重要的方面，可以根据以往的用能情况对今 后的能耗走势做一个初步的判断，从而采取相应措施以预防能源浪费，同时也可 以为能耗警戒提供参考数据。目前工程界在能耗预测方面已经做了一定的工作。 宋应乾【1 6 】等人提出利用实际历史能耗数据，通过e q u e s t 软件【1 7 】建立相应模 型，并经过模拟得到全年的能耗数据，如图1 2 所示，并与该年度实际能耗数据 进行对比，结果如图1 3 所示。通过误差分析，发现大部分月份里耗电量的误差 都在1 0 左右，耗气量的数据则为2 0 。 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 耗t ；o l 电 i 州 要 量似 ： 州 、7 2o i h，hq 月份 a 耗电量 ? l ；6 7冉 9j nl ；l ! 月份 b 耗气量 照明水泵舔风机一制热一制冷办公设备一排热 图1 2 基准模型能耗状况 李然然【1 8 】等在研究了b p 神经网络之后，提出了一种利用标准数值优化技术 的快速算法，并对一组建筑能耗数据进行建模分析，建立了一个预测模型，在对 模型经过2 9 0 次的训练后，训练结果比较满意。 姚健等人通过b p 神经网络对“宁波建筑节能量化标准研究”项目中得到的 基础数据进行分析训练，其结果与通过d e s t - h 软件【1 9 】模拟计算所得的结果比较 接近，说明神经网络的模拟结果也较为适用，而相比于软件模拟，神经网络模拟 的优势在于只需输入相关参数即可【2 0 】。 l i ur e n y u a n 【2 1 】等人通过在g m ( 1 ，1 ) 和神经网络的联合基础上构建能耗预测模 型，充分利用了灰色预测所需数据量小、方法简单的优点和神经网络优秀的非线 性映射能力，新模型的准确度和方便性也比较好。 4 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 耗刚 电；皤 量 l f 勤 孓 ：螂i o 艄( l ：0ji ；i托廿i oi ll ： 月份 a 耗电量 l z34 567#9ml i1 2 月份 b 耗气量 j 实测数据实测数据 图1 3 基准模型模拟结果与实测值的对比 a l b e r t oh e m a l l d e z n e t o 等人对建筑能耗预测软件和人工神经网络在能耗预测 方面进行了比较。他们指出，通过e n 唧l u s 软件进行模型仿真预测，在8 0 的 数据库中的预测误差为1 3 左右，而利用神经网络时，不同的神经网络得出的预 测能耗和实际能耗吻合地更好，平均误差在1 0 左右【2 2 1 。 1 2 3 国内外公共建筑能耗审计和公示的研究现状 建筑能耗审计指专业的能耗审计人员受政府主管部门或业主的委托，对建筑 的部分或全部能耗活动进行检查、诊断、审核，对能耗利用的合理性做出评价， 并提出改进措施和建议，以增强政府对建筑用能活动的监控能力，提高建筑能耗 利用效率，是能耗监管的一个重要方面【2 3 1 。 为了推进企事业单位能耗审计工作，住房和建设部发布了政府办公建筑和 j!11lilllll止嚏!l_11l厦 i l l i i aj - i i l l i 咀 i i i i l l i j-馐1-i-lj|灌111111沮 i i l l l aj l l l l jj1111111111直1lllllij，。o。，-。，。，。，。lr，lr，-。，。p。，。l 稿 鲫 螨 删 矾 o 抓 “ 矧 婚 m o 耗气量g - 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 大型公共建筑能耗审计技术导则【2 4 1 ，对能耗审计的对象、重点进行了说明，同 时制订了能耗审计过程中的基本规定，明确了审计程序和审计内容，给出了审计 方法并对审计报告的格式和要求作出了相关说明。