智能科技助推綠色建筑發(fā)展——建筑能效智能監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)研究

文｜ 上海現(xiàn)代建筑設(shè)計（集團）有限公司 趙濟安

珠海派諾科技股份有限公司 徐 斌

智能科技助推綠色建筑發(fā)展
——建筑能效智能監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)研究

文｜ 上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計（集團）有限公司 趙濟安

珠海派諾科技股份有限公司 徐 斌

通過建立建筑能效系統(tǒng)運行監(jiān)控平臺，實現(xiàn)對建筑的綜合能效管理，能有效地提升建筑設(shè)備系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行并優(yōu)化建筑綜合性能，從而為綠色建筑的建設(shè)提供基礎(chǔ)條件。

智能化科技 助推 綠色建筑

建筑智能化集成系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的日趨深入，從而為綠色建筑的建設(shè)提供了基礎(chǔ)技術(shù)條件，建立建筑能效系統(tǒng)監(jiān)控平臺，對建筑物實施能效智能化監(jiān)管，將有效地提升建筑設(shè)備系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行并優(yōu)化綠色建筑綜合性能。本文作者通過系列示范工程的實踐并以“建筑能效智能化監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)研究”為專題進行探討，從而歸理出指導(dǎo)綠色建筑目標要求的智能化設(shè)計方法及技術(shù)要點。

1 綠色建筑智能化系統(tǒng)核心技術(shù)綜述

1.1 綠色建筑智能化系統(tǒng)建設(shè)要求

建立建筑能效系統(tǒng)運行監(jiān)控平臺，實施對建筑物進行綜合能效管理，能有效地提升建筑設(shè)施系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行和優(yōu)化建筑物的綜合性能，實現(xiàn)能源更大化的降耗功能，為綠色建筑的綜合性能提供技術(shù)保障。

1.2 綠色建筑智能化系統(tǒng)應(yīng)用目標

基于建筑物的測控信息網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施，具有獲取、處理、再生等運用建筑內(nèi)外環(huán)境信息的綜合智能化，建立提供高效、舒適、便利和安全的功能條件，從而形成良好的生態(tài)及節(jié)能行為的可持續(xù)性發(fā)展建筑。

1.3 建筑智能化系統(tǒng)綠色功效明細

（1）對建筑設(shè)備系統(tǒng)等運行信息進行積累，并基于歷史數(shù)據(jù)的規(guī)律進行分析，使設(shè)備系統(tǒng)在不斷優(yōu)化的管理策略下運行，以形成更好的環(huán)境狀態(tài)來感知環(huán)境。

（2）對設(shè)備運行的各類能耗參數(shù)進行監(jiān)控，根據(jù)建筑物各功能空間的實際需要，實時地進行系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控；根據(jù)具體需求適時地對智能化系統(tǒng)進行系統(tǒng)的配置整改及功能提升，使各建筑設(shè)備系統(tǒng)高效運行，對建筑物業(yè)的管理更合理科學。

（3）對能耗系統(tǒng)分項計量及統(tǒng)計的數(shù)據(jù)分析和研究，進行趨勢預(yù)測，從而建立科學完善的有效節(jié)能運行模式與優(yōu)化方案，以達到良好的降耗功效。

（4）對機電設(shè)備運行監(jiān)測數(shù)據(jù)的累積，通過對系統(tǒng)能量負荷的平衡進行更優(yōu)化核算，提供科學有效的運行策略，為提高建筑的綜合性能提供技術(shù)保障。

（5）對建筑能耗設(shè)備高效管理和對太陽能、地源熱能等可再生能源的有效利用，為實現(xiàn)低碳經(jīng)濟下的綠色環(huán)保建筑提供有效支撐。

2 綠色智能化系統(tǒng)技術(shù)依據(jù)

現(xiàn)行國家和地方關(guān)于智能化技術(shù)圍繞綠色建筑的若干文件提出如下規(guī)定：

（1）《 綠 色 建 筑 評 價 標 準 》（GB/T 50378-2006）

第5.2.5條：新建的公共建筑，冷熱源、輸配系統(tǒng)和照明等各部分能耗進行獨立分項計量。

第5.2.12條：建筑物處于部分冷熱負荷時和僅部分空間使用時，采取有效措施節(jié)約通風空調(diào)系統(tǒng)能耗。

第5.6.9條：建筑通風、空調(diào)、照明等設(shè)備自動監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)合理。

