智能建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展及問題研究

劉輝 馮陽(yáng)

(國(guó)家開發(fā)銀行股份有限公司陜西省分行，陜西西安 710075)

0 引言

我國(guó)正處在一個(gè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的特殊時(shí)期，未來(lái)幾年將是中國(guó)城市化發(fā)展最快的一個(gè)階段，從城市化來(lái)講，每年增長(zhǎng)的人口約1 300萬(wàn)～1 500萬(wàn)。面對(duì)如此快速的城市發(fā)展，如何在建筑行業(yè)中實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保，同時(shí)創(chuàng)造宜居的建筑環(huán)境，是建筑行業(yè)人員急需解決的重要問題。而隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用范圍的快速滲透，智能建筑的概念已經(jīng)越來(lái)越深入人心。

智能建筑發(fā)展的初期主要集中在一些新建的高檔公共建筑，比如星級(jí)酒店、大型商場(chǎng)、A級(jí)寫字樓等，而現(xiàn)在新建的大中型公共建筑項(xiàng)目多數(shù)都有不同程度的智能化需求，智能建筑已經(jīng)擴(kuò)展到機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓、車站樓、辦公樓、博物館、圖書館、醫(yī)院、院校、商場(chǎng)、娛樂場(chǎng)所甚至住宅小區(qū)等。因此，智能建筑節(jié)能技術(shù)的研究對(duì)于我國(guó)建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展有著非常重要的意義，而同時(shí)，對(duì)于智能建筑本身發(fā)展而言，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用反過來(lái)也會(huì)加速智能建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與落實(shí)。

1 我國(guó)現(xiàn)有智能建筑節(jié)能技術(shù)

1.1 智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)是指通過自控網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備對(duì)控制對(duì)象(設(shè)備)實(shí)行智能化的綜合管理的技術(shù)，即構(gòu)成各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的指揮中樞，按需進(jìn)行自主、有效地監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行與管理［1］。通過智能控制技術(shù)進(jìn)行建筑節(jié)能的具體方法包括如下幾種:

1)針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)、衛(wèi)生設(shè)備等的控制技術(shù)。包括實(shí)現(xiàn)最佳啟動(dòng)控制，最小負(fù)荷控制;外氣吸入控制，期間設(shè)定切換控制;節(jié)電運(yùn)轉(zhuǎn)控制，節(jié)水運(yùn)轉(zhuǎn)控制等。智能建筑的智能核心一般而言指的是對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制，通過合理有效的算法所進(jìn)行的節(jié)能控制，可以在有效節(jié)能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)空間環(huán)境溫度的自動(dòng)控制，保證室內(nèi)環(huán)境舒適性。

2)針對(duì)熱源設(shè)備進(jìn)行智能控制。包括送水溫度控制，熱源臺(tái)數(shù)控制;冷凍機(jī)最佳運(yùn)轉(zhuǎn)控制，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)控制。目前，包括GB 50019-2003采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范在內(nèi)，我國(guó)大部分建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中所采取的負(fù)荷計(jì)算方法均為靜態(tài)方法，同時(shí)，在計(jì)算中還會(huì)考慮較大的安全系數(shù)，這就導(dǎo)致在實(shí)際的設(shè)備選型(包括風(fēng)機(jī)、冷凍水泵、制冷機(jī)組)等的選型方面偏大。而實(shí)際上暖通空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，在其運(yùn)行過程中，即使是一天當(dāng)中的負(fù)荷也不是均勻分布，是隨時(shí)間的變化而變化的，而靜態(tài)的設(shè)計(jì)方法所造成的不恰當(dāng)冗余將會(huì)造成極大的能源浪費(fèi)。智能建筑技術(shù)所采用的樓宇自控系統(tǒng)則可以通過節(jié)能控制模式和算法，對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，從而有效減少靜態(tài)設(shè)計(jì)方法所導(dǎo)致的能源浪費(fèi)。

3)照明控制。主要是指按照明程序來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行自動(dòng)的關(guān)燈控制。

1.2 能源管理系統(tǒng)應(yīng)用

建筑的能源管理系統(tǒng)是由各種計(jì)量?jī)x表和軟件程序組成，以實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、節(jié)能的遠(yuǎn)程控制、節(jié)能運(yùn)營(yíng)管理優(yōu)化及節(jié)能改造評(píng)估的管理系統(tǒng)。

建筑能源管理系統(tǒng)的計(jì)量?jī)x表主要功能在于采集系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各個(gè)基本設(shè)備的原始運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以協(xié)助中央控制器在系統(tǒng)控制下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行，因此，它們一般安裝于各種基本的空調(diào)設(shè)備(包括冷卻水泵、冷凍水泵、風(fēng)機(jī)、制冷機(jī)組等)上。而能源管理系統(tǒng)的軟件程序是它的中樞，對(duì)于能源管理系統(tǒng)的運(yùn)行效率起到最為關(guān)鍵的作用。