这份导则为各个单位开展能耗 审计工作指明了方向，在节能减排工作中发挥了巨大作用。 魏子东和霍小平【2 5 】对目前试行阶段建筑能耗审计中存在的问题进行了细致 分析，指出在大量已建成的建筑中，制约能耗审计的关键在于无法实现能耗分项 计量，同时，他们也给出了能耗审计工作的一些具体内容及方法。 华中科技大学的陈正军【2 6 】等人在对武汉某高层建筑进行能耗审计时，采用了 计算机能耗模拟与实地测量调查相结合的方法，对影响建筑能耗的因素进行了定 性评估和定量分析，再采用正交试验对建筑能耗影响因子的主次关系进行排序梳 理，评估该建筑的节能潜力，最后给出了适合本地区公共建筑节能减排的方法。 林森和龙恩深2 7 1 在掌握建筑体内设备系统、使用方式和能耗数据的基础上， 尝试利用d e s t c 能耗模拟软件和建筑能耗基因理论【2 8 】的特征温度法( 即c m t 法) ，对某建筑进行了能耗审计。在结果对比中发现，就全年耗电总量而言，在 d e s t c 软件环境下的模拟值比实际值小了5 2 4 ，而c m t 法的模拟值比实际值 小了3 7 6 3 。而在逐月对比中，则发现在采暖季节和过渡季节中d e s t c 和c m t 的模拟值都比实际值要小些，而且两者的模拟结果基本相同；在空调季节时期 d e s t c 和c m t 所得出的数值都偏差较大。这说明了在利用软件进行能耗模拟审 计时，要充分了解建筑的特点及软件的特性，才能得出较好的结果。 周智勇【2 9 】等对建筑能耗定额进行了研究，通过参数估计法、回归分析法、定 额水平法三种方法得到了不同定额水平，并进行了详细的分析和比较。该论文指 出，不同方法得出的定额水平反应的是对建筑能耗要求的不同。比如参数估计法 中的平均值法实际上代表的是“平均合理”的定额水平；而二次平均法则意味着“平 均先进”该文还指出，不同的定额方法的使用情况不同，不同的定额水平适用情 况也不同，决策者应当慎重选择，因为这将对能耗审计的结果造成较大影响。 j g o m e s 【3 0 】等人指出，完整、准确的能耗审计在节能方面可以发挥很大的作 用他们对葡萄牙的一幢学校建筑进行了审计，通过大量图表数据分析后得出， 6 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 实施节能措施的建筑其年耗电量减少了3 1 1 0 0 k w h ，相当于少排放二氧化碳1 4 6 2 0 公斤，节省费用4 0 0 0 欧元，即年均电费的2 8 。 在以上审计活动中，用户角色仍处在被动接受的地位，没有很主动地去做好 自我审计，为此本文将从能耗审计和能耗公示方面多做研究，帮助用户化被动为 主动，提高节能意识。 1 3 本文研究内容 针对以上研究现状，本文将运用先进的信患化技术和手段，支持公共建筑的 监控体系建设，深入研究建筑能耗数据的采集和监测，建立可视化的监测平台； 采用改进的b p 神经网络预测公共建筑的能耗；建立可扩展的能耗审计和友好型 能耗公示系统，促使用户提高节能意识，主动做好自我审计工作。全文共分为六 章，各章内容如下所述： 第一章：阐述了本论文的研究背景以及能耗监测、预测和审计在国内外研究 现状的研究现状，指出了当前研究的不足之处，并给出本论文在这些方面的改进 和研究内容。 第二章：建立了基于多基能耗模型的可视化能耗监测平台。首先引入了多级 能耗模型，作为整个监测平台的基础，多级能耗模型从横纵两个方向覆盖了所有 的监测对象。其次结合基于f 1 砒技术的w e b g i s 交互系统，构建了相应的场景 模型。 第三章：本章实现了基于多级能耗模型的建筑能耗预测方法。构建了多级能 耗模型数据库，抽取不同能耗级别的数据采用附加动量法进行多级能耗训练，避 免了标准b p 算法的缺点，实现了对多级能耗数据的准确、便捷的预测。 第四章：本章从概念，内容和意义等方面对能耗审计和能耗公示进行了阐述， 并结合多级能耗模型，对能耗审计和能耗公示的方式进行改进，提出了可扩展能 耗审计和友好型能耗公示。 