福建省建筑能耗統(tǒng)計數據庫設計研究

摘 要：介紹福建省建筑能耗數據庫設計過程中數據庫管理工具選擇、需求分析、邏輯結構設計等內容。本數據庫可由建筑業(yè)主或管理員手工錄入建筑的基本信息和能耗數據，并具備一定的統(tǒng)計分析能力。簡要展示了在數據庫基礎上研究開發(fā)的“福建省建筑能耗及節(jié)能信息管理系統(tǒng)”。

關鍵詞：建筑節(jié)能；能耗統(tǒng)計；數據庫

中圖分類號：TU111.195

1 引言

1.1 研究背景

隨著經濟的快速發(fā)展和社會的進步，能源需求與供給之間的矛盾日益嚴峻，節(jié)能成為我國面臨的重要工作。調查顯示，消耗在建筑運行過程中的電能約為4000～4500億度/年，占我國總發(fā)電量的23%左右。并且伴隨城市化進程的不斷推進和人民生活水平的提高，建筑能耗在全國能源消耗總量中所占的比例將最終達到33%[2]。建筑業(yè)現已和工業(yè)及交通業(yè)并為我國節(jié)能的三大領域。

1.2 建筑能耗數據庫國內外發(fā)展現狀

數據庫是最新型有效的數據管理技術，在各行各業(yè)都得到了廣泛應用。建立針對某一地區(qū)或具備某些功能的能耗數據庫，是建筑節(jié)能工作進一步開展的基礎。

美國在這方面已經取得了豐碩成果。美國能源部開發(fā)的CBECS和加利福尼亞州的CEUS是目前使用廣泛的數據庫[3]，在其大量數據的基礎上開發(fā)的Energy Star等軟件，已是建筑能耗基準評價的重要工具。

清華大學建筑節(jié)能研究中心在多年建筑節(jié)能診斷測試的基礎上，構建了公共建筑能耗數據庫[4]。直至2006年，該數據庫已收錄了484棟公共建筑的能耗檔案。建立這一建筑能耗統(tǒng)計平臺的目標是收集我國各類建筑物能耗的具體數據，以描述各類建筑的用能特點。

從長遠的角度考慮，研究開發(fā)一個面向福建省，并基于Internet的網絡化數據管理平臺，并通過該平臺收集和管理大量建筑的基本信息和能耗數據是十分必要的工作。

2 數據庫功能分析

2.1 需求分析

在對建筑業(yè)主、建筑能耗信息管理部門和統(tǒng)計人員進行走訪后，總結該數據庫的需求信息：

（1）數據庫的對象涵蓋居住建筑和公共建筑。按住建部要求，居住建筑分為低層、多層、中高層和高層建筑；公共建筑按面積是否超過2000m2分中小型公共建筑和大型公共建筑，按功能分為辦公建筑、商場建筑、賓館飯店建筑等。

（2）要收集的數據有2個方面：建筑基本信息和建筑能耗數據。建筑基本信息包括建筑名稱、建筑面積、使用人數等；能耗類型包括水、電、柴油、天然氣和可再生能源等。

（3）數據庫系統(tǒng)具備分析處理功能，如計算單棟建筑的能耗指標，某一地區(qū)不同類型建筑總能耗的分類累加等。這些分析結果以圖表的形式進行展示，并以Excel等軟件的格式導出。

（4）數據庫面向建筑業(yè)主及管理人員，設置多種不同權限的用戶。管理員可設置其他用戶的操作權限，升級系統(tǒng)等；建筑業(yè)主可查看自己的能耗數據，打印相關數據圖表；各級主管部門可查看地區(qū)內所有建筑基本信息和能耗情況，在得到系統(tǒng)管理員授權情況下更改某些數據。

2.2 功能設計

總結需求，設計數據庫系統(tǒng)具有如下功能模塊：

（1）用戶管理：根據職責分為省、市、縣3級管理型用戶，每一級管理型用戶又分為管理員和審核員。加上建筑業(yè)主，系統(tǒng)一共七類用戶。用戶的功能分為業(yè)務功能和管理功能：業(yè)務功能包括錄入建筑信息和能耗數據、審核建筑信息和能耗數據、數據上報、生成本級報表等；管理功能包括發(fā)布查看公告、編輯業(yè)主用戶賬號信息等。

（2）區(qū)域管理：對各行政區(qū)域進行管理，行政區(qū)域的信息包括區(qū)域名稱、上級區(qū)域等。

（3）建筑基本信息管理。

（4）能耗數據管理：統(tǒng)計上報的建筑能耗逐月數據。建筑能耗數據上傳過程中需要各級審核員逐級審核，減少數據庫內的錯誤數據。

（5）統(tǒng)計報表圖表管理：在完成的建筑基本信息和建筑能耗數據基礎上，生成相關的統(tǒng)計報表圖表，如：單棟建筑的年度逐月能耗圖、年度總能耗圖；建筑基本信息分類匯總表；年度能耗統(tǒng)計匯總表；建筑能耗統(tǒng)計分類綜合表等。