一般而言，建筑能源管理系統(tǒng)有其獨(dú)有的運(yùn)行方式。首先，安裝在各設(shè)備上的計(jì)量?jī)x表進(jìn)行設(shè)備原始運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，并通過數(shù)據(jù)傳輸線路將數(shù)據(jù)反饋到中央處理器，然后利用中樞的軟件程序?qū)ζ溥M(jìn)行整理和分析，以建立系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，并將數(shù)據(jù)庫(kù)繼承在能源管理系統(tǒng)軟件當(dāng)中，作為后續(xù)的能源管理的基礎(chǔ);然后，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各計(jì)量?jī)x表對(duì)其運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行再次采集，并反饋到中央處理器，通過軟件程序進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算出系統(tǒng)運(yùn)行曲線，以判斷系統(tǒng)是否處于節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)，若是，則系統(tǒng)正常運(yùn)行，若不是，則系統(tǒng)軟件需根據(jù)采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)及所計(jì)算的運(yùn)行曲線對(duì)異常運(yùn)行部位進(jìn)行確定、警告、通知故障檢測(cè)程序運(yùn)行等不同應(yīng)對(duì)措施。

2 現(xiàn)有智能建筑節(jié)能工作問題反思

雖然智能建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展迅捷快速，但是，在建筑物實(shí)際運(yùn)行的層面，智能建筑節(jié)能依然存在很多問題。從一項(xiàng)針對(duì)智能建筑用戶滿意度的調(diào)查研究可知，對(duì)于我國(guó)目前智能建筑的使用者，僅有30%左右表示滿意。從調(diào)查研究中反饋出來(lái)的問題主要包括幾個(gè)方面:智能技術(shù)不夠先進(jìn)，建筑或設(shè)備運(yùn)行過程缺陷嚴(yán)重，物業(yè)管理混亂等。與此同時(shí)，由于我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展迅捷，智能建筑在近些年更是飛速發(fā)展，而與之相應(yīng)的市場(chǎng)管理和技術(shù)管理卻未達(dá)到所需要的水平，這也導(dǎo)致了智能建筑節(jié)能和管理工作的混亂。

2.1 設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)性規(guī)劃，業(yè)主需求與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)誤差較大

智能建筑節(jié)能體系的系統(tǒng)性問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

首先，設(shè)計(jì)人員對(duì)智能化技術(shù)與智能建筑設(shè)計(jì)的方法不熟悉，相關(guān)技術(shù)人員對(duì)于智能建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)、技術(shù)和產(chǎn)品的配合選型等不夠?qū)I(yè)，甚至有些設(shè)計(jì)和施工單位對(duì)于智能建筑的理解僅僅是“高科技產(chǎn)品”的盲目堆積，造成智能建筑盲目上馬，在項(xiàng)目交付使用后，智能化系統(tǒng)的使用率較低，造成巨大的設(shè)備資源和能源浪費(fèi)，導(dǎo)致業(yè)主的不滿，甚至對(duì)于智能建筑本身產(chǎn)生質(zhì)疑。

其次，很多業(yè)主對(duì)于智能建筑的需求不夠明確，在與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通時(shí)常常產(chǎn)生遺漏，因而在建筑開始施工后，也會(huì)發(fā)生業(yè)主突發(fā)奇想要求設(shè)計(jì)單位增加一些子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的情況。這不僅僅給設(shè)計(jì)單位增加了設(shè)計(jì)難度，也給施工方增加了很多問題，甚至造成工期延誤、施工質(zhì)量下降等情況。

2.2 智能建筑運(yùn)行過程能源利用浪費(fèi)嚴(yán)重

在我國(guó)目前的智能建筑行業(yè)，智能化系統(tǒng)開通率和使用率低是最為普遍的一個(gè)問題。這一問題所導(dǎo)致的后果是非常嚴(yán)重的，由于很多智能建筑在建成并交付使用后的很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，智能化系統(tǒng)和設(shè)備不開通使用，造成大多數(shù)子系統(tǒng)長(zhǎng)期閑置，這就帶來(lái)了巨大的能源和設(shè)備系統(tǒng)浪費(fèi)，這種浪費(fèi)會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目投資成本居高不下，投資回報(bào)效果不明顯，更有甚者會(huì)導(dǎo)致客戶對(duì)智能化項(xiàng)目的必要性產(chǎn)生質(zhì)疑，從而影響智能建筑的健康和穩(wěn)定發(fā)展。

2.3 智能建筑工程技術(shù)及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)中問題較多

由于我國(guó)智能建筑設(shè)計(jì)沒有可依據(jù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，這就造成規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工隊(duì)伍的技術(shù)能力不強(qiáng)，無(wú)論在設(shè)備選型還是后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面都缺乏統(tǒng)一完備的技術(shù)指南。這也導(dǎo)致我國(guó)智能建筑技術(shù)的發(fā)展處于一種分割管理無(wú)序的狀態(tài)，從而限制了智能技術(shù)的發(fā)展。而目前來(lái)看，我國(guó)的智能化設(shè)備自主研發(fā)能力不足，很多設(shè)備需要進(jìn)口，這也使得設(shè)備從引進(jìn)到安裝、操作、培訓(xùn)、保養(yǎng)、修理都要請(qǐng)國(guó)外相關(guān)單位來(lái)承擔(dān)，從而大幅的提高成本，而一旦由國(guó)內(nèi)工作人員負(fù)責(zé)，有可能導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問題時(shí)難以有效解決。

