摘要：为促进寒地村镇建筑节能设计研究并解决寒地村镇建筑及其环境大量调研问卷、实测数据、实景照片、红外热像图等信息的有效存储及共享利用问题，课题组设计开发了东北严寒地区村镇建筑及其环境基础信息数据库。运用SQL Server 2014作为后台数据仓库，结合Java系统平台开发，从主观调查问卷数据、典型建筑客观实测数据、便携式气象站实测数据等方面对建筑、热环境、光环境、风环境等调研数据进行整理分类，数据库能够与世界主流能耗模拟软件兼容并实现数据实时调用。该数据库建构了寒地村镇建筑及其物理环境的基础信息平台，为研究寒地村镇建筑节能提供了实测数据，为开发寒地村镇建筑专用节能模拟软件提供了数据支撑，为推进寒地绿色村镇建设奠定了研究基础。

关键词：寒地村镇建筑；数据库；节能

A study of database design for rural residential buildings and environment in severe cold regions of northeast China

Abstract: The database is designed for promoting the research of energy conservation of rural residential building and solving the problem of storage and share plenty of questionnaires, Testing data, photos and infrared thermograms. Survey data was classified by architecture, thermal environment, luminous environment and wind environment. Data is collected by subjective questionnaire data, objectively measured data of prototypical building model and meteorological station. SQL Server 2014 as the data warehouse and Java as the development platform. The database can compatible with other energy consumption simulation softwares and the data can be invoked in any time. The database develop the basic information platform of rural residential buildings and physical environment in severe cold regions. It provides measured data for building energy efficiency research and designing simulation software of energy conservation for rural areas. It establishes research foundation of green village construction n severe cold regions of northeast China.

Key words: Rual residential buildings in severe cold regions; Database; Energy conservation

1. 引言

2011年，我国房屋建筑面积为469亿㎡，其中农村住宅238亿㎡，占全国建筑面积的50.75%。我国建筑总能耗（不含生物质能）为6.87亿tce，占全国总能耗的19.74%，农村建筑商品能耗为1.97亿tce，占建筑总能耗的26.8%，生物质能（秸秆、薪柴）消耗约折合为1.27亿tce[ ]，这说明农村建筑总能耗已超过建筑能耗总量的三分之一，制定切实可行的农村住宅节能措施对我国整体节能工作的推进起着举足轻重的作用。

2003~2012年，东北三省每年平均新增住宅面积1.24亿㎡，其中农村每年平均新增住宅面积0.44亿㎡，占35.48%。2012年，东北三省新增住宅面积1.65亿㎡，其中农村新增住宅面积0.51亿㎡，占东北三省新增住宅面积的30.91%。一方面，这说明农村住宅建设在建筑业占有重要地位，另一方面，这也意味着农民居住条件的改善和能源消耗的增大。

《“十二五”建筑节能专项规划》总体目标明确提出到“十二五”期末，建筑节能形成1.16亿吨标准煤节能能力，其中发展绿色建筑，加强新建建筑节能工作，形成4500万吨标准煤节能能力。具体到农村建筑，这就需要积极探索、推进农村建筑节能。

为了充分掌握寒地村镇住宅能耗现状，进而对住宅节能进行深入研究，课题组采用调查问卷、住宅物理环境实测等方法对寒地住宅进行了系统调研，并记录了大量实验数据。为了对调研数据进行系统分析，并最大化发挥调研数据的作用，实现数据积累与共享，建构数据库就尤为重要。目前，已有大型公共建筑能耗、办公建筑能耗、农村住宅设计资源、村镇住宅材料等数据库方面的研究[ , , , , ]，但是，目前针对东北严寒地区村镇住宅及其环境的数据库研究还处于空白。通过对寒地村镇住宅及环境调研数据整理分类，基于SQL Server 2014数据库软件平台，采用Java进行程序编写，设计开发了东北严寒地区村镇建筑及其环境基础信息数据库，通过该数据库可以实现调研数据的检索查询、可视化分析、远程调用等功能，并结合实景照片和热像图对建筑热工性能进行分析。建构该数据库能够将寒地村镇建筑及其环境调研数据规模化、体系化，并随着调研范围的扩大得到不断的更新完善，从而形成覆盖整个东北村镇地区的基础信息数据库，为研究寒地村镇建筑节能提供详实的实测数据和实证图片，为推进寒地绿色村镇建设奠定坚实的数据基础。

2. 数据库设计

2.1. 数据库功能特点

东北严寒地区村镇建筑及其环境基本信息数据库包含村镇住区、住宅调研数据，室内外热、风、光环境实测数据和标准年气象数据。其中，村镇住区调研数据包括住区基本信息、规划指标、建设情况、规划建设及建成实态、基础设施、供热水、采暖、住区总平面测绘图等数据，村镇住宅调研数据包括住宅基本信息、户内空间构成与组织、构造做法、室内物理环境、室外物理环境、给排水、住宅使用后评价、住宅测绘图等数据，便携式气象站调研数据包括温度、湿度、CO2、气压、蒸发、雨量、光照度、风向、风速、辐射瞬时值、辐射累计量等数据。

2.2. 数据库框架设计

根据数据库的功能特点及研究需求，该数据库由用户界面、数据库系统平台和数据仓库三层结构构成（如图1）。其中寒地农村住宅及其环境基础信息数据仓库应用SQL Server 2014软件实现，用户欢迎界面和基础信息数据仓库之间的信息交互通过数据库系统平台实现，应用Java编程实现数据库的功能，用户登录数据库系统后，只需点击相应的功能选项卡，并输入要查询的信息，数据库即可通过JDBC数据接口与基础信息数据仓库建立连接，完成数据的查询、存储、可视化等功能，并以数据、文字、图片、图形等方式显示。数据库管理员可通过管理员身份实现数据库数据的增加、删除、修改、查询、云管理等功能，对数据库进行实时维护与更新。

