綠色智能建筑區(qū)域能耗平臺(tái)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)及對(duì)策

文｜ 中程科技有限公司 吳稚辭 馮 斌 王桔林 陳 敏

1 綠色建筑的由來及我國(guó)現(xiàn)狀

“綠色建筑”一詞的提出由來已久。1992年聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)在巴西里約熱內(nèi)盧召開，會(huì)上第一次明確提出了“綠色建筑”的概念。此后，人們對(duì)建筑的辦公、生產(chǎn)、居住以及娛樂等環(huán)境要求的不斷提升，無形中增大了對(duì)能源的需求量，也加劇了國(guó)際能源供給的緊張趨勢(shì)。因此，綠色建筑的理念逐漸為越來越多的國(guó)家所接納。1998年美國(guó)LEED認(rèn)證正式推出，標(biāo)志著綠色建筑體系的最終確立；中國(guó)香港和臺(tái)灣地區(qū)也相繼在1996年和1999年推出了自己的標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，中國(guó)經(jīng)過幾十年的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源供需矛盾也日趨凸顯。為了應(yīng)對(duì)這一情況，我國(guó)政府已將綠色建筑列入國(guó)家中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃；《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、《綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》在2006年先后出臺(tái)，使得綠色建筑在我國(guó)的推廣和評(píng)價(jià)工作步入正軌，真正意義上實(shí)現(xiàn)了“有標(biāo)可評(píng)”、“有據(jù)可查”。

2 綠色智能建筑

綠色建筑與智能化系統(tǒng)是協(xié)調(diào)統(tǒng)一、緊密相關(guān)的。隨著近現(xiàn)代建筑物功能的日漸多元化，建筑物被賦予的意義已然不是提供一個(gè)擋風(fēng)遮雨的庇護(hù)所那么簡(jiǎn)單，而是關(guān)系到人類社會(huì)活動(dòng)的各個(gè)層面，辦公、居住、娛樂、生產(chǎn)無不牽涉其中。但是復(fù)雜的建筑功能需要龐大的配套設(shè)施維系，眾多不同系統(tǒng)的設(shè)備必需通過一套高效的監(jiān)管與控制手段才能有機(jī)整合并發(fā)揮功效，這個(gè)系統(tǒng)就是智能化系統(tǒng)。

而綠色建筑的所謂“綠色”，就是要求建筑物在給人類提供優(yōu)質(zhì)、舒適的辦公與生活環(huán)境的同時(shí)，在其全生命周期內(nèi)，能夠有效降低對(duì)自然環(huán)境的影響。要達(dá)到這一目標(biāo)，必須從土地的合理規(guī)劃開始，盡可能選擇環(huán)保的建筑材料，最大限度地節(jié)約使用各類資源（水、電、氣、材）以及嚴(yán)格控制環(huán)境污染等。而在其中對(duì)各種資源，特別是能源的節(jié)約利用方面，由于建筑物基本功能的實(shí)現(xiàn)是不需要靠大量資源來維持的，其主要的能耗是為了滿足建筑使用者的舒適生活與生產(chǎn)的需要而支出的，各種配套設(shè)施的運(yùn)維產(chǎn)生的資源消耗；所以控制著建筑中主要耗能設(shè)備的智能化系統(tǒng)自然成為了建筑降低能耗、實(shí)現(xiàn)“綠色”的最有效的工具之一。換言之，綠色建筑必備一套能夠有效控制自身能耗、降低環(huán)境污染且有利于建筑功能可持續(xù)發(fā)展的智能化系統(tǒng)；而如此，也便成就了綠色智能建筑。

在此應(yīng)特別指出，不能將“綠色”等同于“節(jié)能”看待。一味追求節(jié)能而犧牲了原有舒適性的建筑物不能稱之為“綠色智能建筑”——它違反了綠色智能建筑應(yīng)滿足使用者舒適生活、工作的基本要求的前提。

3 綠色智能建筑區(qū)域能耗平臺(tái)

