概述

當今節約型社會(huì )發(fā)展模式下，大型公共建筑，如政府辦公樓宇、醫院、公共場(chǎng)館等，由于建筑功能的復雜性，不僅需要實(shí)現智能化控制管理，而且還應具備低碳性質(zhì)，在其建造以及使用運維的整個(gè)建筑壽命周期內，都必須做到節能降耗，減少建筑的污染排放。 通過(guò)先進(jìn)、合理的整體解決方案規劃設計，多領(lǐng)域、多方面采用各類(lèi)節能設備以及智能化控制系統，制定科學(xué)合理的用能策略，借助建筑能源綜合管理系統和建筑智能化系統集成平臺，實(shí)現全方位節能降耗，對建設低碳型和諧社會(huì )具有重要的意義。

基本理念

以提高建筑智能化服務(wù)功能為基礎，以合理使用及避免能源浪費為目的。

技術(shù)理念

在滿(mǎn)足建筑設備智能化服務(wù)功能設計目標的前提下，制定科學(xué)的用能策略，采取智能化控制技術(shù)手段，優(yōu)化各類(lèi)能源的使用管理，實(shí)現可持續節能降耗的目的。

智能建筑節能是世界性的大潮流和大趨勢，同時(shí)也是中國改革和發(fā)展的迫切需求，這是不以人的主觀(guān)意志為轉移的客觀(guān)必然性，是21世紀中國建筑事業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)。節能和環(huán)保是實(shí)現可持續發(fā)展的關(guān)鍵?？沙掷m建筑應遵循節約化、生態(tài)化、人性化、無(wú)害化、集約化等基本原則，這些原則服務(wù)于可持續發(fā)展的最終目標。

從可持續發(fā)展理論出發(fā)，建筑節能的關(guān)鍵又在于提高能量效率，因此無(wú)論制訂建筑節能標準還是從事具體工程項目的設計，都應把提高能量效率作為建筑節能的著(zhù)眼點(diǎn)。智能建筑也不例外，業(yè)主建設智能化大樓直接動(dòng)因就是在高度現代化、高度舒適的同時(shí)能實(shí)現能源消耗大幅度降低，以達到節省大樓營(yíng)運成本的目的。依據我國可持續建筑原則和現階段國情特點(diǎn)，能耗低且運行費用最低的可持續建筑設計包含了以下技術(shù)措施：①節能;②減少有限資源的利用，開(kāi)發(fā)、利用可再生資源;③室內環(huán)境的人道主義;④場(chǎng)地影響最小化;⑤藝術(shù)與空間的新主張;⑥智能化。

20世紀70年代爆發(fā)能源危機以來(lái)，發(fā)達國家單位面積的建筑能耗已有大幅度的降低。與我國北京地區采暖度日數相近的一些發(fā)達國家，新建建筑每年采暖能耗已從能源危機前的300kWh/m2降低至現在的150kWh/m2左右。預計在今后不會(huì )很長(cháng)的時(shí)間內，建筑能耗還將進(jìn)一步降低至30~50kWh/m2。

創(chuàng )造健康、舒適、方便的生活環(huán)境是人類(lèi)的共同愿望，也是建筑節能的基礎和目標，為此，21世紀的智能型節能建筑應該是：①冬暖夏涼;②通風(fēng)良好;③光照充足。盡量采用自然光，天然采光與人工照明相結合;④智能控制。采暖、通風(fēng)、空調、照明、家電等均可由計算機自動(dòng)控制，既可按預定程序集中管理，又可局部手工控制，既滿(mǎn)足不同場(chǎng)合下人們不同的需要，又可少用資源。

