建筑能耗分项监测系统现状

适用于大型公共建筑的能耗分项计量与监测的概念于2004年被提出，在随后的5年内，各级政府、高等院校和科研单位合作开展了一系列试点工程。与此同时，建筑能耗监测相关的政策和标准也逐步推行。2006年《全国民用建筑工程设计技术措施——节能专篇（电气分册）》中提出电气回路要加装电能计量装置。同年出台的《绿色建筑评价标准》在“公共建筑节能与能源利用”章节中规定“新建的公共建筑，冷热源、输配系统和照明等各部分能耗进行独立分项计量”。2008年印发的《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设相关技术导则》对建筑分项能耗数据采集、传输，计量系统设计、施工、验收与运行维护进行了系统化的规定。2009年起，全国各级政府开始实施每年报送政府办公建筑和大型公共建筑节能监管体系工作进展情况。根据该报送信息统计结果显示，截至2012年年底，全国累计对3860余栋建筑进行了能耗动态监测；共23个省（区、市）先后分五批被列为能耗动态监测平台建设试点；共209所高等院校被列为节约型校园建设试点，其中校园能耗监测平台建设作为试点工程的一项重要内容。

随着相关政策和标准的逐步推进，在政府、高等院校及科研单位的大量示范工程带动下，自2009年起，涌现出大量以公共建筑能耗计量与监测为主营业务的企业。就国家发改委公布的节能服务公司备案名单统计显示，自2010年至今，以公共建筑能耗计量与监测为主营业务的节能服务公司每年新增约80家，现总备案公司有225家，占备案节能服务公司总量的6.9%。其中，在经济发展程度较高的地区，此类企业较多；北京占25%，上海、江苏、浙江占22%，广东省占10%，而西部省份仅占6.7%。这表明，建筑能耗计量与监测系统作为可以满足实时监控能耗状况、加强运行监管、发现节能潜力、衡量改造效果等细致多样化的管理和节能需求的节能管理技术，已经广泛被市场接受和应用。随着经济发展水平的不断提升，对建筑节能的需求也将变得日益迫切，建筑能耗监测平台的建设和应用也将越来越广泛。

1．建筑能耗分项计量的发展背景

随着我国当代经济的高速发展，大型公共建筑与日俱增。自2000年以来，我国大型公共建筑的建筑面积以逐年平均12%的速度在增长；2000年全国公共建筑面积只有32×108m2，到2008年就达到78×108m2（见图2.24）。这种高速的发展在创造更多城市地标和新颖的公共空间的同时，也带来了巨大的能源消耗。有专家曾研究大型公共建筑的能耗特点与其他类型建筑的区别，研究对比了大型公共建筑与普通公共建筑和住宅建筑，表明虽然大型公共建筑的建筑总面积不足总体的10%，但其能耗强度（即单位面积耗能量）是住宅建筑的10～15倍，普通公共建筑的4～6倍（清华大学建筑节能研究中心，2010；江亿，薛志峰，2004）。这意味着在城市化的高速进程中，大型公共建筑将带来比城市化进程更快的能源需求增长，这对我国的自然资源和长期稳定发展都将构成威胁。

图2.24　2000—2008年我国公共建筑面积的逐年变化情况

对此，我国学者和政府都予以高度重视，自2005以来，国家及地方各级政府出台了一系列针对大型公共建筑节能的政策，将此列入建筑领域节能工作的重点来抓。然而大型公共建筑不同于住宅，其能耗水平具有很大的差异性，即便是同类型、同规模的建筑，其能耗水平也能相差50%；这是由大型公共建筑系统复杂、设备繁多、运行维护管理水平差异大等因素导致的。这种相互之间的巨大差异表明大型公共建筑具有较大的节能潜力，并且通过许多学者的大量调研发现，大型公共建筑普遍存在10%～30%的节能潜力（江亿，薛志峰，2004；龙惟定，2007；杨晓敏，2007）。

