CN106768044A - 一种建筑能耗检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑能耗检测方法，包含几个步骤：1.在待检测的建筑上放置多个检测点来进行检测，并产生建筑能量评估报告；2.将建筑能量评估报告转换成电子数据输送给能耗数据中转模块；3.能耗数据中转模块将电子数据转换成传输包的形式加入时间发送给大型网络服务器；4.将包含发送时的时间的传输包再次采取上一步发送的方式发送给数据存储器，同时将其发送给PC端，并进行显示，本发明结合信息技术对建筑能耗检测，不仅考虑了外扰(气候环境)对建筑能耗的影响，还将建筑本体因素、内扰(设备运行)对建筑能耗的影响也放在考虑的范围内，具有全面性、实用性、自动化高的特点。

Description

一种建筑能耗检测方法

技术领域

本发明涉及建筑能耗领域，涉及一种建筑能耗检测方法。

背景技术

伴随着中国经济的飞速发展和逐渐提高的生活水平，在社会总能耗中，建筑能耗所占的比例越来越高，据统计，人类从自然界所获得的50％以上的物质原料用来建造各类建筑及其附属设施，这些建筑在建造与使用过程中消耗了全球能源的50％左右；同时作为发展中国家，处于经济高速发展和现代化的进程中，必须要协调好能源利用与保护环境的关系，坚持以人为本和可持续发展观，最大化的实现资源集约利用。

建筑的节能设计，需要对气候，包括风、光、雨，对地形、地貌等一切地方特质的把握，但是，当今建筑的复杂程度已经远远超过了仅凭建筑师主观判断或者经验就可以判断以及把握的程度，这就需要凭借先进的计算机技术进行复杂的数据计算和实时的动态模拟,来进行建筑物初步的能耗分析,实现建筑的绿色节能设计。对建筑的能耗进行检测有助于建筑的节能化，因此，必须对建筑的能耗进行全面检测。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的一种建筑能耗检测方法。

为达到上述技术方案的效果，本发明的技术方案为：一种建筑能耗检测方法，包含以下步骤：

1)在待检测的建筑上放置多个检测点，检测点上包含智能测量仪表、通信接口、无线通信芯片；

智能测量仪表用于测量待检测的建筑的能耗，内含微处理器芯片，微处理器芯片用于处理测量的数据，测量的数据包含外部影响、建筑设计、设备运行；

外部影响包含空气温度、空气湿度、风速、风向、太阳辐射量、气压风速；

建筑设计包含功能使用类型、建筑体型、内部影响、围护结构，功能使用类型包含建筑的使用性质，包含住宅、商业、办公，建筑体型包含建筑的形状、建筑的层数、建筑的面积、建筑的高度，内部影响包含设备发热、人员密度、人员活动，围护结构包含屋顶、外墙、内墙、门窗的材料以及门窗洞口的大小；

设备运行包含空调系统的参数、照明系统的参数、热水系统的参数，空调系统的参数包含室内设计参数、空调系统种类、空调系统吹风的风速及类型，照明系统的参数包含照明的管理，照明功率；热水系统的参数包含热水系统类型及工作情况；

通信接口用于连接检测点与能耗数据中转模块；

智能测量仪表的工作原理为，首先，根据建筑设计建立待检测建筑的模型，待检测建筑的模型是有效保有能量的包络建筑结构和主要室内结构的模型，微处理器芯片自动地将结构标记，定义能量计算的结构群组，其中将设备运行考虑在内，将能量分布在能量计算的结构群组上，能量高的区域颜色深，能量浅的区域颜色浅，通过无线通信芯片连接网络来补充外部影响，作为参数输入到能量计算的结构群组中，并且调整能量计算的结构群组的结构以提高计算的精度，补充额外数据的值，额外数据的值包含建筑外壳元素以及结构特征，建筑外壳元素将所有具有相同建筑朝向、建筑所用元素类型、建筑填充和建筑厚度的元素都放在一起，并列示为一个统一的条目，统一的条目带有与能量评估相关的属性，包含热导系数和建筑渗透，计算能量平衡计算，并产生建筑能量评估报告，建筑能量评估报告以数值数据、条形图的形式呈现，数值数据包含建筑几何数据、建筑外壳性能数据、传热系数、能量排放值，条形图统计了一年消耗能量源的数量以及价格，消耗能量源包含环境能源、天然气能源、电源；

2)将建筑能量评估报告转换成电子数据输送给能耗数据中转模块，电子数据传输的模式采取中断的方式，将电子数据分成一个个传输包，当能耗数据中转模块接收到一个传输包后，产生一个中断的信号，发送给检测点，再发送下一个传输包给能耗数据中转模块，直到所有电子数据都发送完毕；