3.1 區(qū)域能耗平臺(tái)的意義

既要保持建筑原設(shè)計(jì)功能、效果不變，甚至還能在一定程度上有所提高，又要盡可能減少能源開支，這對(duì)智能化控制系統(tǒng)提出了更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，智能化系統(tǒng)必須具備完善的建筑能耗監(jiān)管體系——類似于傳統(tǒng)單棟建筑的計(jì)量系統(tǒng)，但是其功能應(yīng)當(dāng)從個(gè)體建筑能耗監(jiān)管中獨(dú)立出來，成為區(qū)域性、行業(yè)性、功能性的建筑能耗綜合監(jiān)管平臺(tái)，并能對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類研究，更好地服務(wù)于綠色智能建筑的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與改造。

3.2 項(xiàng)目實(shí)例分析

3.2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

我公司參建的深圳市國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱深圳大型公建項(xiàng)目），是我國(guó)首個(gè)市級(jí)建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)項(xiàng)目，它創(chuàng)造性地解決了國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)難題，在2007—2011年間共完成了750棟建筑的能源審計(jì)、500棟建筑的能耗監(jiān)測(cè)以及182棟建筑的能耗公示等工作，為大型公共建筑的能耗監(jiān)管提供了全新的解決方案。

該平臺(tái)的建設(shè)過程如圖1所示。

圖1 深圳市級(jí)建筑能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)過程圖

建立市級(jí)能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)是一次全新的嘗試，在2007年以前國(guó)內(nèi)外并沒有利用現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)踐城市級(jí)規(guī)模化建筑能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)案例的相關(guān)報(bào)道，所以本項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)過就是一個(gè)邊摸索邊改進(jìn)的過程。

我公司主要承擔(dān)既有建筑側(cè)計(jì)量系統(tǒng)改造施工及數(shù)據(jù)通信調(diào)試任務(wù)。該項(xiàng)目參照《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》，在大型公共建筑低壓配電側(cè)有選擇性地加裝智能電表（加裝互感器），實(shí)現(xiàn)對(duì)主要用能設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此外，考慮到中央空調(diào)系統(tǒng)用能是公共建筑總能耗支出中的大項(xiàng)，因此本項(xiàng)目特別加裝了冷量表以輔助監(jiān)測(cè)空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)。電表與冷量表經(jīng)由屏蔽通信線連接至采集器（RS485接口），再通過采集器匯總，經(jīng)無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接至中心數(shù)據(jù)機(jī)房。

3.2.2 項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)及對(duì)策

作為一項(xiàng)政府性質(zhì)的區(qū)域性能耗監(jiān)管工程，本項(xiàng)目的目標(biāo)非常明確，即通過市級(jí)平臺(tái)匯總，同時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)個(gè)功能相近的建筑的能耗變化，通過一段時(shí)間的積累與分析，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向比較，以期在不久的將來形成區(qū)域性行業(yè)建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)新建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)，敦促既有建筑的節(jié)能改造，最終達(dá)成全市建筑均實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的目標(biāo)。

（1）政策支持

能耗監(jiān)管項(xiàng)目的推進(jìn)需要相關(guān)法律法規(guī)的有力支撐，而目前建筑能耗監(jiān)測(cè)，特別是既有建筑能耗監(jiān)測(cè)改造方面的法律法規(guī)體系尚不健全，已經(jīng)出臺(tái)的一些政策多數(shù)為部門規(guī)章，力度不夠，缺乏有效的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施。

以深圳大型公建項(xiàng)目為例，雖然計(jì)量改造的費(fèi)用由政府全資投入，但建筑物業(yè)主對(duì)項(xiàng)目的接受程度依然較低。匯總分析我公司標(biāo)段的項(xiàng)目推進(jìn)過程發(fā)現(xiàn)，業(yè)主接受程度低于50%。不同類型建筑的業(yè)主中，對(duì)此類項(xiàng)目接受度最高的業(yè)主方主要是政府機(jī)關(guān)、事業(yè)單位；其次是商場(chǎng)、賓館類建筑物業(yè)主；寫字樓建筑業(yè)主的接受度最低，最終實(shí)施量?jī)H占本標(biāo)段完成總量的10%。