智能建筑節能的現狀及發(fā)展方向

1)智能建筑節能現狀

雖然建設智能化大樓直接動(dòng)因就是在高度現代化、高度舒適的同時(shí)能實(shí)現能源消耗大幅度降低，以達到節省大樓營(yíng)運成本的目的。然而實(shí)際上在智能化目標定位中明確提出節能要求的不多，建成的確有節能功效的智能建筑更是罕見(jiàn)。主要原因有以下幾點(diǎn)：房地產(chǎn)投資商認為能源建設是政府業(yè)績(jì)和投資環(huán)境的標志之一，建筑節能看不見(jiàn)摸不著(zhù)，所以寧可在建筑的(www.cnbaowen.net)豪華和設施的先進(jìn)性上花巨資，也不愿為節能多花一分錢(qián);系統與設備、設備與設備之間的控制集成成功率不高，相關(guān)系統結合“接口”界面如通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò )構架的標準化、統一性不夠;物業(yè)管理水平跟不上，運行優(yōu)化無(wú)從談起;沒(méi)有從通過(guò)可再生資源利用技術(shù)來(lái)提高建筑的可持續性戰略高度重視智能建筑的節能;缺少正確有效的建筑設備能耗評估方法，限制了智能建筑節能研究更好地開(kāi)展。

2)智能建筑節能的發(fā)展方向

中國的建筑節能工作已經(jīng)走過(guò)了20多年的艱苦路程。在市場(chǎng)經(jīng)濟的推動(dòng)下，隨著(zhù)住房體制改革的前進(jìn)，房屋用能費用理所當然地要由住房承擔，節約建筑用能勢必逐漸成為廣大居民的自覺(jué)要求，加上改善大氣環(huán)境愈來(lái)愈迫切，要求減輕建筑用能帶來(lái)的污染，建筑節能將是大勢所趨、人心所向，是國家民族利益的需要。

智能建筑節能是一門(mén)新興科學(xué)，與原有專(zhuān)業(yè)分工不同，它包含有建筑、施工、采暖、通風(fēng)、空調、電器、家電、建材、熱工、能源、環(huán)境、檢測、計算機軟件等許多專(zhuān)業(yè)內容，是許多專(zhuān)業(yè)學(xué)科邊緣交叉結合形成的，在社會(huì )需要的推動(dòng)下，許多高等院校、科研院所和生產(chǎn)單位都在圍繞不同方面進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，正在出現蓬勃發(fā)展的新局面。

智能建筑建筑節能分析和評價(jià)原則

1)做好智能建筑的節能規劃

節能規劃要從可持續發(fā)展的戰略高度出發(fā)，采用新方法、新思路。節能要從原先的拾遺補缺，變?yōu)樵诩夹g(shù)經(jīng)濟分析可行后優(yōu)先考慮的方案，要以提高能源利用效率和利用效益為中心?？偟墓澞苣繕艘鶕?jīng)濟發(fā)展、能源平衡、能源消費彈性系數和節能率來(lái)編制。建筑節能方面，建筑物的設計和建造應當依照有關(guān)法律、行政法規的規定，采用節能型的建筑結構、材料、器具和產(chǎn)品，提高保溫隔熱性能，減少采暖、制冷、照明的能耗，逐步開(kāi)展建筑物的節能認證。目前，建筑節能標準可以分為兩大類(lèi)，即規定性標準和效益型的標準。規定性的節能標準給出一定的節能指標要求，如外墻的最大傳熱系數和最大窗墻比等;效益型的節能標準對一些指標并不規定過(guò)死，只要所設計的建筑物總能耗滿(mǎn)足標準要求即可，所以設計人員有更大的設計靈活性。

2)智能建筑的經(jīng)濟性分析應堅持節能原則

對智能建筑進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟性分析是評價(jià)智能建筑節能效益的依據。

技術(shù)經(jīng)濟就是用盡可能少的勞動(dòng)消耗和勞動(dòng)占用為社會(huì )提供更多、更好的使用價(jià)值，即要求以最少的勞動(dòng)消耗和勞動(dòng)占用，而取得最大的經(jīng)濟效益。一個(gè)建設項目的設計，從資源利用、工藝流程、總體布置、設備選型到能源消耗及工程效益無(wú)不關(guān)系到技術(shù)經(jīng)濟，所以技術(shù)經(jīng)濟在工程設計中所占的地位自然是十分重要的。不重視技術(shù)經(jīng)濟的分析研究和評價(jià)，或者不始終做好技術(shù)經(jīng)濟工作，就會(huì )導致建成投產(chǎn)的項目效益不高，花了不少投資而沒(méi)有達到預期的效益。

