CN109917706B - 一种基于大数据的居住建筑节能效果监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于节能监测技术领域，公开了一种基于大数据的居住建筑节能效果监测系统及方法；包括：采集各类型建筑物的能耗信息；统计范围内各类型建筑物的能耗，计算统计各种类型建筑物的能耗范围；统计在建筑物节能改造后与改造前的节能差值，计算与总能耗的比率；将理论值与实际能耗降低率相比较，根据差值大小选定建筑物进行检测分析；将差值较大的建筑物定义为不达标建筑物，进行节能调查与改善策略的制定；对不达标建筑物进行针对性节能改造。本发明方法对居住建筑物进行能耗的大数据统计，在大数据的统计基础上，进行针对性的节能监测与节能改造，工作效率高，节能监测精确。

Description

一种基于大数据的居住建筑节能效果监测系统及方法

技术领域

本发明属于节能监测技术领域，尤其涉及一种基于大数据的居住建筑节能 效果监测系统及方法。

背景技术

在现今，大型建筑物的节能方法多样，且效果良好，但是在某些建筑物中， 还是会出现大量的资源浪费，由此，检测建筑物在节能过程中的效果问题，尤 为重要。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的大型建筑物节能效果监测一般 都独立与整个建筑，监测繁琐且不能整体层面监测建筑物节能工作，工作量大。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于大数据的居住建筑节能 效果监测系统及方法。

本发明是这样实现的，一种基于大数据的居住建筑节能效果监测方法，所 述基于大数据的居住建筑节能效果监测方法包括：

第一步，采集各类型建筑物的能耗信息；

第二步，统计范围内各类型建筑物的能耗，计算统计各种类型建筑物的能 耗范围；建筑物能耗计算方法包括：以月为计算单位采用稳态的计算方法，建 立建筑的热平衡方程，求取建筑的冷热需求；求解过程中将建筑内部作为一个 统一的整体，建筑内部各房间温度分布均匀；

用于计算供热需求、供冷需求的建筑每个月的稳态的热平衡方程：

Q_H/C＝Q_T+Q_V-η×(Q_S+Q_I)；

式中：Q_H/C为供暖/冷需求，kW·h/(m²·a)；Q_T为围护结构传热冷/热损失， 包括所有围护结构、热桥传热损失的累计值，kW·h/(m²·a)；Q_v为通风热损失， kW·h/(m²·a)；Q_S为太阳能辐射得热，采暖季取正值，制冷季取负值，kW·h /(m²·a)；Q_I为内部得热，kW·h(m²·a)；η为自由得热利用系数；

各项得热失热的值由下式进行计算：

Q_T＝A×U×f_t×Gt；

Q_v＝V_v×n_inf×C_pρ×G_t；

Q_s＝r×g×A_w×G；

Q_I＝t_heat×q_i×A_TFA；

式中：A为围护结构面积，m²；U为围护结构U值，W/(m²·K)；f_t为温度 折减系数；G_t为供暖度时数，h；V_v为通风体积，m³；n_inf为渗透换气次数；C_pρ 为空气热容；r为折减系数；g为玻璃的太阳能得热系数；A_w为窗户面积，m²； G为年辐射量，kW·h；theat为供暖天数，d；q_i为单位平米内部得热量，kW·h； A_TFA为TFA面积，m²；

第三步，统计在建筑物节能改造后与改造前的节能差值，计算与总能耗的 比率；

第四步，将理论值与实际能耗降低率相比较，根据差值大小选定建筑物进 行检测分析；

第五步，将差值较大的建筑物定义为不达标建筑物，进行节能调查与改善 策略的制定；

第六步，对不达标建筑物进行针对性节能改造。

进一步，所述第五步中的节能调查包括：

(1)找出能源消耗的设备；

(2)能源消耗的原因；

(3)能源消耗的时段、季节分析；

(4)对能耗做出具体的分析；

对建筑的能耗定量分析主要采用的是综合性指标分析法，即综合影响建筑 能耗各个方面因素，包括建筑维护结构、空调系统、其它建筑设备，通过建筑 物的统计数据，以建筑物实际的能耗数据作为表达建筑能源消耗现状的指标。

