收稿日期：2011－04－19
基金项目：国家自然科学基金资助项目（61074155；61074179）作者简介：程朋胜（1964—），男，安徽桐城人，硕士，高级工程师，主要研究方向为智能控制科技及计算机应用。 程朋胜
（深圳达实智能股份有限公司，广东深圳518057）
异形刷
摘要：对中央空调节能技术进行了探讨，针对云计算的范畴综述了当前云计算所采用的技术和应用发 展，
结合达实公司的中央空调节能系统，构建了基于云计算的城市能源监测管理系统。关键词：中央空调；节能；云计算；能源监测中图分类号：TK01文献标识码：A 文章编号：1000－8829（2012）04－0049－03
Urban Energy Monitoring and Management System Based on Cloud Computing
CHENG Peng-sheng
(Shenzhen DAS Intelligent Co．，Ltd．，Shenzhen 518057，China)
Abstract:The energy-saving technology of the central air-conditioning is discussed．It surveys the current tech-nologies adopted in cloud computing．Combined with the energy-saving system of DAS Company，the urban en-ergy monitoring and management system based on cloud computing is established．Key words:central air-conditioning;energy-saving;cloud computing;energy monitoring 随着生活水平的提高，我国城市建筑中央空调系统的应用越来越普及。中央空调系统通常是整个楼宇
中消耗能源最大的系统，
有时甚至占到全部耗能的40% 60%。目前实际情况是空调系统是按满足用户最大需求而设计，所有的空调系统长时间处在低负荷下运行。由于能源十分紧张，同时暖通空调的能耗在国民经济总能耗中所占比重越来越大，所以开发中央
空调系统的优化控制技术，
使中央空调系统在不同负荷下、不同工况条件下，都能以最佳效率运行，并且达到最好的控制效果，显著降低整个楼宇的运行成本。这是非常迫切的，并且具有非常广阔的应用前景。
1
中央空调系统节能
常见的使用中央空调系统的气候不外乎以下几
种：①高温高湿—
——夏季中的闷热天气；②高温低湿—
——北方气候干旱燥热季节；③低温高湿———南方的阴雨季节；④低温低湿—
——通常指北方寒冷天气。对于中央空调来说，按照国家标准，系统最大负载能力是按气温最高、负荷最大的工作环境来设计的，就系统本身来说，存在着很大的储备空间，而实际上系统
又很少在这些极限条件下工作。根据有关资料统计，
中央空调97%的时间在70%负荷以下波动运行，所以实际负荷总不能达到满负荷（即通常说的“大马拉小
车”），特别是冷气需求量较小的情况下，主机负荷最低。为了保证有较好的运行状态和较高的运行效
率，主机应能在一定范围内根据负载的变化合理地加载和卸载，不让与之相配套的冷却水泵和冷冻水泵一直在
高负荷状态下运行，
提高中央空调冷却水、冷冻水系统的运行效率，降低能耗较大且运行时间较长的设备的工作时间。
2
云计算
云计算是当前信息领域的又一个热点。它的出现
宣告了低成本提供超级计算时代的到来。云计算的发展将使互联网的计算架构由“服务器+客户端”向“云服务平台+客户端”演变，它将最终改变人们获取信息、分享内容和互相沟通的方式。2．1基本概念
云计算［1］
（cloud computing ）是一种基于互联网的崭新的计算方式，通过互联网上异构、自治的服务为用
户提供按需即取的计算
。“云”同时也是对IT 底层基础设施的一种抽象概念。云计算按其所提供的功能，
可以分为3种类型：基础设施即服务（IaaS ，infrastruc-ture as a service ）、平台即服务（PaaS ，
platform as a serv-ice ）和软件即服务（SaaS ，
software as a service ）。但这·
94·基于云计算的城市能源监测管理系统研究
3种类型的云计算服务并不是彼此孤立的，可以认为这3种类型的云计算服务存在层次关系，如图1所示
。
图1云计算服务的层级结构图
所有层次的云计算服务均存在一些公共特点，主
要包括：①分布式；②虚拟化；③动态性和可伸缩性；④高可靠性；⑤海量信息存储和处理能力。这些都体现了云计算的强大功能。2．2关键技术
的超级计算方式［2］
。它的关键技术包括：编程模式、数据存储和管理技术，以及虚拟化技术。
（1）编程模式。
简便的编程模式成为云计算发展的未来趋势。Google 提出的MapReduce ［3］编程模式是当前较流行的云计算编程模式，用来简化分布式系统的编程。应用程序编写人员只需将精力放在应用程序本身，而关于
集的处理问题，
包括可靠性和可扩展性，则交由平台来处理。MapReduce 通过“Map （映射）”和“Reduce （化简）”这样两个简单的概念来构成运算基本单元，用户只需提供自己的Map 函数以及Reduce 函数即可并行处理海量数据。MapReduce 程序的具体执行过程如图2所示
。
图2MapReduce 的执行过程图
（2）数据的存储和管理。
现在云计算数据的存储技术主要有Google 的