3 數據庫管理工具的選擇

用于建立數據庫的工具眾多，應用較為廣泛的有桌面數據庫Access、FoxPro，和應用于大型數據庫的Oracle、SQL Server等。其中，SQL server等大型數據庫管理系統(tǒng)，把面向對象技術與關系數據庫系統(tǒng)相結合，從而建立對象關系數據庫（ORDBMS）。ORDBMS數據庫都基于客戶機/服務器模式，具有較高的靈活性、通用性和兼容性，用戶界面方便靈活、功能強大；具有網絡連和分布式處理功能及良好的開放性；擁有跨平臺的開發(fā)接口及開發(fā)軟件的支持。SQL Server 2005是一個全面的數據庫平臺，使用集成的商業(yè)智能（BI）工具提供數據管理，是市場上的主流數據庫管理系統(tǒng)之一。福建省建筑能耗數據庫的建成目標是基于網絡的大型數據庫管理系統(tǒng)，選用SQL Server 2005作為后臺數據庫較合適。

4 數據庫的結構設計和建立

4.1 數據庫概念結構設計

概念結構設計就是將用戶需求抽象為信息結構（概念模型）的構建。該數據庫模型采用比較實用的“實體-聯(lián)系方法”（Entity-Relationship-Approach）構建概念模型，簡稱E-R方法。以本數據庫的建筑基本信息和建筑能耗信息為例，其局部E-R圖如圖1和圖2所示。

4.2 數據庫邏輯結構設計

邏輯結構設計是把概念結構設計階段設計好的基本E-R圖轉換為與選用數據庫管理系統(tǒng)（DBMS）產品所支持的數據模型相符合的邏輯結構。本數據庫采用的是關系模型，將概念模型轉化為關系結構模型，即設計一系列二維表。該數據庫的基本表包括：用戶信息表、用戶角色表、行政區(qū)域劃分代碼表、建筑基本信息表、分類分項能耗字典表、分類分項能耗拆分結果逐年匯總表、分類分項能耗逐地區(qū)匯總索引表及分類分項能耗逐地區(qū)匯總值表。以建筑基本信息表為例，如表1所示。

圖1 建筑基本信息實體E-R圖圖2 建筑能耗信息實體E-R圖

4.3 數據庫的建立

該數據庫采用IBM 3850X5作為網絡服務器。創(chuàng)建數據庫前，先創(chuàng)建一個SQL Server注冊以便連接到要管理的數據庫服務器上。然后在創(chuàng)建好的服務器上創(chuàng)建數據庫。創(chuàng)建好數據庫之后，使用表設計器建立了數據表，并定義相應主鍵。在表的基礎上可建立相應的視圖，該數據庫中，以視圖的形式存放不同建筑的基本信息、能耗數據和統(tǒng)計圖表。

5 福建省建筑能耗信息管理系統(tǒng)簡介

在上述數據庫建立的基礎上，進一步研究開發(fā)了福建省建筑能耗信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)于2009年7月初部署完成，并投入使用。系統(tǒng)登錄后的主界面見圖3，系統(tǒng)基本信息錄入界面見圖4，建筑逐月能耗展示見圖5，區(qū)域分類能耗展示見圖6。

圖3 系統(tǒng)登錄后主界面

圖4 系統(tǒng)建筑信息管理界面

圖5 建筑年度逐月能耗圖

圖6 區(qū)域年度總能耗對比圖

6 小結

闡述了福建省建筑能耗數據庫的設計過程，介紹了數據庫需求分析、管理工具選擇和結構設計，并介紹了在其基礎上開發(fā)的福建省建筑能耗信息管理系統(tǒng)。該數據庫系統(tǒng)是在建筑節(jié)能監(jiān)管體系的背景下開發(fā)，利用該系統(tǒng)可以采集分析福建省各類建筑的基本信息及能耗數據，有利于掌握本區(qū)域建筑的用能情況，分析福建省各類建筑的用能特點。

參考文獻：

[1]李運華.大型公共建筑運行能耗測試、評價與數據庫管理系統(tǒng)開發(fā)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2006.

[2]唐桂忠，張廣明.公共建筑能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)關鍵技術研究[J].建筑科學，2009，25（10）：27-30，73.

[3]鄭曉衛(wèi)，潘毅群，黃治鐘.國內外建筑能耗基準評測工具的研究與應用[J].上海節(jié)能，2008（6）：31-35.

[4]王遠，魏慶芃，薛志峰.北京市大型公共建筑能耗統(tǒng)計數據庫與初步分析.2006全國暖通空調制冷學術年會論文集.北京：中國制冷學會，2006.

作者簡介：陳曉彥（1985.10-），女，碩士研究生，初級職稱，從事節(jié)能技術及過程控制技術方向教學及研究工作。