进一步，所述第六步中的建筑物节能改造包括：

(1)确认原建筑物的围护结构设计条件，计算原有建筑体形系数和相应的 热工参数热阻、传热阻、热惰性指标、总传热系数、内表面最高温度、防潮验 算)；

(2)设计依据节能标准确定围护结构节能设计指标和设计内容，如墙体计 算热惰性指标D＝3.57＜4，且太阳能吸收系数ρ＝0.50时，根据不同地区的节能 标准要求，进行具体设计；

(3)确定节能改造设计方案，即：可将所有原铝窗、钢窗改为塑钢单玻窗， 钢质门改为木质门；屋面可采用除以上轻质保温砂浆外其他4种高效保温材料， 进行分块分区布置；墙体采用现场发泡PURF、轻质保温砂浆、聚苯乙烯板、挤 塑型聚苯乙烯板，分别设置在1～4层外墙外表面；

(4)在对围护结构保温隔热进一步复核后，对保温层作防冷凝验算，各构 造层内侧计算的实际水蒸汽压力不宜大于其饱和水蒸汽分压力，含湿量不应大 于规范限值，否则应作隔汽处理。

本发明的另一目的在于提供一种执行所述基于大数据的居住建筑节能效果 监测方法的基于大数据的居住建筑节能效果监测系统，所述基于大数据的居住 建筑节能效果监测系统包括：

居住建筑物产生能耗设备类型统计模块，与主控模块连接；用于统计居住 建筑物产生能耗设备类型；

主控模块，与居住建筑物产生能耗设备类型统计模块、居住建筑物能耗计 算模块、建筑物节能率模块、理论能耗值与实际能耗降低率比对模块、节能率 不达标建筑物统计模块、针对性节能改造模块连接，用于利用单片机控制各模 块正常工作；

居住建筑物能耗计算模块，与主控模块连接；用于统计范围内各类型建筑 物的能耗，计算统计各种类型建筑物的能耗范围；

建筑物节能率模块，与主控模块连接；用于统计在建筑物节能改造后于改 造前的节能差值，计算其余总能耗的比率；

理论能耗值与实际能耗降低率比对模块，与主控模块连接；用于将理论值 与实际能耗降低率相比较，根据差值大小选定建筑物进行检测分析；

节能率不达标建筑物统计模块，与主控模块连接；用于将差值较大的建筑 物定义为不达标建筑物；

针对性节能改造模块，与主控模块连接；用于对不达标建筑物进行节能调 查与改善策略的制定，并根据节能策略进行节能改造。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于大数据的居住建筑节能效果 监测方法的节能监测平台。

本发明的优点及积极效果为：该发明方法实现了基于大数据的对各类型建 筑物的节能监测，统计各类型居住建筑物各产生能耗的主要途径，统计与了解 各类型建筑物的能耗情况，在大数据的统计基础上，进行针对性的节能监测与 节能改造，工作效率高，节能监测精确，设有便于监测建筑物中的节能效果与 便于对建筑物节能改良，设有针对性节能改造，对建筑物精确监测并进行针对 精确的节能改良。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于大数据的居住建筑节能效果监测系统结构 示意图；

图中；1、居住建筑物产生能耗设备类型统计模块；2、居住建筑物能耗计 算模块；3、建筑物节能率模块；4、理论能耗值与实际能耗降低率比对模块；5、 节能率不达标建筑物统计模块；6、针对性节能改造模块7、主控模块。

图2是本发明实施例提供的基于大数据的居住建筑节能效果监测方法流程 图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并 配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于大数据的居住建筑节能效果监测系 统包括：

居住建筑物产生能耗设备类型统计模块1、主控模块7、居住建筑物能耗计 算模块2、建筑物节能率模块3、理论能耗值与实际能耗降低率比对模块4、节 能率不达标建筑物统计模块5、针对性节能改造模块6。