第五章：本章在前文基础上开发了一个高校建筑能耗监测平台，分析了用户 数据需求，简要介绍了系统的整体架构和主要组成部分以及相应的硬件支持，设 浙江大学硕士学位论文 第l 章绪论 计并实现了能耗监测、能耗查询、能耗审计和能耗公示四项功能的运行界面，重 点给出了一份全面详尽的能耗审计报告，对开展建筑节能具有很强的现实意义 第六章：全文的总结与展望，总结了本文的研究工作及特色之处，并展望了 今后进一步的研究方向 1 4 本章小结 本章首先介绍了课题研究的背景和意义，阐述了公共建筑的能耗监测、预测、 审计和公示在国内外的研究现状，指出了当前研究中的不足之处，说明了本文的 研究方向一一以多级能耗模型为核心在能耗监测、预测、审计和公示等方面展开 研究，并阐明了本文的研究内容 浙江大学硕士学位论文第2 章基于多级能耗模型的可视化能耗监测平台 第2 章基于多级能耗模型的可视化能耗监测平台 【本章摘要】引入了多级能耗模型，进行详细介绍，并给出了样例分析；介绍了 w e b g i s 技术和f 1 a s h 技术，阐述了w | e b g i s 中场景的建模步骤，并通过f 1 础技 术实现w - e b g i s 的用户交互操作；在w e b g i s 的基础上，构建可视化监测平台， 充分融合多级能耗模型，通过地图显示模块、系统功能模块和数据库支持模块实 现各种用户操作。 2 1 引言 目前，工程界已经开发出了不少能耗监测软件，如上文所述的基于a c r e l 一5 0 0 0 的公共建筑能耗监测系统、d a t a s e r 楼宇能耗分析系统3 1 1 等，这些软件在能耗监 测方面提供了数据统计、比对、分析等基本功能，但监测体系较为单一，仅以设 备实体和建筑实体为监测对象，同时，这些软件在界面设计和用户操作的人性化 上还有待加强。 本章引入了多级能耗模型，从用能实体角度和行政业务角度对某用能单位进 行能耗分级监测，并在此基础上进行了可视化能耗监测平台的设计与开发。 2 2 多级能耗模型概述 2 2 1 多级能耗模型的概念 多级能耗模型【3 2 堤这个监测系统的构建基础，依据能耗数据传递级别划分监 测对象，并结合了能耗对象的基本信息、用能信息和归属关系。如图2 1 所示， 多级能耗模型共分为五级：能耗元素模型、设备模型、建筑模型、组织机构模型 和区域模型。其中能耗元素模型为初级模型，其余为高级模型，构建级别依次递 增 能耗元素模型：包括水表，电表、汽表等能耗计量终端。 9 浙江大学硕士学位论文第2 章基于多级能耗模型的可视化能耗监测平台 设备模型：包括空调、照明系统等各类用能设备 建筑模型：包括包含特定用能设备的建筑物。 组织机构模型：辖有特定建筑物的用能单位，如按行政院系、图书馆、体育 馆等机构进行分类建模，并在此基础上进行细化，如院系下包含研究室和实验室 等项目。 区域模型：辖有特定用能单位的管理区域，如学校各校区。 区域模型 组织机构模型 越 建筑模型 ? 鬻懋参 设备模型 能耗元素模型 - 露 么 喜譬 一 图2 1 多级能耗模型示意图 2 2 2 多级能耗模型样例详解 以高校为例进行多级能耗模型分析，可以以组织机构模型为核心，即行政结 构为主，从行政、教学、科研、后勤等多个角度进行划分，形成了以学校为能耗 机构总体，从各个角度细分的多级能耗模型，并且实现了业务机构和建筑设施的 1 0 浙江大学硕士学位论文第2 章基于多级能耗模型的可视化能耗监测平台 交叉式能级嵌套。 高校中组织机构模型如图2 2 所示。 图2 2 组织机构模型结构图 高校中区域模型如图2 3 所示： 图2 3 区域模型结构图 高校中建筑模型如图2 4 所示 图2 4 建筑模型结构图 浙江大学硕士学位论文第2 章基于多级能耗模型的可视化能耗监测平台 高校中设备模型如图2 5 所示： 图2 5 设备模型结构图 高校中能耗元素模型如图2 6 所示： 图2 6 能耗元素模型结构图 分析以上各图可知，各个模型的连接枢纽是建筑，说明了建筑是多级能耗模 型的核心载体，也佐证了对建筑实现能耗监测的重要性。