大量的大型公共建筑节能诊断案例表明，建筑中存在的能源浪费的问题千差万别，难以统一度量与解决，并且一些问题竟发生在建筑设计之初的“节能措施”上，通过实地测试可知这些“最新的节能技术”在实际运行中适得其反（清华大学建筑节能研究中心，2010；薛志峰，等，2005）。这样的问题在大型公共建筑中普遍存在，也是大型公共建筑节能项目与住宅等其他类建筑的重要区别。可以看出，如不了解建筑的实际用能状况，不知道能源都消耗在什么地方，就很难对建筑的用能情况有基本的认识，也很难有针对性地开展节能工作，而很容易走到“堆砌节能技术”的歧途上。

在国家大力倡导建筑节能的环境下，对建筑能耗的认识水平提出了新的要求，传统的能耗管理模式已经不能适应新形势的需求。同时，面对大型公共建筑系统的复杂性和能耗水平的多样性，简单地由运行维护管理人员每个月抄总电表的数据和每日在机房里抄设备面板上的参数，已经完全不能满足“发现节能潜力”“衡量改造效果”的建筑节能基本要求。并且在能耗数据记录过程中有大量的人员手工操作，很容易出现丢数、错数、时间不精准等问题，使得对建筑能耗水平的认识产生许多无谓的偏差。

针对上述大型公共建筑节能工作中的问题，清华大学的江亿院士于2004年首次提出要对大型公共建筑建设能耗分项计量系统。该年10月，江院士与薛志峰在《科技潮》上撰文《审视北京大型公共建筑节能》，以北京居民建筑、普通公共建筑和大型公共建筑三类建筑的统计能耗数据为基础，分析指出大型公共建筑用电是节能重点，用电分项计量与能耗定额管理是有效途径。从此，全国各类院校、各级政府部门和许多企业开始了对建筑能耗分项计量全方位的研究和实践工作。

近些年在对能耗数据的研究上，产生了许多颇有成效的研究成果与工程实践。首先，对于建筑能耗分项计量的重要性，全社会予以了一致的认可，并由此开始催生一片新的市场，也有越来越多的企业投入建筑能耗分项计量的研究工作上来［霍尼韦尔（中国）有限公司，2008］。其次，能耗数据为政府的节能管理工作提供有力的技术支持，也跳出单纯的技术应用和设计评分的路线，开始采用能耗定额管理的模式（江亿，2007；梁境，2009）。第三，能耗分项计量和监测系统已经从实验室走向市场，现阶段已有不少科研院所和企业专门开发建筑能耗监测平台体系，也取得了阶段性的成果（魏庆芃，2009）。

建筑能耗分项计量的工作，国外起步更早。在此方面，美国于20世纪80年代就开始了相关研究；1985年美国西北太平洋实验室（PNL）向美国能源部（DOE）提交了一份名为《公共建筑终端用能计量清单》的报告，报告中指出开展建筑分项计量的重要性（Heidell，et al，1985）。但基于此报告的研究表明，广泛开展分项计量的成本极高，故此项工作搁浅。这项研究虽然是从总能耗拆分出发寻求分项能耗，但是一个良好的方向性尝试。从90年代开始，美国劳伦斯伯克利实验室（LBL）提出了适用于逐时能耗拆分的EDA（End–use Disaggregation Algorithm）方法，该方法仍然是从建筑总能耗数据出发，将建筑总能耗与外温线性拟合和DOE-2模拟两种方法相结合（Akbari，1995）。EDA方法在能耗数据拆分方法上的一个重大进步是提出了一套以分项能耗预估计为前提、支路实际能耗为基准的拆分方法。有了这样一套能耗拆分办法，LBL开发了建筑能耗信息系统（EIS），重点对建筑的分项能耗运行状况和节能改造收益进行监测。

虽然国外在建筑能耗分项计量方面的工作比中国起步要早，但基本停留在研究阶段，没有大范围开展，明确了能耗分项计量的重要性，但由于受限于技术成本而没有普遍应用，多见于对建筑总能耗拆分的分析和对单体建筑的案例分析。同时，由电力和计量公司为导向的分表计量（或称分户计量）也基本在20世纪的后20年才广泛开展。与分项计量不同的是，分表计量很快被市场接纳，并得到广泛应用。