居住建筑物产生能耗设备类型统计模块1：与主控模块7连接；用于统计居 住建筑物产生能耗设备类型；

主控模块7：与居住建筑物产生能耗设备类型统计模块1、居住建筑物能耗 计算模块2、建筑物节能率模块3、理论能耗值与实际能耗降低率比对模块4、 节能率不达标建筑物统计模块5、针对性节能改造模块6连接，用于利用单片机 控制各模块正常工作；

居住建筑物能耗计算模块2：与主控模块7连接；用于统计范围内各类型建 筑物的能耗，计算统计各种类型建筑物的能耗范围；

建筑物节能率模块3：与主控模块7连接；用于统计在建筑物节能改造后于 改造前的节能差值，计算其余总能耗的比率；

理论能耗值与实际能耗降低率比对模块4：与主控模块7连接；用于将理论 值与实际能耗降低率相比较，根据差值大小选定建筑物进行检测分析；

节能率不达标建筑物统计模块5：与主控模块7连接；用于将差值较大的建 筑物定义为不达标建筑物；

针对性节能改造模块6：与主控模块7连接；用于对不达标建筑物进行节能 调查与改善策略的制定，并根据节能策略进行节能改造。

本发明实施例提供的居住建筑物产生能耗设备类型包括：

医院、住宅小区、学校、工厂等大型建筑物。

本发明实施例提供的基于大数据的居住建筑节能效果监测方法包括：

S101：统计与了解各类型建筑物的能耗情况，便于监测建筑物中的节能效 果与便于对建筑物节能改良；

S102：统计范围内各类型建筑物的能耗，计算统计各种类型建筑物的能耗 范围；

S103：统计在建筑物节能改造后与改造前的节能差值，进一步计算其与总 能耗的比率；

S104：将理论值与实际能耗降低率相比较，根据差值大小选定建筑物进行 检测分析；

S105：将差值较大的建筑物定义为不达标建筑物，进行节能调查与改善策 略的制定；

S106：对不达标建筑物进行针对性节能改造。

步骤S102中，本发明实施例提供的建筑物能耗计算方法包括：

以月为计算单位采用稳态的计算方法，建立建筑的热平衡方程，求取建筑 的冷热需求；求解过程中将建筑内部作为一个统一的整体，建筑内部各房间温 度分布均匀；

用于计算供热需求、供冷需求的建筑每个月的稳态的热平衡方程如下：

Q_H/C＝Q_T·+Q_V-η×(Q_s+Q₁)

式中:Q_H/C为供暖/冷需求，kW·h/(m²·a)；Q_T为围护结构传热冷/热损失， 包括所有围护结构、热桥传热损失的累计值，kW·h/(m²·a)；Q_V为通风热损失， kW·h/(m²·a)；Q_S为太阳能辐射得热，采暖季取正值，制冷季取负值，kW·h /(m²·a)；Q_I为内部得热，kW·h(m²·a)；η为自由得热利用系数；

各项得热失热的值由下式进行计算：

Q_T＝A×U×f_t×G_t、

Q_v＝V_v×n_inf×C_pρ×G_t

Q_s＝r×g×A_w×G

Q_I＝t_heat×q_i×A_TFA

式中：A为围护结构面积，m²；U为围护结构U值，W/(m²·K)；f_t为温度 折减系数；G_t为供暖度时数，h；V_v为通风体积，m³；n_inf为渗透换气次数；C_pρ 为空气热容；r为折减系数；g为玻璃的太阳能得热系数；A_w为窗户面积，m²； G为年辐射量，kW·h；theat为供暖天数，d；q_i为单位平米内部得热量，kW·h； A_TFA为TFA面积，m²。