对于图2 6 表示的能耗 元素模型，其所连接的用能载体并没有直接列出，这是因为实际运用中情况复杂， 应根据具体情形确定能耗元素是连接到房间、楼层还是建筑。 2 3 基于f l a s h 技术的w e b g i s 交互系统 2 3 1w e b g i s 交互系统的技术基础 本文所介绍的w | e b g i s 交互系统，以g i s 技术和f l a s h 技术作为支持，现分 述如下： g i s 全称为g e o 伊印1 1 i ci n f o m a t i o ns y s t e m ，即地理信息系统，该技术对实际 环境中各种对象的空间数据进行采集、管理，通过建模方式使各对象在软件系统 1 淅江大学硕士学位论文第2 章基于多级能耗模型的可视化能耗监测平台 中显示。g i s 的应用领域非常广，包括资源管理、城市规划和管理、生态环境管 理与模拟等等，本文也将把g i s 系统引入能耗监测系统之中，实现能耗监测的可 视化 w - e b g i s 是指运行在网络平台上的地理信息系统，是互联网和地理信息系统 相结合的产物【3 孙。在传统的g i s 平台中，采用的都是客户端形式，用户需要事先 下载大量数据，安装软件，不具备移动性。w e b g i s 采用了b s 架构，用户只要 在有网络的情况下通过浏览器即可访问目标站点，实现了较好的移动性，同时也 省去了软件下载和安装的繁琐。 相比于客户端g i s 系统而言，w 曲g i s 的优势十分明显： 1 全球化的b s 应用 在世界范围内，只要有网络的地方，就可以使用w | e b g i s 提供的各种服务。 2 普及化的g i s 服务 由于w - e b g i s 服务都是通过浏览器使用，同时也可通过浏览器上的各种插件 加以调用，而浏览器和插件都是免费的，所以大大增加了w r e b g i s 的潜在用户数 量。相比之下，传统的客户端g i s 因其过高的成本和技术门槛，导致其成为小范 围内一些专家使用的专业性工具，不容易普及。 3 良好的可扩展性 鉴于不同的用户对w 曲g i s 服务有不同的要求，当今的w 曲g i s 结构体系也 设计得更加开放，便于跟互联网中的其他信息服务进行完整集成。 4 跨平台特性 在w 曲g i s 出现以前，大部分g i s 客户端厂商都会为删o w s 、l i i m x 、u n 和m a c 硫o s h 等操作系统提供相应版本，但遗憾的是尚未出现一个真正可以跨操 作系统的g i s 客户端。而基于浏览器的w 曲g i s 则完全抛开了操作系统的限制， 在任何操作系统上均可运行。 f l a s h 是a d o b e 公司的交互式矢量图和动画软件，在经历了十多个版本之后 f l a s h 软件已经变得十分强大，不仅在动画方面提供了更多的功能，同时其脚本语 言a c t i o n s c r i p t 3 0 也已经转变为一门成熟的面向对象语言，完全可以进行独立的 浙江大学硕士学位论文第2 章基于多级能耗模型的可视化能耗监测平台 软件开发。 本文选择f l a u s h 技术进行w 曲g i s 表达基于以下原因【3 4 】： 1 f l a s l l p l a y e r 装机率高 据统计，全球9 7 的p c 机上均安装了f l a s h p l a y e r ，这为s 、f 形式的内容铺 平了传播道路，因为用户不需要安装新的插件。 2 f l a s h 具有很好的跨平台性 无论是晰n d o w s 用户、l i i m x 用户还是m a c i n t o s h 用户，a d o b e 公司都提供了 相应的f l a s l l p l a y e r 版本，这也s 、 ，f 内容的推广扫除了平台障碍。 