3)根据电子数据的内容，能耗数据中转模块为其命名，并加入当前时间、计算电子数据的大小，能耗数据中转模块将当前时间与电子数据的大小发送给大型网络服务器，然后将传输包发送给大型网络服务器，发送时在传输包中加入发送时的时间，采取三次发送机制，每个传输包都被发送三次，并且当传输出现问题时，调用断电续传，记录此时的问题时间点，从问题时间点的传输包开始发送，并对发送时的时间进行更新将其改为问题时间点；

4)将包含发送时时间的传输包再次采取上一步发送的方式发送给数据存储器，数据存储器包含两部分，高速缓冲存储器以及外存储器，高速缓冲存储器只存储当前发送的包含发送时时间的传输包，并将其发送给PC端和外存储器，外存储器接收后永久保存，而PC端将发送时时间的传输包解析后显示于PC端的显示屏，当包含发送时时间的传输包接收完毕，将所有数据综合，以一个待检测建筑为单位，显示在PC端的显示屏上。

本发明的有益成果是：本发明借助了飞速发展的信息技术，结合信息技术对建筑能耗检测可以使建筑的节能检测更加科学化、方便、自动化，不仅考虑了外扰(气候环境)对建筑能耗的影响，还将建筑本体因素对建筑能耗的影响以及内扰(设备运行)对建筑能耗的影响也放在考虑的范围内。可以融入到建筑方案的施工过程中，能对建筑的能量性能提供有价值的反馈，这样建筑师就可以做出更好的决策，改变建筑形体或者改变建筑使用材料等，既符合规定又满足用户及建筑运行人员的要求，同时节约了能源，为建筑的可持续发展做出贡献。

附图说明

图1为本发明的建筑能耗检测方法的布局结构图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：

实施例1：

建筑能耗分为广义与狭义。广义的建筑能耗指的是建筑从场地整理、建造、施工、使用、销毁整个过程中的能源消耗。狭义的能耗指的是建筑在使用过程中，，例如采暖和制冷、电气、照明和通风中消耗的能源。在狭义的能耗中，一般只考虑建筑采暖和制冷所产生的能耗。建筑能耗模拟指通过计算机建模和计算分析，对建筑物的使用能耗进行预测评估。它采用的方法是建立数学模型对建筑进行准确地描述，同时对可能会影响建筑能耗的各种因素进行准确地描述。建筑能耗模拟具有复杂性和动态性，能耗的变化是动态的，如建筑形体、屋顶的构造形式、墙体的颜色和保温、玻璃材质的选择、遮阳等都会对建筑能耗产生影响，其中各种因素相互关联，过程又极为复杂。

影响建筑能耗的因素很多，在《建筑节能计算机评估体系研究》中，对影响建筑能耗的各因素进行统计，其主要分为三类，一是指建筑周边环境及气候因素的外部条件；二是与建筑设计相关的因素；三是和建筑的运行管理相关的因素。专业能耗模拟是基于这三类因素的影响全面地进行考虑，而在实际的运行中，各种因素之间也相互影响，并影响建筑的能源消耗。

1)外扰对能耗模拟的影响

建筑室外的气候环境即外扰，空气温度和湿度、风速和风向、太阳辐射强度等都在外扰范畴内。外扰通过围护结构，以热对流或热辐射方式与室内环境进行热交换。

建筑本身的属性和一些参数构成建筑本体因素，包括几何造型、结构的材质等。而其他影响因素都直接地或间接地由建筑本身作用于建筑，对建筑室内环境产生影响，其充当了建筑热交换的媒介，从而导致建筑室内湿度、温度及光照、透气性等方面的改变。所以，建筑本体设计的好坏，会直接对建筑能耗产生影响。

建筑本体因素有很多，主要由建筑朝向、建筑形体、外墙与屋面的传热系数、地面热阻、窗墙比、外窗传热系数和遮阳系数等因素组成。建筑本体因素对建筑能耗的影响主要有以下几方面：

①不透明结构主要包括外墙、屋顶和地面，对能耗的影响主要体现在传热系数和热惯性两个指标。一般而言，传热系数越小，建筑的保温隔热性能越好，建筑能耗也越小。除此之外，不透明结构具有较大的热惯性，通过其传递的热量及温度波动与外扰之间会存在一定的衰减关系。结构的热容量越大，蓄热能力就越大，热稳定性就越好，这对减少建筑能耗有积极的意义。