2．建筑能耗分项计量工作的政策轨迹

2004年10月，江亿院士与薛志峰撰文指出，大型公共建筑用电是节能重点，用电分项计量与能耗定额管理是有效途径。2005年，以北京市政府为先导，开展节能示范工程，在2005年完成中央国家机关10座办公建筑、北京市10座办公建筑节能诊断，旨在初步建立一套多建筑能耗共享的数据交流平台。

2005—2006年，清华大学完成部分中央国家机关办公建筑节能诊断工作，分析整理北京市10家试点政府机构节能诊断结果，先后向国务院机关事务管理局和北京市政府谏言推行大型政府办公建筑能耗分项计量系统。并承担了北京市科委“大型公共建筑耗电量实时统计、分析、发布与定额管理系统”课题。

2006年3月份起，清华大学建筑节能研究中心设计、研发了建筑能耗分项计量系统硬件、软件平台，并在民政部、中联部、国家发改委等政府办公大楼，以及北京发展大厦、清华大学节能楼等公共建筑中，进行分项计量电表安装改造、数据网络传输、数据库搭建、实时动态数据展示、能耗数据分析与节能诊断等一系列的试点工作，初步解决了该系统的技术、经济、工程等实际应用中的关键问题。

2007年1月，财政部经济建设司领导在调研中听取了江亿院士关于在北京、上海、深圳三大城市中率先建立大型公共建筑能耗分项计量实时分析系统的建议。2007年4月，财政部、建设部在北京召开了专题研讨会，拉开了建立建筑节能监管体系的序幕。2007年6月，国务院印发《节能减排综合性工作方案》，对全国范围各个行业的节能工作给出明确的指导性意见（国务院，2007）。

2007年10月14日，财政部印发关于《国家机关办公建筑和大型公共建筑节能专项资金管理暂行办法》的通知，明确指出专项资金使用范围包括安装分项计量装置、数据联网等搭建建筑能耗监测平台的补助支出（财政部，2007）。同年10月23日，财政部、建设部联合下发了《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》，以及《国家机关办公建筑和大型公共建筑节能监管体系建设实施方案》，在北京、天津、深圳三个城市率先建立动态监测平台，并由中央财政给予适当支持（财政部，建设部，2007）。

2008年4月1日，修订后的《中华人民共和国节约能源法》正式施行，条文指出“县级以上地方各级人民政府有关部门应当加强城市节约用电管理”。2008年6月，住建部颁发《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》，对能耗数据采集对象、采集方法、数据处理方法、编码规则等首次做出了具体而详细的规定（住建部，2008）。2008年10月1日，《民用建筑节能条例》开始施行，条例中明确提出对新建公共建筑应当安装用电分项计量装置，对既有公共建筑的节能改造也应当安装用电分项计量装置（国务院，2008）。

2011年7月11日，住建部印发《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统数据上报规范》，在明确建筑能耗层级上报的基础上，更加规范了能耗数据的收集方法和定义命名（住建部，2011）。

从政府对于能耗分项计量的一系列政策可以看出，建筑能耗分项计量工作在政府的大力倡导下从试点到推广、从方案到规范，已经逐步走上了良性发展的道路（见图2.25）。但同时值得注意的是，现阶段分项计量在全国范围内的开展还多是停留在面上，即重工程数量轻质量，重产品推广轻研究；并且国家层面的能耗管理还只是在关注建筑年总能耗的水平上，虽然各级地方已经逐步建设了分项计量系统，但更大规模的计量数据平台仍然是一个空缺，也成为更进一步集中管理的羁绊。

图2.25　我国大型公共建筑能耗分项计量工作发展轨迹（清华大学建筑节能研究中心，2010）

3．建筑能耗分项计量的现状

大型公共建筑能耗分项计量工作经历近七年的发展，在科研和工程实践两大方面均取得了一定的成果。下面笔者仅从文献调研的角度对现状做一个小结，需要说明的是，这种小结会遗漏一些规模较小的研究单位和企业，所以只能算作一个抽样调查，选取代表单位来总结。