2 3 2w 曲g i s 中的场景建模 普通的w e b g i s 中使用的都是在二维尺度下描述的俯瞰式区域图，主要通过 点元素、线元素和面元素3 5 1 对地图上的各种信息进行描绘与表征，这种描绘方法 的缺点在于所表达的意象形态过于简单，与实际环境中各实体的外观信息等联系 不紧密，这种表达方式适用于面积超大的地理范围，如全球地理信息系统，国家、 省、市级的地理信息系统。 对于能耗监测系统而言，在实际运行中将涉及到具体的建筑楼宇、室内细节， 所以传统的俯瞰式地图不再适用故本文采用小范围内三维建模的方法进行g i s 信息表达，结合区域内的二维数据制作地图，能更加直观地展现建筑外形，方便 用户进行交互操作。 根据三维建模的经验，对于场景范围小、细节要求高的场景模型，比较适合 用3 d m a x 进行建模【3 6 1 该建模过程分为三部分：地图绘制、外形建模和纹理制 作，整个流程如图2 7 所示。 浙江大学硕士学位论文第2 章基于多级能耗模型的可视化能耗监测平台 底图绘制外观建模纹理制作 一一一一一一l 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 图2 7 虚拟场景制作流程图 2 3 3 基于f l a s h 的w 曲g i s 用户交互 在本文所设计的w e b g i s 系统中，除了形象直观的用户界面以外，良好的交 互操作是其区别于传统监测系统的最主要特征，本系统以建筑热区交互操作为亮 点，架起前端用户需求和后台数据库之间的桥梁。 热区交互的制作流程如图2 8 所示。 m a p e d i t o r 介绍 m a p e d i t o r 是一款为配合本文w 曲g i s 运行而开发的工具软件，用于建筑热 区边界坐标绘制，其工作界面如图2 9 所示 该软件采用了a d o b e 公司推出的a i r 平台，用f l e xb u i l d e r 开发。a i r 平台 全称为a d o b e1 1 1 t e g r a l i e d 黜m t i i i l e ，是一个跨操作系统的运行时。m a p e d i t o r 作为 整个w 曲g i s 制作过程中的一个工具，采用甜r 平台开发也和上文中w 曲g i s 的 跨操作系统思想保持一致。 浙江大学硕士学位论文第2 章1 基于多级能耗模型的可视化能耗监测平台 开发热区编辑器p e di t o r 上 导入等角视图场景底图 上 相关热区描点 上 保存为x m l 文件 上 s w f 运行时读取蛐1 文件 并绘制相应热区 图2 8 热区绘制流程 图2 9 m a p e d i t o r 工作界面 m a p e d i t o r 核心代码类如下： m 印c 觚v a s 。删类为地图区域类，包含了地图容器和操作按钮的布局 m 印c a n v a s a s 类为m a p c 锄v a s 删的绑定脚本，其主要功能函数为 o p e n m a p o ( 打开地图) 、o n s e l e c t o ( 选择地图) 、洲a r k o ( 开始标记) 、咖m 矾【o ( 停止标记) 和s a v e a s x m l o ( 保存文件) 。 h o t s p o t d a t a 嬲为地图数据类，即用来记录建筑热区边缘的关键点坐标，其 主要功能函数为伽m o 姗0 v m o ( 鼠标按下响应) 、伽i m o u s eu _ p o ( 鼠标担起响应) 、 o n m o u s e c l i c k o ( 鼠标单击响应) 、d 阳w i ，i i 圮o ( 热区轨迹绘制) 和阳v e 叫保存 1 6 浙江大学硕士学位论文 第2 章基于多级能耗模型的可视化能耗监测平台 为蹦l 文件) 。 m 印e d i t o