②半透明结构主要指外窗，对建筑能耗的影响主要体现在传热系数、遮阳系数、可见光透过率和气密性四方面。与不透明结构相比，外窗的保温隔热性较差，尤其在冬季，通过外窗的热损失非常大，所以改善外窗的热工性能对建筑节能有重要意义。外窗传热系数对能耗的影响和不透明结构类似，传热系数越小，保温隔热性能越好。遮阳系数是指在法向入射条件下，通过半透明构件的太阳得热率，与相同入射条件下通过标准构件太阳得热率的比值。遮阳系数值越小，外窗抵挡太阳辐射的能力越强。这对夏季降低制冷负荷有利，但却不利于冬季采暖。可见光透过率是指在透过玻璃组件的太阳光中可见光所占比率。比率越高，自然采光越好，室内的照明负荷越小，并且可见光携带的热量并不多，对空调负荷并无太大影响。外窗的气密性对外窗的冷风渗透热损失影响很大，气密性等级越高，热损失就越小，这样能显著降低冬季的采暖能耗。

③窗墙比是指外窗洞口面积与立面墙体面积的比值，对能耗的影响比较复杂，不同地区、不同朝向，窗墙比对建筑能耗的影响都不同。一般来说，由于窗户的保温隔热性能不如墙体，随着窗墙比的增加，建筑能耗尤其是夏季的供冷负荷会逐渐变大。但考虑室内采光需要，窗墙比确不是越小越好。

④体形系数是建筑外表面积和建筑体积的比值，它反映了建筑单体外形的复杂程度。体形系数越大，说明单位体积所对应的外表面积越大，则通过外表面积和室外交换的热量越多，建筑能耗也越高。

⑤建筑朝向不同，各垂直面受到的太阳辐射强度也不一样。同时，由于各地主导风向不同，建筑朝向会很大程度上影响建筑自然通风状况，从而成为影响建筑能耗和室内空气质量的重要因素。

2)内扰对能耗模拟的影响

室内人员及照明、空调等电气设备的散热、散湿过程即内扰。这个过程对房间的热作用，包括潜热和显热两方面。散湿过程导致潜热散热，而显热散热是指其与室内环境之间通过两种形式进行热交换，一种热交换形式是把热量直接通过对流的形式传递给建筑室内的空气，另外一种热交换形式以辐射的方式进行热量传递，其对象为周围各个表面，再通过室内空气与各物体表面进行对流换热，还是逐渐将热量传给建筑室内的空气。内扰影响因素包含设备与照明的功率、人均占有面积、空调运行时间、室内设定温湿度、制冷剂、换气频率等因素。

实施例2：

在数据采集过程中，采用RS485总线接口，智能测量仪表的通信协议主要采用了Modbus-RTU通信协议。RS485总线接口具有结构简易、成本低廉、方便与现场仪表对接等特点。Modbus通信协议的优点是信号传输稳定可靠、容错能力强、软件编程较容易实现。数据采集模块查找了各配置包中的各模块的通信地址，按照地址进行循环读取。

为了保证系统RS485总线接口的正常工作，通信过程中必须进行超时检测。一般取超时时间为系统正常通信时间的3至5倍，当系统超时后，如果没有反应，则退出本次采集，重新发送该模块的采集指令进行再次采集程序，延时一段时间后，重新对该模块进行采集，同时超时计数器加1，当超时计数器累加到3时，判定该支路模块为物理故障，放弃对其进行采集，记录该支路模块信息，跳过该支路模块，采集地址加1，继续其余模块的采集工作。

数据存储过程，取1分钟为最小采集周期，则每天的数据总量约为45.9MB，1个月的存储所需空间为31×45.9MB＝1423MB。本系统采用2GB的SD卡作为临时存储介质，可以满足1个月的存储需求。数据存储过程中可扩展STM32处理器可以通过SPI或者SDIO两种通信方式与SD卡进行通信。本发明中采用的是SDIO总线模式，分为主机端和设备端两端，所有的通信都是由主机端发出命令开始的。设备端端只要能解析设备端的命令，就可以同设备端进行通信。本发明在SD卡中建立1至31个文件夹，每个文件夹代表每个月的1至31日，每天的数据存入对应的文件夹中。

本发明具备的功能为：1)数据采集:持定时采集，周期可以1分钟到1小时灵活配置；支持同时对64台计量装置设备进行数据采集；支持同时对不同种类的计量装置进行数据采集，包括电能表(含单相电能表、三相电能表、多功能电能表)、水表、燃气表、热(冷)量表等。

2)数据存储:配置2GB容量的SD卡存储器，可存储1个月的能耗数据信息。

3)数据传输:支持同时向2个数据中心(服务器)发送数据，因传输网络故障等原因造成传输中断时，待恢复网络传输功能后，利用断点续传可将数据进行重新传输。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求保护范围。同时以上说明，对于相关技术领域的技术人员应可以理解及实施，因此其他基于本发明所揭示内容所完成的等同改变，均应包含在本权利要求书的涵盖范围内。