GFS （Google file system ）和Hadloop 团队开发的开源体
系HDFS （Hadoop distributed file system ）。云计算对大
供氧器量的数据进行了高效的管理、
读取和分析，对数据的读操作远高于数据的刷新频率，所以，云计算的数据管理技术是比较先进的数据管理模式。其中在现有的数据有力技术中主要有Google 的BigTable 。
（3）虚拟化技术。在云计算环境中，虚拟化技术有如下良好的特性：①与虚拟机平台运行的应用程序同时进行，云计算中的计算平台可以动态地定位到所需的物理平台。
②能够节约主机资源，将多个负载次要的虚拟机节点合并到同一个物理节点上。在不同的物理节点上
实施动态迁移，
能够获得负载平衡。③在资源管理和部署上比较灵活，可以将虚拟机直接部署到物理计算平台上，或者直接给用户提供虚拟机资源服务，如亚马逊的EC2。
虚拟化技术应用在云计算中，提高了云计算资源
管理的效率，
动态地为用户提供了及时的服务。3云计算城市能源监测管理系统
（1）达实能源监测管理系统。
达实能源监测管理系统［4］
（EMC002），通过24h 计算机的在线应用，提供远程监测、审计、控制、管理等服务，为用户建立可计量、验证和持续的节能服务体系，实现对用户节能效益的长期保障。该系统提供以下功能：
①能源审计工具：通过监测系统的数据得出能耗规律，
到节能改进的可能途径，并以此来为未来提高节能的管理水平作下铺垫。
②节能执行监测：在中央空调节能项目实施过程，
根据对设备运行参数和环境参数的匹配要求，设定保证末端温湿度、温差、压差、洁净度（二氧化碳、悬浮粉尘）等环境参数要求的节能参数，在线监测节能的执行，保证节能的实际运行。
③在线维护手段：通过监测系统与管理中心的联接，
24h 监测中央空调系统的实时运行参数，提供故障诊断和排除，实现传统的定期维护模式向实时在线维护模式的转变，避免出现过修或失修的状况。
（2）云计算城市能源监测管理系统。现有两种云计算商业模式可供选择：①节能服务提供厂商可将云计算作为商业计算模型，自行组建大型数据处理中心集散服务器集，利用高速互联网的传输能力，将整个城市的能源监测及管理数据处理过程从个人计算机或服务器移到互联网上的服务器集中。
②节能服务提供厂商可购买云计算提供商（如
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lncrna引物设计
05·《测控技术》2012年第31卷第4期
Amazon 、Google 、IBM 等大型提供商）的Web 服务，采用其提供的应用编程模式或应用接口来访问提供的空间、数据库存储、管理控制台等服务。节能商只需为自己实际使用的计算能力、存储空间和网络带宽付费。笔者结合第①种云计算模式与达实能源监测管理系统构建一种基于云计算环境的城市能源监测管理系统。系统结构如图3所示
。
电热碗图3
基于云计算环境的城市能源监测管理系统网络结构图
系统组成：
①能源数据采集传感器。通过在建筑物现场安装各种数据的采集模块，对中央空调设备运行的各项数据进行采集。采集的数据包括主机、风系统、水系统的运行参数和外部的环境参数。
②能源数据采集终端。能源数据采集终端是用户现场能耗数据采集的多功能设备，其具备多个上行、下行数据接口和通信协议，有效实现数据的处理和保证数据传输效率；并可以实现与不同协议的智能通信设备之间的通信。
③传输网络。传输网络是连接能源监测工作站
和数据管理中心的纽带，
它将监测数据上传到管理中心，支持多种传输方式，包括以太网、
GPRS /CDMA 等，充分满足既有传输通道的要求。
④数据管理中心。建立在监测系统后台的数据中心，将采集到的能耗数据进行存储和管理。其网络结构如图4所示。数据中心通过前置服务器可接收采集系统的能耗数据，并采用分布式技术进行存储；数据
中心采用磁盘阵列技术来支持海量数据存储，
通过多服务器技术实现数据传输与存储的负载平衡，并可对能耗数据进行定时备份，保障数据的安全性；通过分布
式处理算法（如MapReduce 等）模块，
主要用于语义分析推理等操作的分布式处理实现。采用一种高效的具有在大型集系统中并行运算能力的在海量数据中求最优控制的挖掘算法
。
图4系统数据管理中心网络结构图
⑤用户终端。用户终端对数据中心的数据进行分析、
对比，通过Web 网站形式展示，用户可像浏览普通网站一样按权限登录系统进行节能管理。
4结束语
随着建筑节能工作的不断推进，城市大型公共建
筑的中央空调节能作为该项工作的重要组成部分，
挂包钩
未来将会有更大的发展。节能服务提供商也可采用第②种云计算商业模式开发基于云计算环境的城市能源监
测管理系统，
信号器这样就能够充分聚集闲散的计算资源，加以高效利用，
展现出强大的计算能力，有效地解决海量控制数据求解最优问题，为每个用户提供快捷、直观的节能服务，同时节约更多的成本，有着广阔的应用前景。
参考文献：
［1］Boss G ，Malladi P ，Quan D ，et al．IBM Cloud computing
White Paper ［
EB /OL ］．http ：//download．boulder．ibm．com /ibmdl /pub /software /dw /wes /hipods /Cloud computing wp fi-nal 80ct．pdf ，2007．
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15·基于云计算的城市能源监测管理系统研究
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