高等院校在能耗分项计量的整体工作中扮演着引领者的角色。在2008年以前，能耗监测平台体系尚未被社会广泛接受，这个时间段内基本是以高等院校为核心在一边研究一边实践。清华大学、同济大学、重庆大学、湖南大学、西安建筑科技大学、大连理工大学等学校率先在各自所在的城市，通过当地政府及相关部门的支持与配合，进行能耗分项计量平台系统最初期的实践。在这个时期，深圳建筑科学研究院、上海建筑科学研究院、长三角研究院也与高校合作，开展了一些该方面的初步工作，积累了宝贵的经验。这一时期处于对平台系统的数据结构的摸索阶段，各地急于给大楼安装电表，尚未系统研究数据平台的结构与构成，经常出现丢数、错数、计量数据不知属性等问题；这些经验和教训为后一阶段形成标准的能耗分项计量数据库认识奠定了基础。在能耗数据的认识方面，主要有两方面的工作：其一，在初步前期调研的基础上，利用建筑热过程模拟软件（如DeST、EnergyPlus）计算建筑能耗，并与计量得到的实测数据进行比较；其二，能耗指标体系被提出，并初现雏形。这两方面的工作在日后都有进一步的发展。

在此基础上，分项计量系统进入一个快速发展的阶段。至今公开学术成果的科研单位就有30余所，广泛分布于全国各地。2006年，由同济大学提供技术支持，上海市初步建立了商用建筑信息数据库，集成了95栋商用建筑的基本信息和全年总能耗，有效地辅助了政府的能源监管工作（陈晨，等，2006）。2007年，福建省建筑科学研究院调研了100多栋建筑的能耗状况和装表情况，指出需要尽快加强能耗监测和计量管理工作（林卫东，2008）。2008年，武汉科技大学调研了23栋大型公共建筑的能耗状况（张春枝，等，2008）；东南大学调研了40家机关单位，指出调研能耗的同时调研人员密度的重要性（陈程，等，2009）。2009年，中国建筑科学研究院总结了北京市已完成的107栋楼宇的分项计量表具安装和数据上传的工作（刘肖群，等，2009）；重庆大学完成20栋楼的总能耗审计和其中3栋楼的总能耗拆分（刘慧芳，等，2009）。2010年，重庆大学调研了400栋公共建筑，系统地总结了管理问题（李百战，等，2010）；西安建筑科技大学调研了45栋建筑的用能状况（魏子东，霍小平，2010）。

在建筑能耗工作深入开展的同时，也遇到了很多问题。第一，审计多，计量少。能耗审计是建筑节能全盘工作中的一部分，也是计量系统的一项基本产物。由于起步阶段大量工作由政府部门引导，能耗审计工作开展得比计量本身更多，在项目执行过程中有将审计与计量两者概念混淆之嫌（陈晨，等，2006；刘慧芳，等，2009；谭敏，2008；魏子东，霍小平，2010）。同时，在多方的调研中发现，虽然国家此方面政策在逐步深化，但地方上落实的情况却较为缓慢，装表建筑的比例仍然较低，而安装了电表又能长期正常运行的建筑则是更少（林卫东，2008；张春枝，等，2008；李百战，等，2010）。第二，建筑运行维护管理水平普遍跟不上计量系统的要求。大型公共建筑能耗分项计量系统不是一个傻瓜相机，而是需要细致的日常维护，运行过程中要求管理人员及时对系统出现的各类问题做出回应和处理。然而现实情况是许多大楼的运行维护管理人员对计量系统知之甚少，日常的运行维护管理质量都较低（张春枝，等，2008；李百战，等，2010）。这样的现状势必给计量系统的深入实施带来困难。第三，工程发展迅速，但对系统的认识不够深刻。有国家政策和各地政府的大力支持，近些年计量系统工程的发展是十分迅速的。以北京为例，2009年北京市已完成107栋楼宇的分项计量表设计安装和数据上传，到2010年北京市完成各类大型公共建筑装表近400×104m2（王虹，等， 2010）。然而计量中暴露出来的能耗定义、支路能耗拆分、节能服务模式等问题只得到了少数学者的重视，并且这些问题大多停留在探讨层面，做了一些实验性质的尝试，没有给出明确的解决方案（杨晓敏，2007；刘慧芳，等，2009；魏庆芃，2009）。