步骤S105中，本发明实施例提供的节能调查包括：

(1)找出能源消耗的设备；

(2)能源消耗的原因；

(3)能源消耗的时段、季节分析；

(4)对能耗做出具体的分析；

对建筑的能耗定量分析主要采用的是综合性指标分析法(Integrated Index)，即综合影响建筑能耗各个方面因素，包括建筑维护结构、空调系统、其它建筑 设备等，通过建筑物的统计数据，以建筑物实际的能耗数据(如耗电量、耗煤、 耗气等)作为表达建筑能源消耗现状的指标。

步骤S106中，本发明实施例提供的建筑物节能改造包括：

采用高效保温材料，如聚苯乙烯泡沫塑料、聚乙烯泡塑、现场发泡硬质聚 氨酯泡塑(PURF)、挤塑型聚苯乙烯泡塑、轻质保温隔热砂浆等；

(1)确认原建筑物的围护结构设计条件，如门窗、屋面、墙体原有构造及 饰面作法，计算原有建筑体形系数和相应的热工参数(热阻、传热阻、热惰性 指标、总传热系数、内表面最高温度、防潮验算)；

(2)设计依据节能标准确定围护结构节能设计指标和设计内容，如墙体计 算热惰性指标D＝3.57＜4，且太阳能吸收系数ρ＝0.50时，根据不同地区的节能 标准要求，进行具体设计；

(3)确定节能改造设计方案，即：可将所有原铝窗、钢窗改为塑钢单玻窗， 钢质门改为木质门；屋面可采用除以上轻质保温砂浆外其他4种高效保温材料， 进 行分块分区布置；墙体可采用现场发泡PURF、轻质保温砂浆、聚苯乙烯板、挤 塑型聚苯乙烯板，分别设置在1～4层外墙外表面；

(4)在对围护结构保温隔热进一步复核后，对保温层等作防冷凝验算，各 构造层内侧计算的实际水蒸汽压力不宜大于其饱和水蒸汽分压力，含湿量不应 大于规范限值，否则应作隔汽处理。

本发明的工作原理是：本发明通过居住建筑物产生能耗设备类型统计模块 1，统计与了解各类型建筑物的能耗情况，便于监测建筑物中的节能效果与便于 对建筑物节能改良，通过居住建筑物能耗计算模块2，统计范围内各类型建筑物 的能耗，计算统计各种类型建筑物的能耗范围。通过建筑物节能率模块3，统计 在建筑物节能改造后与改造前的节能差值，进一步计算其与总能耗的比率。通 过理论能耗值与实际能耗降低率比对模块4，将理论值与实际能耗降低率相比 较，根据差值大小选定建筑物进行检测分析。通过节能率不达标建筑物统计模 块5，将差值较大的建筑物定义为不达标建筑物，进行节能调查与改善策略的制 定，最后通过针对性节能改造模块6，进行针对性节能改造。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的 限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变 化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种基于大数据的居住建筑节能效果监测方法，其特征在于，所述基于大数据的居住建筑节能效果监测方法包括：

第一步，采集各类型建筑物的能耗信息；

第二步，统计范围内各类型建筑物的能耗，计算统计各种类型建筑物的能耗范围；建筑物能耗计算方法包括：以月为计算单位采用稳态的计算方法，建立建筑的热平衡方程，求取建筑的冷热需求；求解过程中将建筑内部作为一个统一的整体，建筑内部各房间温度分布均匀；

用于计算供热需求、供冷需求的建筑每个月的稳态的热平衡方程：

Q_H/C＝Q_T+Q_V-η×(Q_S+Q_I)；

式中：Q_H/C为供暖/冷需求，kW·h/(m²·a)；Q_T为围护结构传热冷/热损失，包括所有围护结构、热桥传热损失的累计值，kW·h/(m²·a)；Q_V为通风热损失，kW·h/(m²·a)；Q_S为太阳能辐射得热，采暖季取正值，制冷季取负值，kW·h/(m²·a)；Q_I为内部得热，kW·h(m²·a)；η为自由得热利用系数；