第5.5.14條：設(shè)置室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，保證健康舒適的室內(nèi)環(huán)境。

（2）《 智 能 建 筑 設(shè) 計 標 準 》（GB/T 50314-2006）

第1.0.3條：智能化建筑工程建設(shè)，應(yīng)貫徹國家關(guān)于節(jié)能、環(huán)保等方針政策，應(yīng)做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、實用可靠。

第2.0.1條：智能化建筑——以建筑物為平臺，兼?zhèn)湫畔⒃O(shè)施系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及其優(yōu)化組合為一體，向人們提供安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境。

（3）《公共建筑節(jié)能工程智能化化技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ08-2040-2008）

第4.1.1條：公共建筑節(jié)能工程智能化系統(tǒng)應(yīng)包括綜合采用信息通信、計算機網(wǎng)絡(luò)、自動化與智能化控制等智能化技術(shù)的建筑能效綜合管理、空調(diào)節(jié)能監(jiān)控、給排水節(jié)能監(jiān)控、變配電節(jié)能監(jiān)控、照明節(jié)能監(jiān)控、可再生能源利用監(jiān)控和遮陽及門窗啟閉節(jié)能監(jiān)控等智能化系統(tǒng)。

第4.1.2條：公共建筑節(jié)能工程智能化系統(tǒng)工程設(shè)計，應(yīng)根據(jù)建筑規(guī)模、節(jié)能精度與效率等目標以及物業(yè)管理的需求，選擇配置相關(guān)智能化系統(tǒng)及確定各系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)控的要求。

3 設(shè)計技術(shù)流程研究

綠色建筑智能化設(shè)計流程一般包括系統(tǒng)可行性前期設(shè)計、系統(tǒng)規(guī)劃方案設(shè)計、系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計、系統(tǒng)實施設(shè)計等階段。

（1）系統(tǒng)可行性前期設(shè)計

◆ 確立綠色建筑工程技術(shù)目標；

◆ 對建筑環(huán)境及機電設(shè)施等基礎(chǔ)建設(shè)提出符合監(jiān)控工藝條件的基礎(chǔ)要求；

◆ 編制綠色建筑智能化系統(tǒng)建設(shè)可行性技術(shù)報告（技術(shù)及經(jīng)濟）。

（2）系統(tǒng)方案設(shè)計

◆ 歸理智能化系統(tǒng)基礎(chǔ)條件，依據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求設(shè)計；

◆ 規(guī)劃項目綠色建筑智能化系統(tǒng)信息構(gòu)架模型，確立信息采集裝置、通信平臺、綜合管理的信息處理原則；

◆ 制定綠色建筑能效智能化監(jiān)管技術(shù)策略。

（3）系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計

◆ 樹立項目綠色建筑智能化系統(tǒng)設(shè)計目標；

◆ 確立智能化系統(tǒng)的功能、范圍、控制響應(yīng)與精度等綜合技術(shù)指標；

◆ 構(gòu)建智能化系統(tǒng)技術(shù)框架及控制策略細則；

◆ 制定智能化系統(tǒng)測控網(wǎng)絡(luò)及各控制環(huán)節(jié)技術(shù)的明細要求。

（4）系統(tǒng)實施設(shè)計

◆ 編制系統(tǒng)技術(shù)原理圖、網(wǎng)絡(luò)拓撲圖；

◆ 編制系統(tǒng)通信原理圖、電氣接口原理圖；

◆ 編制該項目系統(tǒng)監(jiān)控及受控設(shè)備建筑平面布置圖、安裝圖、接線圖等；

◆ 編制系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備分類及控制點位統(tǒng)計表；

◆ 編制系統(tǒng)信息顯示、傳輸、打印等狀態(tài)圖表；

◆ 編制系統(tǒng)運行程序技術(shù)說明文件。

4 系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)要點

4.1 系統(tǒng)目標設(shè)計技術(shù)要點

（1）系統(tǒng)設(shè)計：應(yīng)做好對各類機電設(shè)備運行實施綠色監(jiān)控及優(yōu)化管理的后續(xù)智能化技術(shù)配接，以符合國家對綠色建筑工程的整體要求。

（2）系統(tǒng)配置：應(yīng)根據(jù)建筑的使用功能、建筑規(guī)模、能耗特征及運行管理方式等狀況，落實高效節(jié)能及確保建筑生態(tài)環(huán)境的系列智能化技術(shù)措施。

