智慧建筑中能源消耗监测与节能策略研究

引言：

随着电网形态的变化，传统建筑逐步演变为智慧建筑，并在新型电网架构中发挥重要作用。建筑内部用电负荷构成复杂，其中照明与空调占据主导比重。为实现碳中和目标，智慧建筑的研究和应用涵盖办公、建筑、通信、消防、信息管理各方面的自动化，在消耗电能为人类提供舒适环境的同时还涉及自动控制的智能化。在此背景下，建筑不再只是能源使用终端，更逐步演变为负荷调节与系统优化的重要节点。如何在保持建筑功能连续性的前提下，实现对能耗流动的高精度监测与策略化调控，已成为当前智慧建筑体系构建的核心命题。

一、智慧建筑中的能源监测体系构建与优化

（一）体系架构与目标函数的设置

智慧建筑的能源监测宜以“终端—边缘—平台”三层为骨架，围绕电、水、气、热等介质建立统一计量与事件语义。底层部署分项计量与状态采集，映射至建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）中的空间—设备—回路三元关系；中间层配置边缘计算（Edge Computing）节点，承担时序压缩、质量校验与异常屏蔽，削弱网络抖动对控制稳定性的影响；平台层整合楼宇自控系统（Building Automation System，BAS）与物联网（Internet of Things，IoT）数据，构建以舒适性、安全性、能效为核心的指标簇，并给出权重约束，避免单指标最优引发舒适度滑坡。该架构同时承载策略管理、审计留痕与追溯评估，使节能决策具备可验证性与可迁移性。

（二）关键节点识别与数据协同的工程路径

能耗监测的有效性取决于关键节点的精确刻画与数据协同。冷热源与输配系统、末端风机盘管与新风机组、照明回路与应急支路、垂直交通与插座待机负荷，常见异构数据与割裂时间戳并存。宜采用“回路—设备—场景”三维建模，配套数据字典与标签体系，统一命名、单位与采样周期；通信规约兼容 DL/T 645、Modbus 与楼宇自动化与控制网络（BuildingAutomation and Control Network，BACnet），在网关侧引入开放平台通信统一架构（OPC Unified Architecture，OPC UA）完成协议映射；事件总线负责告警与策略触发，降低点对点耦合与维护复杂度。实践层面，照明与插座混挂较常见，同步校核配电箱回路与空间功能，能显著提升分项监测的可解释性与整改的指向性。

（三）运维闭环与优化机制的制度化设计

监测体系的价值体现在能将数据转化为节能成效。建议构建“感知—诊断—干预—验证”闭环：以基线法与温度—负荷工况曲线识别偏差，边缘侧先行拦截离群点，平台侧输出干预方案与影响评估；策略执行提供时段化A/B 切换，在低风险时窗校准阈值与联动逻辑；设置可观测性指标，如数据完好率、时间同步偏差、策略触发成功率与节能收益兑现率，形成月度审计与滚动修正。成本控制方面，实行分级改造清单：优先补齐计量缺口与传感器校核，再推进算法与设备联动优化；同时建立人机协同机制，将运维人员的战术判断与系统建议相互印证，避免“黑箱式节能”，并以此沉淀可复制的策略资产。

二、智慧建筑中的节能策略落地与分层实施路径

（一）节能策略的分类：技术节能与管理节能的协同演化

技术节能侧重于设备与控制逻辑的高效运行，管理节能强调制度、激励与行为塑形，二者并非并列关系，而是一条互证的闭环。暖通空调（Heating,Ventilation and Air Conditioning，HVAC）侧的冷冻水温度自适应、变风量静压优化与照明分区调光，只有与分时电价、能效考核、岗位绩效等管理机制对表，才会产生持续收益。需量响应（Demand Response）可作为桥梁：在电价窗口期收紧末端设定点，同时以舒适度红线与投诉阈值作护栏，避免“以能耗换抱怨”。运维界面应呈现“策略—影响—责任”三联映射，既让控制算法对外可解释，又让管理措施有据可依；租户侧能耗预算与公共区域能效基线分账核算，可抑制“搭便车”。实践表明，低成本的管理措施常用于验证高成本改造的收益预期，场景化看板与可视化回溯则把节能从“黑箱”拉回到“共识”。

（二）策略分层路径：从局部优化到全局统筹

节能落地宜自下而上推进：设备与回路层先稳住计量、校准与联动边界，再扩展到功能分区，最终汇聚到建筑与园区级统筹。末端层关注可快速兑现的“微动作”，如风机盘管的阀位—风量协同、会议室占用触发的照明与空调联控；分区层强调场景化，依据工位密度、营业时段与人流峰谷配置分时策略；建筑层聚焦冷热源与输配网络的整体效率，避免局部节能诱发系统额外损耗；园区层才引入多能互济与储能调度。分层之上需要“控制权威矩阵”，明确谁可以改阈值、谁承担回退，把越权与策略冲突拦在台前；关键绩效指标分解到层级与岗位，节能收益与舒适度、可靠性并排展示，防止单指标驱动引发系统振荡。复制推广建议采用“试点—复用—收敛”的节奏，以少量高价值场景验证模板，随后固化为策略资产库。

（三）智慧节能策略的可持续性与动态演进

策略一旦上线便面临设备老化、人员更替与负荷结构漂移，持续性依赖制度化的再调试与版本化治理。监测型再调试（Monitoring-BasedCommissioning，MBCx）与连续调试（Continuous Commissioning，CC）可做底座：以季节—工况曲线周期性校正设定点，发现“看不见的回弹”；数字孪生（Digital Twin）环境承担策略沙箱，先在仿真中评估对能耗与舒适度的综合影响，再灰度发布并设置回退阈值。建议建立“策略银行”，对每条策略标注适用边界、干预强度与副作用，配套 A/B 时段化验证，收益与风险同步公示；同时将碳强度指标并入考核，把“千瓦时”与“二氧化碳当量”放在同一决策面板，兼顾节能与减排。数据侧需保持时间同步、缺测处置与审计留痕，安全侧则以最小权限与双人复核防止误操作，使策略演进既敏捷又稳健。

三、结语

智慧建筑的能耗监测不应止步于数据可视，更应走向策略决策的支撑底座。文章构建以三层架构为基础的监测体系，打通数据孤岛并提升可控性；同时，提出技术节能与管理节能协同推进的策略分类，结合场景分层路径与策略演进机制，实现从局部优化到全局统筹的转化。未来研究可进一步聚焦碳定价机制引导下的策略适配，以及面向建筑全生命周期的节能策略资产化构建，推动智慧建筑从节能工具迈向碳控主体。

参考文献：

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