除了高等高校和科研院所开展了大量调研和实践工作外，能耗计量企业也蓬勃发展起来。这些企业中，一方面，有以施耐德、江森、霍尼韦尔为代表的大型控制公司，它们以传统的建筑自动控制系统（BMS）为基础，提出“智能建筑”的概念，力推建筑信息高度集成化；另一方面，大量专营建筑能耗计量的小公司在这样的背景下产生。笔者以至今国家发改委公布的三批节能服务公司备案名单（国家发改委，2010，2011a，2011b）为分析样本（部分节能服务公司没有备案，也没有网站），备案的节能服务公司共有1734家，其中涉及建筑能耗计量的有151家，占总数的9%，其中有56家还同时进行节能诊断的业务。这些备案的节能服务公司广泛分布于全国各地（见图2.26），但主要集中在京、上、广地区，151家企业中，此三地就有69家，占46%。

图2.26　在节能服务公司备案名单中的公司的全国分布情况

现阶段这些计量企业存在两大问题：其一，能耗计量的技术水平参差不齐，平均水平较低。虽然本书只以国家发改委的节能服务公司备案名单为分析对象，遗漏了大量名单以外的企业，但从调研的情况来看，这151家能耗计量企业的总体技术水平与科研单位相去甚远。能够对能耗分项计量平台的数据库结构有正确的认识、明确能耗分项计量平台的功能、提供科学而较全面的建筑节能建议的企业只有18家，只占151家企业的12%；这几家企业的工程量普遍都有20个以上。而大多数企业对能耗分项计量平台并没有全面和正确的认识，只是把能耗分项计量作为一个推销的概念，并没有在工程中具体落实，也缺乏一定量的工程实践。其二，这些以计量为核心业务的节能服务公司的区位分布很不均匀，集中在京、上、广三地，不利于全国建筑能耗分项计量工作的全面发展。图2.27显示了能耗计量公司数量与地区经济水平的关系，可以看出人均生产总值越大，经济发展水平越高，能耗计量公司的数量越多。

图2.27　能耗计量公司数量与地区经济水平的关系

随着近些年节能减排工作的全球化，建筑用能越来越受到人们的关注，建筑能耗分项计量工作备受重视，与此相关的研究和工程实践也广泛开展。在这个发展过程中，政府导向和高校示范起到了十分重要的作用。近年来，分项计量在我国的发展进入了一个快速膨胀阶段，这与前些年由部分高等院校和科研院所完成的示范工程所起到的推动作用息息相关。

高速发展也伴生了大量的问题，主要集中在两大方面：第一，对能耗数据平台的系统结构认识不足，对能耗分项没有深入的认识；第二，尚未形成完善的数据分析方法体系，使得业界对建筑能耗数据的认识水平不能有效地深化。另外，建筑能耗分项计量受到从地方政府到个体物业的重视，但市场上的分项计量服务产品却是“百花齐放”，真正符合国家能源审计要求、具有研究价值的计量服务产品却相对较少。

下文将从能耗数据平台的结构和功能两大方面来回顾现阶段的研究成果和工程进展，并对主要观点、方法和问题做一些小结。

4．建筑能耗分项计量平台建设的技术发展历程

（1）对建筑能耗分项计量平台结构的认识

建筑能耗分项计量平台整合了大量建筑的大量逐时能耗信息，大概一年就要汇集上亿个能耗数据点，同时要对海量的能耗数据做综合性的处理和分析，并将结果同时向客户、管理者（如政府）和专家展现；是一个多采集对象、多服务对象的综合系统。要完成这样的体系，沿袭楼宇自控系统的单机模式，即每栋楼的数据采集、存储、分析和展示是一套独立封闭的体系，是行不通的。对于数据的采集、储存和传输，很多学者做过相关讨论，意见也相对统一：建立一个基于互联网、采用TCP/IP通信协议，具有开放性的数据平台系统（Motegi and Piette，2002；金飞，2009；方林，龙徽，2008；李俊，2008；李铁牛，等，2008；季柳金，等，2009；尤章金，2010；王远，2008；王莎，2011；王鑫，2010；张亚男，等，2009；钟衍，等，2008）。其基本结构形式如图2.28所示。典型的建筑能耗分项计量平台案例见图2.29。