4.2 系統(tǒng)前期設(shè)計技術(shù)要點

（1）系統(tǒng)應(yīng)通過對該類建筑內(nèi)各能耗設(shè)施實施信息采集、顯示、分析、處理、維護及優(yōu)化管理。

（2）系統(tǒng)應(yīng)具有實時性、全局性、系統(tǒng)性、制約性的綜合能效管理。

（3）系統(tǒng)應(yīng)達到建筑內(nèi)各能耗設(shè)施可測控性、能源優(yōu)化使用及經(jīng)濟性最佳組合。

4.3 系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)要點

綠色建筑智能化系統(tǒng)的構(gòu)成一般應(yīng)包括建筑設(shè)備能耗信息通信平臺、信息采集裝置及能效綜合管理軟件系統(tǒng)，并建立完善的信息模型和能耗信息的處理措施。

（1）能耗信息采集裝置要求

◆ 所采集信息應(yīng)滿足建筑物業(yè)管理及建筑節(jié)能的目標；

◆ 應(yīng)分別對空調(diào)、給排水、變配電、照明及其他各類能耗設(shè)備系統(tǒng)，采集以數(shù)據(jù)方式輸出并真實反映能源使用、轉(zhuǎn)換以及損耗等運行狀況的信息；

◆ 信息模型應(yīng)包括冷熱源系統(tǒng)；送排風系統(tǒng)；給排水系統(tǒng)；太陽能利用（光伏發(fā)電、太陽能熱水）系統(tǒng)；污水源、江水源、地源熱泵系統(tǒng)；變配電系統(tǒng)；照明系統(tǒng)；風能利用（風力發(fā)電）系統(tǒng)；門窗啟閉監(jiān)測系統(tǒng)；蓄能系統(tǒng)（冰蓄能）；回收利用（雨水收集、污水利用）系統(tǒng)等；

◆ 信息模型一般來源于相關(guān)工藝圖，但由于工藝信息通常不能準確反映能源狀況，需補充一定的監(jiān)測信息量，以完善信息模型并準確反映能源狀況。

（2）信息通信平臺建設(shè)要求

◆ 能耗信息采集裝置應(yīng)在采集信息基礎(chǔ)上完成信息預(yù)處理、分析計算等工作，并將計算結(jié)果反饋給管理平臺；

◆ 能耗信息應(yīng)能夠滿足對平臺下發(fā)指令的響應(yīng)要求；

◆ 能耗信息預(yù)處理、分析計算等應(yīng)滿足采樣的精度和周期要求；

◆ 能耗信息傳輸數(shù)據(jù)應(yīng)無損失或符合測量精度。

（3）能效智能化監(jiān)管分析、測試和控制模式等功能要求

◆ 可對建筑內(nèi)所采集的各能耗設(shè)備實時運行的數(shù)據(jù)進行分析和處理，實現(xiàn)綜合管理；

◆根據(jù)區(qū)域、類別、時段用戶的需求，對能源信息進行匯集、統(tǒng)計、記錄等功能；

◆ 具有CO2排放分析、冷熱負荷分析、單位建筑面積能耗分析和區(qū)域能耗統(tǒng)計分析等功能；

◆ 按降低能耗的管理規(guī)程及提高設(shè)備能效的運行程序，對能耗設(shè)備、設(shè)施進行優(yōu)化性能的提示及具有實時反饋運行限額、提示調(diào)整負載分配的功能；

◆ 能對各能耗設(shè)備運行的實時基礎(chǔ)信息、分析控制信息進行數(shù)據(jù)記錄和資料存儲；

◆ 具有實現(xiàn)后臺調(diào)用和分析功能，仿真測試模塊的功能（采集對象的仿真環(huán)境要求可通過硬件模擬，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、分析計算等反映信息采集裝置的響應(yīng)能力和精度保證的能力；采集對象的模型應(yīng)包括新風機組COP計算模型、冷熱源傳輸系統(tǒng)輸送能效比計算模型、冷熱源COP計算模型、PID控制模型、基于性能曲線的I/O控制模型。模型的計算精度與采集精度應(yīng)給出相應(yīng)的計算推導(dǎo)，以確?？刂朴嬎沩憫?yīng)與精度要求；采集信息的傳輸及真實性驗證仿真環(huán)境，應(yīng)通過硬件傳輸手段對測試采集處理數(shù)據(jù)的傳輸效率及數(shù)據(jù)的真實性驗證。信息采集裝置應(yīng)在本地存有不少于24小時的原始數(shù)據(jù)及預(yù)處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果，信息采集裝置和管理平臺應(yīng)能同時打印、存儲和顯示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，作為驗證數(shù)據(jù)真實性的依據(jù)；能源管理平臺仿真環(huán)境，應(yīng)能接受信息采集裝置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并針對數(shù)據(jù)類型進行管理、存儲和顯示）。