各项得热失热的值由下式进行计算：

Q_T＝A×U×f_t×G_t；

Q_v＝V_v×n_inf×C_pp×G_t；

Q_S＝r×g×A_w×G；

Q_I＝t_heat×q_i×A_TFA；

式中：A为围护结构面积，m²；U为围护结构U值，W/(m²·K)；f_t为温度折减系数；G_t为供暖度时数，h；V_v为通风体积，m³；n_inf为渗透换气次数；C_pp为空气热容；r为折减系数；g为玻璃的太阳能得热系数；A_w为窗户面积，m²；G为年辐射量，kW·h；t_heat为供暖天数，d；q_i为单位平米内部得热量，kW·h；A_TFA为TFA面积，m²；

第三步，统计在建筑物节能改造后与改造前的节能差值，计算与总能耗的比率；

第四步，将理论值与实际能耗降低率相比较，根据差值大小选定建筑物进行检测分析；

第五步，将差值较大的建筑物定义为不达标建筑物，进行节能调查与改善策略的制定；

第六步，对不达标建筑物进行针对性节能改造；

所述第五步中的节能调查包括：

(1)找出能源消耗的设备；

(2)能源消耗的原因；

(3)能源消耗的时段、季节分析；

(4)对能耗做出具体的分析；

对建筑的能耗定量分析采用的是综合性指标分析法，即综合影响建筑能耗各个方面因素，包括建筑维护结构、空调系统、其它建筑设备，通过建筑物的统计数据，以建筑物实际的能耗数据作为表达建筑能源消耗现状的指标；

所述第六步中的建筑物节能改造包括：

(1)确认原建筑物的围护结构设计条件，计算原有建筑体形系数和相应的热工参数热阻、传热阻、热惰性指标、总传热系数、内表面最高温度、防潮验算；

(2)设计依据节能标准确定围护结构节能设计指标和设计内容，墙体计算热惰性指标D＝3.57＜4，且太阳能吸收系数ρ＝0.50时，根据不同地区的节能标准要求，进行具体设计；

(3)确定节能改造设计方案，即：可将所有原铝窗、钢窗改为塑钢单玻窗，钢质门改为木质门；墙体采用现场发泡PURF、轻质保温砂浆、聚苯乙烯板、挤塑型聚苯乙烯板，分别设置在1～4层外墙外表面；

(4)在对围护结构保温隔热进一步复核后，对保温层作防冷凝验算，各构造层内侧计算的实际水蒸汽压力不宜大于其饱和水蒸汽分压力，含湿量不应大于规范限值，否则应作隔汽处理。

2.一种执行权利要求1所述基于大数据的居住建筑节能效果监测方法的基于大数据的居住建筑节能效果监测系统，其特征在于，所述基于大数据的居住建筑节能效果监测系统包括：

居住建筑物产生能耗设备类型统计模块，与主控模块连接；用于统计居住建筑物产生能耗设备类型；

主控模块，与居住建筑物产生能耗设备类型统计模块、居住建筑物能耗计算模块、建筑物节能率模块、理论能耗值与实际能耗降低率比对模块、节能率不达标建筑物统计模块、针对性节能改造模块连接，用于利用单片机控制各模块正常工作；

居住建筑物能耗计算模块，与主控模块连接；用于统计范围内各类型建筑物的能耗，计算统计各种类型建筑物的能耗范围；

建筑物节能率模块，与主控模块连接；用于统计在建筑物节能改造后于改造前的节能差值，计算其余总能耗的比率；

理论能耗值与实际能耗降低率比对模块，与主控模块连接；用于将理论值与实际能耗降低率相比较，根据差值大小选定建筑物进行检测分析；

节能率不达标建筑物统计模块，与主控模块连接；用于将差值较大的建筑物定义为不达标建筑物；

针对性节能改造模块，与主控模块连接；用于对不达标建筑物进行节能调查与改善策略的制定，并根据节能策略进行节能改造。

3.一种应用权利要求1所述基于大数据的居住建筑节能效果监测方法的节能监测平台。

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