图2.28　建筑能耗分项计量平台的基本结构形式

当今互联网时代，业界在计量平台的结构上达成这样的共识实属必然。经调研亦可知各科研院所和企业对平台结构的认识也是十分接近的，基本形式都与图2.28所示的结构类似。但是，从计量系统的数据库结构和内容上来看，依然存在许多差别。

图2.29　计量平台案例

在数据库结构方面，大多数学者和工程实践并没有深入讨论这个问题，原因可分为两大类：一是大型企业开展建筑能耗计量基本依托于原有的楼宇自控体系，只是增加采集点和外连接功能；二是单纯研究建筑分项计量的科研院所或小型企业工程实践较少，没有深刻认识数据库结构的重要性，也没有系统地总结能耗采集过程中的各类问题。

实际上，计量系统在设计配置和运行过程中会出现很多问题：电表类型错误、互感器变比错误、电表读数错误、电表精度不足、配电系统拓扑结构变化、突发错数、数据延迟、电表清零等。这些突发问题如不及时发现和处理，将使得计量结果失去监测和研究的意义。然而在工程实践中，这些问题在设计之初往往被忽视，用一套或两套数据库来完成所有的功能，到了应用阶段又采取临时处理的方式，最终导致数据维护工作既难以执行又效果不佳。

针对上述数据采集过程中的问题，王鑫博士提出采用层级筛选和处理的方式，逐步精细，逐级存储，将整个系统分为5级数据库，各级数据向下一级流动的过程中有相应的数据处理算法，这样可以有效地保证数据质量和数据库效率。具体流程参见图2.30所示的结构和计算流程。

图2.30　建筑能耗分项计量系统数据库结构和计算流程（张辉，等，2010）

（2）对建筑能耗模型的认识

建筑能耗分项计量平台在构建之初就提出了一个较为宽泛的目标：一方面能够整合大量同类建筑的能耗信息，另一方面能够实现时时在线节能诊断。这个目标的核心在于集合大量的建筑能耗信息，构建一个平台体系；而当大量的信息被集合后，统一能耗信息的表达方式就是第一重要的事情。有许多学者对此提出了设计原则，并基于模型设计原则给出了相应的能耗模型。然而制定一套能耗分类模型所依循的原则不同，能耗模型就会有所差别，并且各种原则之间存在着矛盾，这就导致最优的能耗分类模型是不存在的。相应的，现阶段所提出的各种模型也是基于特定的研究和应用需求背景而制定的。

对此，王鑫在其博士论文中将设计原则总结为四项：可比性、完备性、易用性和适应性；并详细分析了这四项原则之间的联系和矛盾关系。另一方面，从2008年至今，住建部、重庆大学的李俊、清华大学的王远和王鑫先后提出了具有普适性的公共建筑能耗模型（住建部，2008；李俊，2008；王远，2008；王鑫，2010）。这些模型内容和结构相近，都采用树状结构、层级定义，将建筑总能耗分为暖通空调、一般动力、照明插座和特殊设备四大部分，这作为第一层拆分，每个部分向下还有若干分层与分叉。可见能耗模型的统一性和可比性是平台系统的核心价值，学界对这一点的认识是很一致的。

这些模型都将“可比性”作为第一重要的原则，这就使得四项原则中，可比性与易用性，可比性与适应性，两类矛盾变得尤其突出；笔者通过调研部分建筑的能耗分项计量系统配电情况，在工程实践中同样发现这个问题。

可比性与易用性的矛盾是指，在能耗分项计量系统设计中设置“租户区能耗”和“公共服务区能耗”。这样的设置符合公共建筑运行维护管理者的管理需求，对其管理工作而言能够划清责任，有针对性地提高管理效率；但对于建筑能耗特征的分析和大量建筑对比而言，没有太大的价值。如图2.31所示的某大型商场能耗分项计量模型，为配电设计和管理方便，设置了“商户用电”这个分项，其中包含了“主力店”“次主力店”和“步行街”这三个子分项。这些以用户为基准的分项设计与其他以功能设备为基准的分项设计完全不符，用户分项中包含了暖通空调类的设备、照明、插座设备，甚至还可能有炊事房、机房这样的特殊设备，致使这样的分类模型只适合对单体建筑管理使用，而无法正确统计该建筑各种功能和各个类型设备的能耗，没有与其他同类建筑对比的可行性。