4.4 系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計技術(shù)要點

（1）綠色智能化系統(tǒng)的測控網(wǎng)絡(luò)及各控制環(huán)節(jié)技術(shù)的關(guān)鍵，是系統(tǒng)的功能、范圍、控制響應(yīng)與系統(tǒng)精度等綜合技術(shù)指標，以及具體工藝控制策略及方法。

（2）采集信息的信息預(yù)處理工作，應(yīng)符合基本的采樣理論要求，滿足采樣的精度和周期要求，并對因設(shè)備精度帶來的采樣誤差進行處理。

（3）采集信息的分析計算工作，應(yīng)能滿足基于性能曲線的I/O控制、PID控制的要求，并對因分析計算帶來的誤差進行處理。

（4）采集信息的結(jié)果反饋工作，應(yīng)能滿足數(shù)據(jù)無損失傳輸?shù)焦芾砥脚_，能夠保證數(shù)據(jù)的真實可靠性，同時宜在信息采集裝置（本地）保留一定時間的原始數(shù)據(jù)作為驗證數(shù)據(jù)。

（5）信息采集裝置，應(yīng)能夠根據(jù)管理平臺下發(fā)的指令做動態(tài)響應(yīng)，包括模糊控制、比例控制等節(jié)能控制措施，同時采集設(shè)備運行狀況的反饋信息。

（6）能耗管理控制策略及方法，應(yīng)根據(jù)負荷時間表進行基于負荷管理和功能服務(wù)時間表協(xié)調(diào)的控制。

（7）能耗管理控制策略及方法，應(yīng)根據(jù)工藝狀態(tài)在工藝參數(shù)的允許范圍內(nèi)進行節(jié)能優(yōu)化控制。

（8）能耗管理控制策略及方法，應(yīng)基于模型的節(jié)能控制、新風機組COP計算模型、冷熱源傳輸系統(tǒng)輸送能效比計算模型、冷熱源COP計算模型、水泵等功率環(huán)節(jié)的PID控制模型、性能曲線的I/O控制模型進行節(jié)能優(yōu)化控制。

4.5 系統(tǒng)實施深化設(shè)計技術(shù)要點

為了有效指導(dǎo)綠色建筑智能化系統(tǒng)工程的實施，必須提供完整的技術(shù)文件，文件包括技術(shù)原理圖、網(wǎng)絡(luò)拓撲圖、系統(tǒng)通信原理圖、電氣接口原理圖、系統(tǒng)監(jiān)控及受控設(shè)備建筑平面布置、安裝、接線等圖、系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備分類及控制點位統(tǒng)計表、系統(tǒng)信息顯示、傳輸?shù)葼顟B(tài)圖表及系統(tǒng)運行程序技術(shù)說明文件等。

5 結(jié)束語

各類現(xiàn)代建筑中已普遍配置了建筑設(shè)備管理和物業(yè)管理及相關(guān)的智能化系統(tǒng)，因此，推廣建立以實現(xiàn)綠色建筑為整體目標，憑借對耗能信息采集和管理平臺的信息共享及協(xié)同工作構(gòu)架方式的綠色建筑能效智能化監(jiān)管系統(tǒng)，依據(jù)在建筑各類機電設(shè)備運行中所反映其能源傳輸、變換與消耗的特征，采納系列智能化控制計策，實現(xiàn)綠色建筑能源更大化的節(jié)能減排功效和推動綠色建筑技術(shù)發(fā)展具有重要作用。本文在“建筑能效智能化監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)研究”中，將建筑智能化技術(shù)與綠色設(shè)計理念相融合，更注重突出智能化功能和綠色功效，為推進智能化技術(shù)與綠色建筑一體化及策略化的協(xié)調(diào)發(fā)展，顯著地提高了現(xiàn)代建筑建設(shè)質(zhì)量在新科技應(yīng)用方面所做的探索。