3 智能建筑節(jié)能技術(shù)問題解決方案

3.1 加強(qiáng)建筑節(jié)能參與主體意識(shí)

智能建筑節(jié)能的參與主體包括多個(gè)層面，政府、業(yè)主、建筑設(shè)計(jì)師、設(shè)備工程師、物業(yè)管理人員、建筑實(shí)際使用者等。在立項(xiàng)階段，業(yè)主和政府部門作為項(xiàng)目的指導(dǎo)者，其政策的執(zhí)行和投資決策將會(huì)是節(jié)能技術(shù)在智能建筑中應(yīng)用的前提;在設(shè)計(jì)階段，建筑設(shè)計(jì)師是對(duì)建筑整體性能進(jìn)行控制和把握的，建筑師對(duì)節(jié)能性能的控制將會(huì)影響建筑未來(lái)實(shí)際運(yùn)行中的節(jié)能效果;到了使用階段，物業(yè)管理人員和建筑使用者的節(jié)能意識(shí)和實(shí)際的節(jié)能效益，將最終決定建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用和節(jié)能改造的最終實(shí)施。

3.2 強(qiáng)化智能建筑節(jié)能設(shè)計(jì)前期規(guī)劃

系統(tǒng)的前期規(guī)劃是智能建筑節(jié)能技術(shù)良好發(fā)揮效用的前提和必要條件。在智能化建筑的前期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就需要以效果為導(dǎo)向，根據(jù)建筑節(jié)能需求來(lái)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)規(guī)劃工作，建筑節(jié)能運(yùn)行管理模式需在初期的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出來(lái)，這也是智能建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。以建筑設(shè)備監(jiān)控體系為基礎(chǔ)，管理和節(jié)能兩個(gè)功能并行，以此來(lái)保障系統(tǒng)的監(jiān)控范圍、監(jiān)控內(nèi)容、監(jiān)控要求實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用效能，使系統(tǒng)完成后真正實(shí)現(xiàn)管理和節(jié)能兩者兼?zhèn)涞墓δ堋?/p>

3.3 加強(qiáng)智能建筑運(yùn)營(yíng)管理規(guī)范性

對(duì)智能建筑的最終節(jié)能性能而言，其運(yùn)行階段的管理水平起著至關(guān)重要的作用。在建筑實(shí)際運(yùn)行過程中，由于專業(yè)技術(shù)人員缺乏、技術(shù)水平落后、管理效率低下等原因?qū)е碌闹悄芙ㄖ芎倪^高、設(shè)備損耗過大、系統(tǒng)管理水平低等問題層出不窮。這些問題的解決有賴于建筑運(yùn)行管理單位加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有工程技術(shù)人員的大力培訓(xùn)和后續(xù)人才的培養(yǎng)。

首先，對(duì)現(xiàn)有工程技術(shù)人員的培訓(xùn)需要設(shè)備制造單位相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的合作和指導(dǎo)，將理論知識(shí)灌輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)操作人員的實(shí)際工作中，培養(yǎng)出技術(shù)能力可以勝任的工程技術(shù)人員，同時(shí)，還需要建立起具有一定專業(yè)水平的管理團(tuán)隊(duì)，從上到下對(duì)智能建筑的運(yùn)行管理水平進(jìn)行整體提升;其次，需要從長(zhǎng)期發(fā)展的角度考量，通過與專業(yè)院校等單位對(duì)接，實(shí)現(xiàn)專業(yè)技術(shù)人員和管理人才的梯隊(duì)培養(yǎng)，提高智能建筑的綜合節(jié)能水平。

4 結(jié)語(yǔ)

智能建筑節(jié)能是一項(xiàng)長(zhǎng)期的綜合性系統(tǒng)工程，需要多個(gè)部門的協(xié)作和共同努力。包括政府政策的要求和激勵(lì)、節(jié)能意識(shí)的推廣和普及、專業(yè)技術(shù)人員對(duì)節(jié)能技術(shù)研究和推進(jìn)、建筑運(yùn)行管理者對(duì)節(jié)能建筑運(yùn)行管理水平的提高等。整個(gè)社會(huì)都需要將節(jié)能工作看成一個(gè)體系來(lái)進(jìn)行，貫穿于智能建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備運(yùn)行、控制管理的始終。而在目前，針對(duì)智能建筑節(jié)能的現(xiàn)有問題，依然需要相關(guān)研究人員繼續(xù)深入地研究。

［1］羅 兵，甘俊英，張建民.智能控制技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2011.

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