图2.31　某大型商场能耗分项计量模型

可比性与适应性的矛盾是指，为适应配电系统的实际情况，将多种不同功能的设备合并到一个采集点，设置“复合节点”。典型的例子是将“照明”“插座”和“风机盘管”合并作为一个复合节点，这样虽然设计简便，但使得以风机盘管为空调末端的建筑无法与以空调箱或分体机为末端的建筑相比较，如图2.32所示。

图2.32　混合配电案例（王鑫，2010）

从以上两类矛盾的分析中可以看出，易用性与适应性是相类似的，都可以理解成广义的复合节点；但易用性相对于适应性而言具有更明确的实际意义。易用性通常指的是一个商铺、一家租户；而适应性通常指的是某一层或若干层的用电。前者来源于管理和最初的配电设计，后者则来源于最初的配电设计得过于简单化。

（3）国外在建筑能耗分项计量工作上的进展

如前文所述，国外在公共建筑分项计量方面的工作早在20世纪80年代就开始了，主要由美国能源部、西北太平洋实验室和劳伦斯伯克利实验室进行了此方面的研究。这些研究的基础虽然只是逐月的建筑总能耗，但已经认识到能耗拆分的重要意义，并尝试了一些建筑安装分项计量电表的工程，但终究因成本过高而没有大范围推广（Heidell，et al，1985）。同时，为降低因大量安装分项电表而带来的初投资和运行成本的激增，劳伦斯伯克利实验室提出了一种适用于逐时建筑总能耗的拆分方法EDA（Akbari，1995）。EDA方法综合线性回归和模拟计算两种方法，从计算原理的角度来说比简单的比例拆分要准确许多；但笔者在对国外建筑能耗计量企业的调研中却发现这种方法并未得到广泛应用，这与线性回归和模拟计算需要大量前期调研和先验知识所带来的巨大前期成本有关。

虽然建筑能耗分项计量在公共建筑上的尝试遇到了很多困难，但是建筑能耗计量的重要性却得到了社会的广泛认同，这种社会共识催生了住宅能耗计量市场的诞生与发展。进入90年代以后，有很多学者和企业开始着手研究与住宅能耗相关的系列问题，其中核心的问题仍然是如何通过只计量建筑总能耗，而分析出住宅内各类设备的运行能耗。由此发展出一套以条件需求分析模型（Conditional Demand Analysis，CDA）为核心的能耗分析方法。CDA模型通常写成如下形式：

式中：yi是i时间段（可以是一年、一个月、一天或一个小时）内建筑的总能耗；UECij是i时间段内第j个设备的平均能耗；Dij是i时间段内第j个设备是否运行的开关量（只能取值0或1）；vi是i时间段内能耗计算的误差。有学者认为在住宅建筑中，设备的能耗水平可以看作是一个常量，即UECij与时间无关，所以CDA模型通常转化为线性拟合问题来处理。

需要注意的是，将CDA模型转化成线性拟合问题是将yi和Dij作为观察量，将UECij作为拟合对象；然而这样的思路却往往不太现实。在设备能耗水平为常数的前提下，UECij是可以通过短期的调研而获得并作为长期有效信息使用的；相反，Dij则没有那么显著的规律，需要每时每刻的观察，成本是很高的。因此，以CDA模型为基础发展的能耗识别技术就是走了与线性回归分析相反的道路，将设备能耗水平作为先验已知量，通过逐时总能耗曲线来判断Dij的取值（Wood and Newborough，2003；Hannu，1998；Marceau and Zmeureanu，2000），如图2.33所示。

图2.33　基于住宅总能耗每分钟的测量结果分析设备运行状况（Newborough and Augood，1999）

这种方法以图形识别为基础，现阶段已发展出谐波分析、小波分析、模糊判断等辅助手段，有效增强了该方法的适用性、稳定性和准确性，在住宅能耗分析方面逐步走向成熟。但这种方法没有成功应用于公共建筑的根本原因是，大型公共建筑系统庞大，用能设备数量多、类型多，大量因素复合之后导致识别的有效程度大为降低，因而此方法不可能作为公共建筑能耗分析的一种通用手段。