①近些年來我國(guó)政府一直致力于推進(jìn)建筑節(jié)能以及綠色智能建筑的相關(guān)工作，并且陸續(xù)出臺(tái)了一批針對(duì)政府辦公建筑的節(jié)能降耗政策。全面的宣傳工作以及強(qiáng)勁的支持力度，使得機(jī)關(guān)內(nèi)部工作人員對(duì)“綠色”、“節(jié)能”等概念的接受度普遍較高。

②商場(chǎng)、賓館類建筑的能耗直接影響業(yè)主的營(yíng)業(yè)成本；因而隨著能源價(jià)格的不斷升高，業(yè)主自身的節(jié)能需求凸顯，對(duì)于“節(jié)能”相關(guān)項(xiàng)目的接受度也有相應(yīng)的提升。

③寫字樓建筑比較特殊——其能耗費(fèi)用多數(shù)由租戶分?jǐn)傊Ц?，并不由業(yè)主（物業(yè)）直接承擔(dān)，所以寫字樓業(yè)主節(jié)能改造的動(dòng)力較??；加之政府經(jīng)濟(jì)激勵(lì)制度缺失，造成寫字樓業(yè)主對(duì)于節(jié)能相關(guān)項(xiàng)目的接受程度偏低。

要改善現(xiàn)狀，必須由政府職能部門研究確定發(fā)展綠色智能建筑的戰(zhàn)略目標(biāo)、發(fā)展規(guī)劃以及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)政策；制定國(guó)家推進(jìn)實(shí)施的鼓勵(lì)和扶持策略；制定利用市場(chǎng)機(jī)制和國(guó)家特殊的財(cái)政鼓勵(lì)政策相結(jié)合的推廣政策；綜合運(yùn)用財(cái)政、稅收、投資、信貸、價(jià)格、收費(fèi)、土地等經(jīng)濟(jì)手段，逐步構(gòu)建推進(jìn)綠色智能建筑的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

（2）數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)架

作為智能化系統(tǒng)中相對(duì)成熟的子系統(tǒng)，傳統(tǒng)的單棟建筑計(jì)量系統(tǒng)已經(jīng)具備了硬件側(cè)數(shù)據(jù)采集、軟件層數(shù)據(jù)接收及部分分析、顯示功能，與市級(jí)監(jiān)管平臺(tái)的主要區(qū)別，在于市級(jí)平臺(tái)多了一個(gè)與各建筑之間的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)?？紤]到市級(jí)平臺(tái)需要對(duì)全市數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，其數(shù)據(jù)機(jī)房一般會(huì)建立在具備數(shù)據(jù)分析能力的單位的建筑中（以深圳大型公建項(xiàng)目為例，中心數(shù)據(jù)機(jī)房建立在深圳市建筑科學(xué)研究院大樓內(nèi)），與各個(gè)建筑之間的數(shù)據(jù)傳輸只能通過網(wǎng)絡(luò)連接。

本項(xiàng)目采用的是浙江中易和公司的WNC-210型采集器，該采集器采用模塊結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，支持GPRS/CDMA/ADSL/以太網(wǎng)等通信方式，具有無線遠(yuǎn)程通信能力。

采集器本身也支持有線傳輸模式，但由于既有建筑配電房中均未有固定網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為了方便施工，本項(xiàng)目在調(diào)試過程中大量采用了無線傳輸模式。

采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式簡(jiǎn)化了項(xiàng)目施工，加快了工程進(jìn)度，但無線數(shù)據(jù)傳輸方式也存在缺陷：

①無線數(shù)據(jù)傳輸依靠移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)深圳當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，我公司采用的是中國(guó)移動(dòng)的通信網(wǎng)絡(luò)；該移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在樓內(nèi)，特別是地下室的信號(hào)覆蓋相對(duì)較好。此外，配電房的信號(hào)屏蔽也很嚴(yán)重；因此為了得到較好的信號(hào)強(qiáng)度，施工中一般會(huì)將采集器移至配電房外，但即便如此，部分建筑配電房附近較差的信號(hào)覆蓋環(huán)境還是會(huì)造成短時(shí)內(nèi)的掉線。