3)采用層次分析法對智能建筑的綜合評價(jià)也離不開(kāi)節能原則

層次分析法常常被用在對智能建筑的綜合評價(jià)中。

層次分析法是系統工程學(xué)中一種能處理具有復雜因素在內的技術(shù)、經(jīng)濟和社會(huì )問(wèn)題，這些問(wèn)題往往很難用定量的模型或模擬來(lái)分析，因為其中所含定性因素很多，而且需要考慮決策者的心理因素、知識經(jīng)驗和決策水平等。層次分析法能通過(guò)建立所謂判斷矩陣的過(guò)程，逐步分層地將眾多的復雜因素和決策者的個(gè)人因素綜合起來(lái)，進(jìn)行邏輯思維，然后用定量的形式表示出來(lái)，從而使復雜問(wèn)題從定性的分析向定量結果轉化。

利用層次分析法對智能建筑評價(jià)采用以下評價(jià)準則：①滿(mǎn)足用戶(hù)需要的程度;②建筑物的節能程度;③建筑物使用者舒適性;④建筑物管理者管理的方便程度;⑤在現有基礎上進(jìn)行擴充的可能性;⑥整個(gè)智能建筑的性能價(jià)格比。

智能建筑BAS控制方案的優(yōu)化

1)智能建筑能量控制與管理系統的優(yōu)化

智能建筑樓宇自控系統將建筑內所有設備集成一個(gè)系統，實(shí)現信息共享，進(jìn)行綜合管理，其作用和效益是巨大的，要實(shí)現這些作用和效益，就必須實(shí)施優(yōu)化，建筑智能化工程的最優(yōu)化設計與常規設計相比，有以下特點(diǎn)：①可以從系統的各種可能結構和參數中找到最佳匹配，使整體效能最佳，從而提高系統的效率，降低投資和運行費用;②可以對系統及其過(guò)程進(jìn)行定量化的狀態(tài)模擬，減少控制環(huán)節，提高可靠性與穩定性，發(fā)生故障概率降到最低可能限度，系統響應輸出最優(yōu)化;③它有不變條件下的優(yōu)化控制及優(yōu)化控制條件的兩種型式，通過(guò)優(yōu)化控制方案達到節能目的的是一種“主動(dòng)節能”，它有別于墻體結構、門(mén)窗的形式和設置的改造的“被動(dòng)節能”。智能建筑能量管理與控制系統優(yōu)化的基本出發(fā)點(diǎn)、優(yōu)化原則及技術(shù)措施如表1所示。

2)基于節能策略的智能建筑BA系統優(yōu)化方法(主要針對空調系統)

·控制策略的優(yōu)化

PID控制?？諝馓幚頇C的DDC通常采用PID控制，選擇合適的PID參數對空調系統的穩定運行是非常關(guān)鍵的。PID系數高，空調對室內溫度波動(dòng)的反應特性曲線(xiàn)陡，達到設定溫度的過(guò)渡過(guò)程較短;相反PID系數低，達到設定溫度的過(guò)渡過(guò)程較長(cháng)。但并不是PID系數越高越好，否則易引起DDC控制系統失穩，表現為室內溫度的振蕩和水側的電動(dòng)調節閥周期性的來(lái)回運動(dòng)無(wú)法在固定開(kāi)度上運行。PID能解決大部分場(chǎng)合的空調控制，但對于影劇院等大熱慣性空調場(chǎng)合，靠高的PID系數來(lái)提高空調機組對負荷變化的響應速度是不足以解決問(wèn)題的。這時(shí)可以采用雙級控制，即分別在空調的送風(fēng)道和室內安裝溫度傳感器，室內的溫度設定由主DDC控制器完成，水閥的驅動(dòng)由副DDC根據風(fēng)道溫度傳感器和主DDC的指令完成，由于風(fēng)道溫度變化速度快于房間溫度的變化，這一控制方式加速了系統對溫度波動(dòng)的響應。必須注意的是，為防止水閥被人為關(guān)死或水系統供水不足等異常情況對控制系統產(chǎn)生影響，副DDC通常只需采用比例控制算法(P)，不可加入積分分量(I)。在實(shí)際的工程設計中，BA系統對空調的節能控制有多種手段可以采用，例如室內外焓值比較法、二氧化碳等污染物濃度檢測法確定新風(fēng)量，基于日程表的定時(shí)操作等。工程設計中可以視需要靈活運用，以達到最優(yōu)的效果。例如辦公、商場(chǎng)等場(chǎng)合，夏秋季在清晨時(shí)通過(guò)程序啟動(dòng)空氣處理機(或新風(fēng)機)，利用室外涼爽空氣對室內全面換氣預冷，既節約新風(fēng)能耗又提高了室內空氣質(zhì)量。