 

寒地农村住宅及其环境基础信息数据仓库包含调查问卷数据、实测数据、标准年气象数据等三大部分，基础信息数据仓库能够对以上数据进行全面的归类存储（如图2）。

 

3. 数据库模块构成

数据库包括调查问卷、实测数据、标准年气象数据三大模块。这三大模块数据从主观调查、客观测试、国家气象数据三个方面对寒地农村住宅及其环境基础信息进行了全面覆盖，能够有效的对寒地农村现状进行分析，并预测寒地农村未来能耗水平。

3.1. 调查问卷模块

调查问卷模块分为住区调查和住宅调查两大部分。其中住区调查包括村落基本信息、规划指标、建设情况、规划设计及建成实态、基础设施、供热水和采暖，住宅调查包括住宅基本信息、户内空间构成及组织、室内外物理环境、给排水、住宅单体及环境设计意向和住宅测绘。

调查问卷模块从农村居民社会特征、舒适度主观评价、能源消费、采暖方式和村落及农宅测绘五个方面对农村居民生活方式、住宅特点、能耗现状进行了系统的整理，该模块能够为研究寒地农村现状，提出具有针对性的节能设计策略提供了详实的调研数据和实景图片（如图3）。

 

3.2. 实测数据模块

课题组采用BES-01/02温湿度采集记录器、BES-GT智能多路温度热流现场检测仪、FlukeTIR110红外热像仪、Testo435-1风速仪、赛纳威PM2.5/10空气质量检测仪、Fluke941数字式照度计、锦州阳光PC-3便携式气象站、Fluke红外测温仪等实验设备对农村住宅物理环境进行了系统的测试。

实测数据模块分别从农宅热环境、风环境、室内空气品质、光环境四个方面对农宅室内外物理参数进行了测试，该模块能够为研究农宅保温薄弱环节，设计新型节能农宅居住模式，提出适寒设计策略提供详实的实测数据支撑（如图4）。

 

3.3. 标准年气象数据模块

标准年气象数据采用CSWD格式数据，即由中国气象局和清华大学研发的《中国建筑热环境分析专用气象数据集》。该气象数据集是以全国270个气象站1971-2003年的气象数据为依据建立的典型气象年数据（如图5）。

将标准年气象数据纳入数据库有如下三个方面的原因：第一，标准年气象数据是全国270个气象站30年气象观测的数据结晶，它具有很高的权威性。因此，将课题组实测数据与标准年数据进行对比可以发现共性数据和个体数据之间的差异，并能够分析其成因，进而寻求个体农宅存在的特殊问题。第二，从目前来看，寒地农村住宅基础信息数据库处于起步阶段，标准年气象数据覆盖面高于课题组实测数据。因此，在研究整个东北严寒地区农村节能问题时，使用标准年气象数据更为有效。随着课题组测试数据的不断增加和覆盖面的不断扩展，课题组实测数据会形成东北严寒地区的整体覆盖。第三，标准年气象数据能够和课题组实测数据互为补充，为研发东北严寒地区农村住宅专用节能软件提供坚实的数据支撑。

 

4. 数据库功能实现

4.1. 数据检索及可视化分析

数据库可以进行调查问卷、实测数据、标准年气象数据等数据查询，并可以根据需求选择数据类别，如地区、时间、农村居民社会特征、舒适度主观评价、能源消费、采暖方式、温度、湿度、风速、照度等，科研人员可根据需求检索相应类别的数据。

将数据库进行可视化处理能够直观的表达数据的含义，方便科研人员有效的使用数据库进行研究。该数据库的可视化分析分为三个部分，第一、主页曲线图示。即在主页上以曲线图的形式显示数据，当鼠标定位在某一点时即显示该点的数据采集时间及大小，方便科研人员查看。第二、在数据库主页上以图表的形式显示数据最大值、最小值、平均值等关键数据信息，提高科研人员使用数据的效率。第三、将数据以Excel形式导出，科研人员根据需求，应用Excel功能对数据进行分析。（如图6）

 

4.2. 数据云计算

美国国家标准与技术研究院（NIST）对云计算的定义如下：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问， 进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。

从云计算的定义我们可以看出，云计算是在后端庞大的云计算中心支撑下，为使用者提供品质更高效、费用更低廉的新一代IT模式。将云计算概念引入东北严寒地区农村住宅及其基础环境数据库有以下两个方面的考虑：第一、数据云存储。随着时间的推移和测试数据量的增加，数据库硬件存储设备的需求、运行和维护成本都将随之增大，为解决这一问题，应用云储系统将数据储存在云端，并将不同类型的数据通过软件整合，实现协同工作。第二、云计算。数据库的信息处理属于大数据应用，单台计算机的处理效率较为低下。因此，应用分布式计算架构对数据库海量存储数据进行挖掘就显得尤为重要。（如图7）

 

4.3. 数据使用

为方便科研人员随时随地能够使用数据库，设置了三种数据获取方式，分别为电脑远程登录、Email和手机客户端。其中电脑远程登录为常规的数据库使用方式，科研人员通过个人电脑输入用户名和密码对数据库进行访问。Email为数据库根据要求向使用者发送电子邮件，这项功能能够方便科研团队同时获取指定数据，提高科研效率。手机客户端访问数据库是在当前移动传媒的时代背景下制定的随时随地获取数据的方案，科研人员可使用手机随时与数据库进行连接。（如图8,9）

 

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