②本項(xiàng)目技術(shù)要求參照《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》確定，一臺(tái)連接表計(jì)個(gè)數(shù)為M，采集點(diǎn)個(gè)數(shù)為F，數(shù)據(jù)發(fā)送周期為X分鐘，連接數(shù)據(jù)中心為N個(gè)的能耗數(shù)據(jù)采集器，其單日數(shù)據(jù)流量（單位為MB）為：

｛〔（0.2×M）+（0.4×F）+1.5〕/ X＋2｝×N

我公司標(biāo)段內(nèi)平均一棟建筑的配電監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為30個(gè)。以30個(gè)點(diǎn)為例，上式中各變量的數(shù)值為：

由此可得平均一棟建筑的單日數(shù)據(jù)流量為2.7MB，月流量約為80MB。

需要說明的是，這僅僅是單向數(shù)據(jù)上傳流量；如果考慮實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)讀取（項(xiàng)目建成后將為業(yè)主方提供實(shí)時(shí)查詢功能），數(shù)據(jù)量將較之大幅增加。根據(jù)項(xiàng)目調(diào)試數(shù)據(jù)分析，最大單月流量曾一度達(dá)到200MB。

如此大的數(shù)據(jù)流量，不僅考驗(yàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（GPRS）的承載能力，還極大加重了項(xiàng)目后期的維護(hù)資金壓力。以深圳市移動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)收費(fèi)為例，150MB流量數(shù)據(jù)卡的包月費(fèi)用為20元，則500棟建筑的數(shù)據(jù)通信維護(hù)費(fèi)用為10000元/月，年維護(hù)費(fèi)用將高達(dá)12萬元。如果考慮后期陸續(xù)增加庫內(nèi)建筑數(shù)量或者細(xì)化建筑的計(jì)量分項(xiàng)，維護(hù)費(fèi)用還將進(jìn)一步攀升。

所以，能否保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及有效降低流量成本，將是決定一個(gè)區(qū)域性能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的建設(shè)是否成功的關(guān)鍵。

既要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，又要有效控制成本，最優(yōu)選的方案當(dāng)然是摒棄移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)模式，轉(zhuǎn)用固定網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

新建筑在設(shè)計(jì)初期，應(yīng)當(dāng)考慮到能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上傳功能的要求，通過在配電房預(yù)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)后期采集器的固定網(wǎng)絡(luò)接入。

相對(duì)于新建筑，既有建筑的數(shù)據(jù)固網(wǎng)上傳較復(fù)雜一些。為了規(guī)避二次布線的問題，可以考慮采用無線橋接的方式，即通過兩個(gè)或多個(gè)AP點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，來解決配電房至固定網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的數(shù)據(jù)連接問題。為了保證信號(hào)的穩(wěn)定，建議采用穩(wěn)定性和保密性比2.5GHz無線產(chǎn)品更好的5.8GHz無線產(chǎn)品。該類產(chǎn)品采用正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的組網(wǎng)方式，單扇區(qū)的速率可以高達(dá)54Mbps。5.8GHz系統(tǒng)一般采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，信道較多、頻率較高，所以抗干擾能力相對(duì)2.5GHz系統(tǒng)更強(qiáng)一些。此外，在解決采集器側(cè)固定網(wǎng)絡(luò)接入的同時(shí)，它還可以滿足以高帶寬應(yīng)用支持大量用戶的需要：八個(gè)不重疊信道使部署的可擴(kuò)展性和靈活性更高，因此可以將八個(gè)接入點(diǎn)編成一組，提供高達(dá)432Mbps的共享吞吐量來支持配電房區(qū)域其他設(shè)備接入固定網(wǎng)絡(luò)的后續(xù)擴(kuò)展需求。

4 結(jié)束語

區(qū)域性能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的建立，有效運(yùn)用并整合了綠色智能建筑的計(jì)量子系統(tǒng)，實(shí)時(shí)為政府監(jiān)管部門提供大量有價(jià)值的建筑能耗信息，承載對(duì)同一區(qū)域多個(gè)建筑的分行業(yè)、分功能的能耗橫向?qū)Ρ确治?，為政府后續(xù)出臺(tái)綠色建筑的相關(guān)政策、法規(guī)奠定了理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為綠色建筑事業(yè)的進(jìn)一步拓展翻開了智能化的歷史新篇章。

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