·控制權的優(yōu)化

通常BA遵從的是中央控制站集中管理的原則，有時(shí)也有其不便的一面。在某些場(chǎng)合(如會(huì )議室)將空調、通風(fēng)系統的參數的設定功能放置在現場(chǎng)可能更符合使用者的需要。DDC本身并不提供這樣的功能，需要專(zhuān)門(mén)部件來(lái)實(shí)現。例如HoneywellT7780A數字顯示墻掛式Lon分站，可以在液晶面板上顯示房間的溫度，通過(guò)4個(gè)按鈕完成設定房間溫度，風(fēng)機速度、啟動(dòng)/停止風(fēng)機等功能，并能通過(guò)LonTalk總線(xiàn)驅動(dòng)空調箱的DDC控制器執行相應的動(dòng)作。這類(lèi)功能接近VRV控制面板的設定器給房間的使用者帶來(lái)極大的便利和舒適性，必要時(shí)應積極采用。

·直接數字控制器(DDC)的優(yōu)化

主流BA系統供貨商都能提供大、中、小不同處理能力的DDC，冷凍機房、熱力站監控點(diǎn)是密集場(chǎng)合應優(yōu)先采用大型控制器，以減少故障率和控制器間的通訊。這種控制器的典型特征是有強大的處理器(如摩托羅拉的68302)和1MB以上的RAM，尤其是能夠和I/O擴展模塊連接達到輸入輸出功能的擴展，例如SIEMENSMBC可以?huà)旖?0個(gè)I/O模塊，TrendIQ251控制器允許有8x16點(diǎn)的接口擴展能力。

對空氣處理機、新風(fēng)機、通風(fēng)機一般采用中型或小型的控制器即可。近年來(lái)，可編程邏輯控制器件(PLC)進(jìn)步很快，其應用不再局限于工業(yè)場(chǎng)合，在空調通風(fēng)的現場(chǎng)設備控制工程中不應將其排斥在外。

·關(guān)于BACnet和LonWorks的支持

ACnet和LonWorks的提出是為了在不同層面解決控制系統的互聯(lián)互操作問(wèn)題。LonWorks采用現場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)(FCS)，突破了以往的集散型控制技術(shù)(DCS)，它的提出是BA技術(shù)的一次飛躍，是今后BAS發(fā)展的技術(shù)趨勢。但目前受到各種條件限制LonWorks技術(shù)優(yōu)勢還不能完全發(fā)揮出來(lái)，工程實(shí)現并不完善。若自控系統規模不是很龐大，最好不用全面采用LonWorks技術(shù)。如果仔細分析目前主流的BA產(chǎn)品，會(huì )發(fā)現其實(shí)它們在不同程度上部分采用或部分支持現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，這種取長(cháng)補短的混合模式在當前是切合工程實(shí)際的，可以實(shí)現技術(shù)的平穩過(guò)渡。BACnet協(xié)議由美國ASHRAE制定并頒布，是現行美國國家標準及歐共體預備標準，運用BACnet協(xié)議，可以使空調冷熱源主機自帶的控制器直接進(jìn)入BAS控制網(wǎng)絡(luò )。但實(shí)施中應注意空調主機和BA供貨商對BACnet的支持程度和技術(shù)協(xié)調，目前非標準的數據通訊格式仍大量存在于主機設備中?？傊?，在設計BA系統的過(guò)程中切不可一味追求技術(shù)的先進(jìn)性。