然而，公共建筑能耗分项计量的需求并没有因为EDA和CDA两种方法尝试的失败而减少，而是随着住宅计量发展同时增长着。但为了能够清晰地表达建筑能耗的情况，多末端的计量仍然是不可或缺的，故此公共建筑计量的市场被网络化高效管理撕开了一条口子。以控制公司和电子硬件公司为代表，智能建筑控制系统（Intelligent Building Manage System，IBMS）和智能计量系统（Smart Metering System）被提出。这些基于电子信息和网络技术的建筑能耗计量产品，旨在为单体建筑或集团建筑群提供高度集成化的能源监测服务，希望通过信息的高度集成化来提高管理者的工作效率（Piette，et al，2001；Doukas，et al，2007；Laughman，et al，2003）。甚至有学者认为集成化本身就是在提高效率。这种思想随着国外大型控制公司在我国的发展传播开来，国内一部分学者也开始倡导建筑信息集成化，并且进行了一些工程尝试（沈薇，2006；常侃，杨知深，2010；周海云，2010；徐义，2010；万美慧，孙琳，2010）。图2.34显示了智能建筑能源管理系统的一个案例。

图2.34　智能建筑能源管理系统案例（单位：美元）

①　1平方英尺＝0.0929平方米

IBMS的本质与传统意义上的BMS没有太多差别，只是在集成信息量和集成手段上跟随着现代电子和网络技术有所发展而已，并且把建筑末端能耗作为采集对象纳入系统中。从这个角度来看，单纯地在建筑自控系统中增加末端能耗采集点与前述的建筑能耗分项计量是大相径庭的。前者从常规运行维护管理的角度出发，若要达到后者的要求，势必导致在建筑中安装数以百计的能耗采集点。实际情况也的确如此。笔者了解，到一栋约4×104m2的商场办公综合建筑，安装末端能耗采集点达到600个有余；而如果能够做好前期调研，精细配电设计，是可以将总采集点控制在100个以内的。

从分项技术的角度来说，现阶段IBMS的设计并不考虑建筑能耗的分项模型，所以也不会出现因模型设计而产生的设计原则之间的矛盾。IBMS将建筑已有的配电状况作为一个不可更改的边界条件，即全面接受了易用性和适用性，而基本不考虑可比性；这也与系统本身是为单体建筑或集团建筑群而设计的初衷相吻合，即一个独立封闭的系统是不需要考虑可比性的。这也是各类智能计量和智能能源控制系统与本书谈论的分项计量系统最为本质的差别。

当然，国外也有小部分学者致力于公共建筑能耗分项计量方面的研究，他们主要采用的方法是CDA模型、多元线性回归和建筑模拟，也讨论了能耗拆分方法和基于数据的节能诊断方法。

以上对系统的认识在2007—2008年就基本形成，在网络信息技术平行化的现代，建筑能耗分项计量平台的基本结构很容易达成共识；但这只是系统最基本的框架，当深入到能耗模型层面时就出现了研究与实践的分歧。大量的“复合节点”导致计量平台的工程蓝图在实践中被打折，开放平台只是在极小的范围内实现而已；工程实践中暴露出的难以与理论相接轨的问题仍然将矛盾直指能耗数据拆分问题，而现有的拆分方法都各有其局限性，缺乏针对大型公共建筑的系统方案。

国外在建筑能耗分项计量上已经形成了一套以“条件需求分析模型”为基础的方法，并提出了能耗与气象参数拟合、建筑模拟等方法。这些方法最初是为分析公共建筑总能耗而提出的，但在实际应用中因前期调研成本太高而难以推广。随后这些能耗分析的方法，在系统规模较小的住宅中得到了有效的应用。智能建筑和智能计量的概念是为解决公共建筑能耗分项计量的问题而提出的，但没有跳出原有楼宇自控系统的概念，单纯强调信息集成而没有充分认识到能耗分项的意义。