大數據在綠色建筑中的應用探討

[摘? 要]：文章將當前熱門的大數據技術與綠色建筑相結合進行分析，討論了綠色建筑在建設和運行過程中的大數據來源，重點介紹了利用大數據的數據挖掘和分析技術在綠色建筑的能耗預測、提高用戶舒適度、區(qū)域能源調度及綠色建筑后評價中的應用，以期推動構建綠色建筑理念，促進綠色建筑的健康快速發(fā)展。

[關鍵詞]：大數據; 綠色建筑; 能耗

TU201.5A

建筑業(yè)需要消耗大量的能源，其全過程能源消耗已逐漸超過工業(yè)和交通業(yè)，占我國總能耗已經達到45%左右，成為當前能源消耗的大戶。在全球開啟碳中和的目標下，我國制定了相關政策和規(guī)劃，積極推動綠色建筑的發(fā)展，以促進建筑領域的節(jié)能減排。近年來，大數據技術發(fā)展勢頭迅猛，其已逐漸融入到各行各業(yè)中，隨著“大數據時代”的來臨，海量的數據必將成為社會重要的生產因素，對大數據的應用也迎來了一股巨大的浪潮。鑒于當前大力發(fā)展綠色建筑的趨勢，本文將大數據的相關技術應用于綠色建筑中，充分利用大數據的數據挖掘和分析技術，將大數據技術與綠色建筑相結合進行分析應用，以促進綠色建筑的健康快速發(fā)展。

1 大數據

大數據（英文名big data）是一個IT行業(yè)術語，本質上是一種信息資產，指在短時間內用常規(guī)軟件工具無法進行自由捕捉和處置的數據集合，其中影藏著的強大決策力、洞察力和優(yōu)化力。目前，大數據在社會教育、行政、司法、金融、科研、軍工等各個領域的作用日益突顯，社會各階層處理事務時越來越注重應用和分析數據而非經驗和直覺，大數據的建立和完善越來越多地作用于人們生存的方方面面，人們對大數據的依賴也在不斷的增長，大數據的特征有：

（1）數據體量大?；ヂ摼W信息技術的快速發(fā)展，使得數據量增長非常迅速，尤其是近十年以來，數據來源愈加廣泛，數據量可以說開始了爆發(fā)式的增長，在最初階段大數據是以TB為單位來進行計量的，現在已經開始使用PB為單位，同時，隨著數據規(guī)模的增長和技術水平的提升，數據的產生量、儲存量、管理量和分析量更是呈爆炸式態(tài)勢增長。

（2）數據類型多樣。依托于強大的數據處理能力，數據類型不再局限于傳統的文本、圖片、音頻、視頻等類型，如今已擴展到了“任何形式”的地步。隨著互聯網移動終端的發(fā)展普及，數據的接收、處理來源已從單一的傳統媒體擴展到社會生活的方方面面，更是產生了圖片、文本、音頻、視頻等多種數據類型。

（3）數據處理速度快。對于那些動態(tài)變化的數據流，大數據擁有更強的管理和分析能力。相較于傳統數據處理模式來說，它能夠實現速度的提升。面對海量的數據信息存儲，提升數據處理的速度能夠使得數據查詢的效率成倍級增長。隨著數據信息的發(fā)展，不管是從體量的角度來看還是從規(guī)模的角度來看都處于持續(xù)增長的狀態(tài)之下，這就需要數據儲存、管理和分析技術同步發(fā)展更新。

（4）價值密度較低。這是大數據最為核心的特征，傳統數據中數據量小但針對性強，是為了解決現有問題而有目的地采集而來，具有一種在相對微觀層面的精確性;大數據中數據量龐大且混雜性強，其價值在于各類型相關或不相關的數據集合而分析、提出對事物發(fā)展規(guī)律或趨勢預測的有價值數據，然后經過加工、創(chuàng)新來運用于各個領域加以指導，從而達到改善、完善和治理的效果，其更多的是具有一種在相對宏觀層面的前瞻性。

