本文是一篇信息管理论文，本研究为大型建筑的能耗监控和管理提供了一套解决策略。通过对建筑能耗特点和规律的研究，设计出一套基于物联网技术的大型建筑能耗监控管理系统，以提高建筑节能管理水平。
1绪论
1.1背景与意义
能源问题是当今世界面临的一大挑战，许 多国家高度依赖进口石油和天然气，这使得它们在能源供应上面临不确定性和政治风险。国际能源市场价格波动大，受全球政治、经济情况和自然灾害等多种因素影响，给经济带来不稳定因素。导致全球气候变暖的重要原因之一是大量燃烧化石燃料，增加了温室气体排放，导致极端天气事件频繁发生，对自然环境和人类生活产生深远影响。能源生产和消费是空气污染的重要来源，尤其是燃煤发电和车辆尾气排放，对人类健康造成严重威胁。能源开采和生产过程中，如煤炭开采、油气开发等，可能导致水污染和生态系统破坏。当今的能源问题是多方面的，需要国际合作、政策创新、技术进步和社会行为改变的综合策略来解决。
随着我国城市化进程的加速，预期到2023年，城市居民将超过总人口的66%。这导致建筑及其设施数量显著增加，从而建筑能耗显著上升[1]。根据建筑节能研究中心的研究[2]，分析了我国建筑能耗的现状，发现从1999年到2008年，随着建筑面积的快速扩张，建筑能耗及其强度均有所增加。如图1.1所示，2004年至2008年间大型建筑总能耗呈现年度上升趋势。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
（1）能耗数据采集
Alaa Allakany等人的研究团队提出了利用ZigBee及Ethernet技术实现仪器至收集设备再向服务平台传递信息的一种方法[6], 并已实际操作于某个商用大楼的环境能量消耗信息的获取及其传播上取得成效。另外，Balaji的研究小组也运用 WIFI来追踪一栋办公室的大型供热通风冷却系统的运行状况；而首先实施对于绿色资源(如太阳能在内的)的管理工作的则是 Annunziata 的队伍[7]；Babaei 和他的同伴们则借助从整个大厦中的电力消费情况的信息提取出有用的结论从而提升其整体效率；Yang一行人设计的也是一种互联网驱动的无线上网感知体系结构用于实时检测室内的空气质量状态[8], 这其中包含着各种类型的微小电子元件 (即所谓的“智能物”)以构成这个庞大的“生态群落”, 而这些都依赖于移动通讯协议的支持才能正常工作并且最终被整合至服务平台之中去以便用户能够随时随地的访问它们所提供的各类功能和服务内容。
（2）建筑能耗数据库
美国的主要能量消耗记录库有两个：一个是基于社区普查局开展的大规模居民区节能评估项目 (Community Buildings Energy Consumption Survey，简称 CBECS)；另一个是城市用房使用效率指数系统(CityEnergy Use System 或 CEUS),这两个都是美国的典型案例[9]。而关于南亚地区的情况则是以 Yawale 为首的研究团队利用从1985到1989年的六百三十八处村落所做的各种类型房屋的使用率调研结果来建立起来的相关信息档案资料[10]。另外还有 Adkins 和他的同事们对乡村家庭及公共设施使用的电力进行了详细地考察并据此创建了一个涵盖这些方面的用电量纪录表单[11]。同样 Hirst 的文章也提供了大量的有关居住与办公场所的信息资源——他搜集到了七十五万多个住户、商铺的相关资讯并对它们做了深入细致的工作后得出了一份详尽报告书[12]。此外 Druckman一行还专门为英格兰南部区域设计制作出了一套完整的独立式住房及其它类型的民居用的电费支出清单[13]。
2大型建筑能耗监测系统硬件设计
2.1 大型建筑能耗特征及能耗影响因素
2.1.1 大型建筑能耗特征
对于大规模公共场所而言，一般会选择使用集中式制冷系统，同时还包含诸如灯光、办公室用具及升降梯等电气设施。其中，空调与照明的电源消费是主要部分，它们的能源消耗占比可能高达整体能源消耗的百分之五十至七十。然而，由于场所类型的不同，其能源利用率也会有所变化，即使是在同一类别的建筑中，也能观察到明显的差别。对于采暖方面，大型建筑与其它建筑相比没有太大差异，可考虑采用相同的原则和标准。然而，除采暖外的其他能耗，尤其是电能耗，成为大型公共建筑节能的重要问题。所以，为了有效地减少大型公共建筑的能源消耗，首要的是要明确各种建筑的能源使用特性，这样才能针对性地执行节能策略。
（1）政府机关办公楼的用能特征
因为其多样化的构造形式与漫长的建设周期，使得政府部门的工作场所呈现出各式各样的外壳保护层、灯光装置及制冷方法。这也造成了每平方米电力消费的大幅波动。这些地方往往包含了大量的指挥控制室、通讯站点以及电脑机房等重要设施。然而，由于缺乏对于每个单独建筑物能耗的测量，我们发现许多政府办公室包括普通的商业用房和大型公众空间。在这种类型的政府工作区域里，大约有百分之五十左右的能源被用于中央空调、照明系统以及各种办公设备的使用。