·控制網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化

在滿(mǎn)足擴展性和靈活性的前提下，控制網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構應盡可能簡(jiǎn)化、清晰，無(wú)論基于RS485總線(xiàn)或基于LonTalk總線(xiàn)的控制網(wǎng)絡(luò )都是如此。分支、分級多的網(wǎng)絡(luò )管理復雜、可靠性低。LonTalk總線(xiàn)在理論上可以組成任意拓撲結構的網(wǎng)絡(luò )，這種布線(xiàn)設計的隨意性如果運用不當，在工程實(shí)踐中仍然是有技術(shù)風(fēng)險的，并可能增加系統的投資。小型工程盡可能運用基于RS485總線(xiàn)的控制網(wǎng)絡(luò )，采用“手拉手”的布線(xiàn)方式，大型工程可以考慮樓層網(wǎng)絡(luò )分級。

·BAS監控中心

BAS監控中心負責監控整個(gè)空調、通風(fēng)、動(dòng)力系統，一般與消防控制、安保監控等合用一室。由于該機房通常遠離冷凍機房、鍋爐房，在這里遠程操作這些關(guān)鍵設備是不合適的。推薦的做法是在凍機房和鍋爐房現場(chǎng)控制室另設置一臺監控分站，由該分站負責冷凍機、鍋爐監控功能，并且該分站功能受權局限為冷熱源設備。

總之，智能建筑節能是一門(mén)新興科學(xué)，與原有專(zhuān)業(yè)分工不同，它包含建筑、施工、采暖、通風(fēng)、空調、電器、家電，建材、熱工、能源、環(huán)境、檢測、計算機軟件等許多專(zhuān)業(yè)內容，是許多專(zhuān)業(yè)學(xué)科邊緣交叉并結合形成的。對智能建筑的分析和評價(jià)應堅持節能的原則，確立智能建筑能量管理與控制系統優(yōu)化的基本出發(fā)點(diǎn)、優(yōu)化原則及技術(shù)措施對于智能建筑節能實(shí)現具有重要的現實(shí)意義。

BAS系統是實(shí)現智能建筑節能的有效途徑之一。智能建筑BAS控制方案的優(yōu)化是整個(gè)智能建筑節能優(yōu)化方案實(shí)施的具體體現，它包含了建筑物內部主要耗能單元的節能優(yōu)化。通過(guò)對BA控制系統(主要是暖通空調系統)的傳感器、執行器、控制器、網(wǎng)絡(luò )等若干環(huán)節的探討，力圖使BA系統更好地服務(wù)于受控的空調通風(fēng)系統，最大限度地節約能源。

低碳智能建筑節能降耗之技術(shù)措施

根據使用特點(diǎn)進(jìn)行用能計量監測規劃

·能耗分類(lèi)計量： 用電計量、用水計量、燃氣計量、燃油計量、燃煤計量、蒸汽計量、供熱計量、供冷計量

·能耗分項計量： 動(dòng)力計量、空調計量、照明計量、特殊計量

·能耗分區計量： 部門(mén)計量、樓層計量、區域計量、房間計量

·溫濕度分區監測：空調系統用能區域，實(shí)行溫、濕度傳感器動(dòng)態(tài)監測

·空氣質(zhì)量分區監測：在人流密集場(chǎng)所、或地下車(chē)庫等區域，安裝傳感器動(dòng)態(tài)監測空氣質(zhì)量

科學(xué)利用能源，制定合理的用能策略

在監測分析的基礎上，制定合理的用能策略，科學(xué)利用各類(lèi)能源，有效降低能源使用過(guò)程中的浪費現象。

建立建筑能耗動(dòng)態(tài)監測與管理平臺

對建筑使用的各類(lèi)能源，包括電、水、蒸汽、燃氣、燃油、燃煤等，建立動(dòng)態(tài)監測與審計分析的管理平臺。