2 綠色建筑大數據來源

在綠色建筑中應用大數據技術，首要的工作就是對綠色建筑大數據進行采集，進而通過分析和處理后方可應用。按照建筑的生命周期來分，綠色建筑在設計、施工、維護以及使用的各個過程中都會有海量的數據產生，這些數據按類型大致可分為客觀環(huán)境數據、建筑物理信息、室內環(huán)境數據和建筑能耗設備運行數據。

2.1 客觀環(huán)境數據

綠色建筑在設計的過程中，應當根據當地氣候參數計算能耗負荷?？陀^環(huán)境數據主要包括室外溫度、濕度、室外風速、太陽輻射、地理位置和PM2.5。室外溫濕度通過圍護結構直接影響到綠色建筑的能耗，夏季室內冷負荷隨室外溫度的升高而增大，冬季隨室外溫度的降低而增大，由此，客觀環(huán)境數據是綠色建筑能源消耗數據必須考慮的因素之一。室外的風速將對建筑外圍護結構的傳熱系數產生直接的影響，尤其是高層建筑。太陽輻照度還會通過圍護結構影響到綠色建筑的能源性能，尤其是對強輻射地區(qū)的夏季空調負荷有著顯著的影響，因此，在橫向比較因素中，地理位置對于我國綠色建筑的發(fā)展水平也具有一定參考意義。此外，室外PM2.5通過建筑窗戶或室外空氣滲透到建筑內部，也會影響到綠色建筑的室內環(huán)境質量，因此其也被納入考慮的范圍。

2.2 建筑物理信息

建筑物理信息主要包括窗墻比、建筑圍護結構尺寸及材料、窗玻璃的形式、建筑的朝向、容積率、建筑面積以及樓層總高等參數。建筑圍護結構的材料和熱導率也會影響到圍護結構的散熱性能，在建筑能耗中也占有很大的比例。綠色建筑的朝向受風的方向和太陽輻射的影響也會給室內荷載帶來一定的變化。建筑面積和層高在一定程度上與消耗的能源成正比，也是節(jié)能建筑、綠色建筑必須參照的重要指標。

建筑論壇與建筑設計蘇良亭： 大數據在綠色建筑中的應用探討

2.3 室內環(huán)境質量

室內環(huán)境是居民生活和工作的場所，廣大居民的身心健康受到周圍環(huán)境質量的直接影響。室內環(huán)境測定主要包括測量室內的TVOC濃度、溫濕度、甲醛的濃度、CO的濃度以及PM2.5的濃度，這些參數不僅受室外環(huán)境的影響，還會受到室內人的行為狀況影響（比如有沒有開窗、有沒有人員在運動、空調溫度的高低、有沒有開燈等），以上數據都會對室內環(huán)境質量產生一定的影響。我們可以利用大數據技術來采集、存儲和分析室內環(huán)境數據參數，為綠色建筑運營效果后評價提供強有力的技術支持。

2.4 建筑能耗設備運行數據

目前，暖通空調系統是我國公共綠色建筑的主要耗能設備，根據有效測算，其消耗的能耗占比總能耗的1/2以上。建筑空調系統由補水泵、冷卻塔、制冷循環(huán)水泵、冷水機組等組成，采用大數據的方法預測能耗，并優(yōu)化控制運行以達到節(jié)約能源的效果具有很大的潛力。綠色建筑照明系統、電梯、消防系統、監(jiān)控系統等設備在運行過程中也會形成大量的數據。利用大數據的數據挖掘技術對建筑設備運行狀態(tài)和參數進行采集和分析，不僅能夠有效降低管理的成本，而且可以通過數據挖掘技術提高整個能耗設備系統的運行效率，達到節(jié)約能源的效果。