本发明的有益成果是：本发明借助了飞速发展的信息技术，结合信息技术对建筑能耗检测可以使建筑的节能检测更加科学化、方便、自动化，不仅考虑了外扰(气候环境)对建筑能耗的影响，还将建筑本体因素对建筑能耗的影响以及内扰(设备运行)对建筑能耗的影响也放在考虑的范围内。可以融入到建筑方案的施工过程中，能对建筑的能量性能提供有价值的反馈，这样建筑师就可以做出更好的决策，改变建筑形体或者改变建筑使用材料等，既符合规定又满足用户及建筑运行人员的要求，同时节约了能源，为建筑的可持续发展做出贡献。

Claims (1)

1.一种建筑能耗检测方法，其特征在于，包含以下步骤：

1)在待检测建筑上放置多个检测点，所述检测点上包含智能测量仪表、通信接口、无线通信芯片；

所述智能测量仪表用于测量所述待检测建筑的能耗，内含微处理器芯片，所述微处理器芯片用于处理测量的数据，所述测量的数据包含外部影响、建筑设计、设备运行；

所述外部影响包含空气温度、空气湿度、风速、风向、太阳辐射量、气压风速；

所述建筑设计包含功能使用类型、建筑体型、内部影响、围护结构，所述功能使用类型为建筑的使用性质，包含住宅、商业、办公，所述建筑体型包含建筑的形状、建筑的层数、建筑的面积、建筑的高度，所述内部影响包含设备发热、人员密度、人员活动，所述围护结构包含屋顶、外墙、内墙、门窗的材料以及门窗洞口的大小；

所述设备运行包含空调系统的参数、照明系统的参数、热水系统的参数，所述空调系统的参数包含室内设计参数、空调系统种类、空调系统吹风的风速及类型，所述照明系统的参数包含照明的管理，照明功率；所述热水系统的参数包含热水系统类型及工作情况；

所述通信接口用于连接所述检测点与所述能耗数据中转模块；

所述智能测量仪表的工作原理为，首先，根据所述建筑设计建立所述待检测建筑的模型，所述待检测建筑的模型是有效保有能量的包括建筑结构和主要室内结构的模型，所述微处理器芯片自动地将结构标记，定义能量计算的结构群组，其中将所述设备运行考虑在内，将能量分布在所述能量计算的结构群组上，能量高的区域颜色深，能量浅的区域颜色浅，通过所述无线通信芯片连接网络来补充所述外部影响，作为参数输入到所述能量计算的结构群组中，并且调整所述能量计算的结构群组的结构以提高计算的精度，补充额外数据的值，所述额外数据的值包含建筑外壳元素以及结构特征，所述建筑外壳元素将所有具有相同建筑朝向、建筑所用元素类型、建筑填充和建筑厚度的元素都放在一起，并列示为一个统一的条目，所述统一的条目带有与能量评估相关的属性，包含热导系数和建筑渗透，进行能量平衡计算，并产生建筑能量评估报告，所述建筑能量评估报告以数值数据、条形图的形式呈现，所述数值数据包含建筑几何数据、建筑外壳性能数据、传热系数、能量排放值，所述条形图统计了一年消耗能量源的数量以及价格，所述消耗能量源包含环境能源、天然气能源、电源；

2)将所述建筑能量评估报告转换成电子数据输送给能耗数据中转模块，所述电子数据传输的模式采取中断的方式，将所述电子数据分成一个个传输包，当所述能耗数据中转模块接收到一个所述传输包后，产生一个中断的信号，发送给所述检测点，再发送下一个所述传输包给所述能耗数据中转模块，直到所有所述电子数据都发送完毕；

3)根据所述电子数据的内容，所述能耗数据中转模块为其命名，并加入当前时间，计算所述电子数据的大小，所述能耗数据中转模块将所述当前时间与所述电子数据的大小发送给大型网络服务器，然后将所述传输包发送给所述大型网络服务器，发送时在所述传输包中加入发送时的时间，构成发送时的时间的所述传输包，采取三次发送机制，每个所述传输包都被发送三次，并且当传输出现问题时，调用断电续传，记录问题时间点，将所述发送时的时间的所述传输包修改为所述问题时间点的所述传输包，即对所述发送时的时间进行更新将其改为所述问题时间点；

4)将所述发送时的时间的所述传输包再次采取上一步发送的方式发送给数据存储器，所述数据存储器包含两部分，高速缓冲存储器以及外存储器，所述高速缓冲存储器只存储当前发送的所述发送时的时间的所述传输包，并将其发送给PC端和所述外存储器，所述外存储器接收后永久保存，而所述PC端将所述发送时的时间的所述传输包解析后显示于所述PC端的显示屏，当所述发送时的时间的所述传输包接收完毕，将其综合，以一个所述待检测建筑为单位，显示在所述PC端的显示屏上。