2.2 指标参数监测的内容
2.2.1 气象数据采集指标
经过深度探究大型公共建筑的能源消耗影响因素，我们涵盖了内部干扰、外部干扰和建筑环境系统的运行模式等多个领域。这些元素都会对建筑节能效果产生直接或间接的效应，因此必须实施有效策略来解决这些问题。这篇文章的核心内容是分析建筑在使用过程中的能源使用模式，并需要特定地识别出他影响能源消耗的关键因素。对于大型公共建筑节能设计而言，首先要根据不同类型的建筑物制定合理可行的节能策略，并将其应用于建筑设计之中。在大型公共建筑的使用中，室外的气候状况、建筑的构造以及工作状况等多种因素都会对其产生影响。其中室外气象参数和工作状态对于建筑能耗具有较大影响。考虑到建筑结构的确定，我们只需要从外部气象条件（如温度、湿度、风速等）以及工作状况这两个方面来评估其影响。其中室外气温与室外空气相对湿度关系较为密切，因此可以根据两者间的线性关系，通过计算得出相应的关系式。气象观测站可以用来监测室外的气象数据，这些数据涵盖了温度、湿度、风速和日照时长等关键参数。
3 基于 TAB的大型建筑能耗预测模型研究 ........................ 31
3.1基本原理 ................................... 31
3.1.1 BIGRU网络的原理 ................................. 31
3.1.2 注意力机制模块的原理 .......................... 32
4 大型建筑能耗管理信息系统研究 ............................ 39
4.1 大型建筑能耗数据库 ........................... 39
4.1.1 数据库整体方案设计 ........................... 40
4.1.2 数据需求分析 ............................... 41
5 总结与展望 ................................ 52
5.1 论文总结 ...................................... 52
5.2 进一步研究工作 ...................... 53
4 大型建筑能耗管理信息系统研究
4.1 大型建筑能耗数据库
在大型建筑的能耗监测系统里，收集到的各种分类和分项的能耗数据，都显示出数据种类丰富和信息量巨大的特征。传统的人工记录方法已经难以满足对这些海量能耗数据进行快速处理和分析的要求。数据库技术在存储和管理具有大数据特性的能耗数据方面发挥了至关重要的角色。在计算机信息处理的过程中，该技术能有效地组织和储存大量的数据，降低数据的冗余性，并确保数据共享和安全性。此外，大型建筑物内部各种设施的运行状态以及能源消耗状况都会通过这些数据反映出来，从而便于相关部门制定合理可行的节能策略，对降低单位建筑面积能耗有很大帮助。所以，通过构建大型设施的各级能源消耗数据库，我们有可能更清楚、准确地获取能源消耗信息，进而更高效地管理和存储大量复杂的能源消耗数据资源。本文对大型公建能耗数据的组成以及如何构建大型公建能耗数据库系统展开探讨。此外，这也鼓励研究人员获取更为详尽和全方位的数据，深入了解建筑设备的工作状态和能源使用情况，从而制定出实用的策略，为高能耗的建筑实施节能改造，以实现节能减耗的最终目标。
5 总结与展望
5.1 论文总结
鉴于大型建筑的高能耗问题导致我国能源供应紧张，本研究为大型建筑的能耗监控和管理提供了一套解决策略。通过对建筑能耗特点和规律的研究，设计出一套基于物联网技术的大型建筑能耗监控管理系统，以提高建筑节能管理水平。本研究主要是基于我国大型建筑的能源消耗特性，进行了能耗监测系统的构建以及硬件和软件的设计，同时还开发了能耗数据库，对大型建筑的能源使用趋势进行了深入分析，并开发了管理信息系统。建立监管体系为现有的大型建筑的节能改造提供了科学的指导，最终实现了大型建筑的节能降耗目标。本论文以某高校办公楼为背景，通过理论计算、现场测试相结合的方法，构建了一套适合于该办公楼的智能能效管理系统。
本研究的核心内容涵盖了：
（1）深入研究了大型建筑的能源使用特点，并依此从建筑内部干扰、外部干扰以及建筑环境系统的运行方式等多个方面，探讨了这些因素对其能源消耗的影响。该模型综合考虑了天气变化、环境温湿度等多个影响因子，建立了以环境温度、相对湿度、风速、日照时间、空气流速为主变量的能耗预测模型，提高了模型的精度和泛化能力。
（2）此项研究主要关注的是利用ZigBee无线通讯技术及GPRS无线传递方式来采集并发送能源消耗信息和户外环境数据的