3 大數據在綠色建筑中的應用

運用大數據的采集和存儲技術，可以深挖出隱藏在數據中的內在規(guī)律，再利用大數據的挖掘和分析技術，收集了綠色建筑在建設和運行過程中形成的大數據。

3.1 建筑能耗預測

綠色建筑在運行過程中的能源消耗受不同能耗利用模式的影響（如上班、下班、節(jié)假日等）、設備控制的參數、設備運行的效率、運行環(huán)境的溫度等。傳統的設備啟停采用人工手動方式，參數的設置以及巡檢方式已經顯現出相當多的問題，比如參數設置不科學、維修人員專業(yè)知識的缺乏、運營管理制度不夠嚴格等等，這些因素都會造成能耗大量浪費的現象發(fā)生。而運營過程中的綠色建筑會積累大量的運行數據，從這些收據入手，我們就可以利用大數據的相關技術對用能設備建立相應的數學模型，可以優(yōu)化控制方案以及輸出更加科學合理的設備啟停參數，并對相關設備進行自動控制，從而實現對能源消耗設備的全方位監(jiān)控，進一步實現綠色建筑的節(jié)能措施。

3.2 提高用戶舒適度

廣大業(yè)主在后續(xù)使用綠色建筑的過程中，通常缺乏專業(yè)性的指導和認識，往往只會參照自己的生活習慣和意識來對周邊的能耗設備進行管理。而大數據技術通過采集到的周邊大多數用戶的能源消費習慣以及生活、工作環(huán)境等數據，可實時提醒用戶周圍環(huán)境的變化情況，通過相關信息實現對室內設備的自動調節(jié)，在極端的情況下，還可以通過報警的方式提醒用戶，最終實現降低能耗同時提高舒適度。

3.3 區(qū)域能源調度

近年來，我國各?。▍^(qū)）和氣候帶的綠色建筑建設比傳統建筑節(jié)能優(yōu)勢更大，但缺乏對不同地區(qū)同類建筑差異的比較，同一地區(qū)、同一城市的綠色建筑，其運行效果和能耗也不同。從能源管理部門或研究人員的角度來看，利用大數據的分析方法對不同地區(qū)的綠色建筑各項參數進行比較分析是非常有意義的。它可以統計到區(qū)域能源消費的數據，通過大數據的數據挖掘技術，還可以發(fā)現到同一類型建筑的相似性，綠色建筑在該地區(qū)氣候條件下的適應情況以及不同類型建筑之間的設計差異，最終實現提高綠色建筑的整體能效。

3.4 綠色建筑后評價

在綠色建筑的設計階段，可通過計算機模擬和實驗來繪制施工圖并指導方案設計，然而，綠色建筑建成后的實際運行效果在一定程度上與設計方案相差甚遠，這種不同不僅僅是受單一因素的影響，表現在多個方面，很難利用傳統的數據分析方法來完成。在計算機模擬和現場試驗的基礎上，通過評估綠色建筑設計和運行參數，并參照該數據來建立相關模型，雖然應用計算機仿真技術可以在一定程度上指導綠色建筑的設計，但實際運行效果并不理想，運行參數往往與設計值有較大的差異。其次，綠色建筑的運行效果因受到天氣、不同業(yè)主的使用習慣、季節(jié)以及地域等多種因素的影響，對綠色建筑開展長周期的現場試驗時，某些因素考慮得不夠深入或者根本沒辦法測量，導致目前利用現場試驗的方法來考核綠色建筑的能耗問題也存在一定的問題。而通過大數據的主成分析方法，能夠挖掘出影響某一項指標的關鍵參數，通過連續(xù)優(yōu)化設計，并與綠色建筑的設計值進行比較，可以精確地設置綠色建筑的設計參數。

4 結束語

隨著綠色建筑越來越多，人們對能耗的重視程度不斷加強，相信隨著大數據技術的不斷滲透，人們利用大數據技術挖掘綠色建筑運行中產生的用戶行為數據、能源消耗數據、氣候和地區(qū)差異等寶貴數據會更加科學完善，為今后大數據技術在能耗預測、優(yōu)化設計、能源調度、用戶舒適度等方面提出更加科學完善的思路，以實現真正意義上的綠色建筑。

參考文獻

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