最新智能建筑技術(shù)在綠色建筑建設(shè)中的節(jié)能應(yīng)用

（中國科技開發(fā)院廣西分院，廣西 南寧 530022）

1 綠色建筑與可持續(xù)發(fā)展

1972年在斯德哥爾摩舉行的聯(lián)合國人類環(huán)境研討會(huì)上，提出了可持續(xù)發(fā)展的概念，既能滿足當(dāng)代人的需要，又不對(duì)后代人的需求構(gòu)成危害的發(fā)展。

依據(jù)清華大學(xué)、中國建筑科學(xué)研究院等權(quán)威機(jī)構(gòu)的專家組成的課題組對(duì)綠色建筑提出的概念，綠色建筑是指為人類提供健康、舒適的工作、居住、活動(dòng)空間，同時(shí)最高效率地利用能源、最低限度地影響環(huán)境的建筑物。綠色建筑應(yīng)遵循可持續(xù)發(fā)展原則，通過科學(xué)的整體設(shè)計(jì)，集成綠色配置、自然通風(fēng)、自然采光、低能耗圍護(hù)結(jié)構(gòu)、太陽能利用、節(jié)能技術(shù)利用、綠色建材和智能控制等高新技術(shù)。綠色建筑必須充分展示人文與建筑、自然與科技的和諧統(tǒng)一。另一方面,至今尚未有明確的標(biāo)準(zhǔn)來界定何為綠色建筑。隨著綠色建筑概念的推廣，住房與城鄉(xiāng)建設(shè)科技部發(fā)布了綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí),與2008年開始實(shí)施，用于評(píng)價(jià)住宅建筑與公共建筑。對(duì)已完成施工設(shè)計(jì)圖審查的建筑采用“綠色建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)”，對(duì)已竣工并運(yùn)行一年以上的建筑采用“綠色建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)”。包括節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和運(yùn)營管理六大評(píng)價(jià)體系。與國外眾多的綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)體系相比，我國綠色建筑體系具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

1.1 政府組織和社會(huì)自愿參與

我國的綠色建筑評(píng)價(jià)一方面由住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部及地方建設(shè)主管部門開展評(píng)價(jià)，另一方面是社會(huì)自愿參與的非強(qiáng)制的評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)。

1.2 框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易懂

考慮到我國的綠色建筑剛剛起步，綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)的編委選擇了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰便于操作的以措施性評(píng)價(jià)為主的列表式評(píng)價(jià)體系。

1.3 符合中國國情

由于我國建筑能耗遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家能耗水平，同時(shí)建設(shè)行業(yè)強(qiáng)調(diào)貫徹建筑節(jié)能的發(fā)展策略政策，我國的綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)以滿足我國建筑節(jié)能的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能項(xiàng)作為了建筑評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)正是按照我國的建設(shè)行情實(shí)施并逐步完善的相關(guān)管理制度與技術(shù)體系。

關(guān)于氣候變化與能源危機(jī)的嚴(yán)重問題，建筑如何有效的節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展是重要的考慮方面。低能量消耗的建筑物在某些情況下可能成為能源的生產(chǎn)者，另一方面低能耗建筑的研究不能與其居民的行為分開?？沙掷m(xù)發(fā)展建筑概念的提出可以作為一個(gè)多學(xué)科多專業(yè)互動(dòng)的平臺(tái)，融入了包括建筑學(xué)，信息科技，社會(huì)學(xué)，生態(tài)學(xué)各學(xué)科?？沙掷m(xù)發(fā)展綠色建筑的研究與推廣需要信息通訊技術(shù)領(lǐng)域的工程師與研究員創(chuàng)新，同時(shí)需要建筑學(xué)物理與化學(xué)方面專家的觀點(diǎn)融合，還要從社會(huì)學(xué)家的社會(huì)互動(dòng)觀念考慮。

可持續(xù)發(fā)展綠色建筑的研究包括以下幾個(gè)領(lǐng)域：

——能源優(yōu)化

——仿真，生態(tài)系統(tǒng)建模，建筑流體建模，能源建模

——材料，能源效率，健康，機(jī)械性能

——建筑外部和內(nèi)部的空氣水質(zhì)量

——電信，信息和通信技術(shù)（建筑內(nèi)波的傳播，寬帶傳輸，電力線，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)處理，自動(dòng)化，計(jì)算機(jī)技術(shù)……）

——節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)水與水資源利用，以及建筑材料的精心選擇和利用

智能技術(shù)的在綠色建筑的應(yīng)用就起著舉足輕重的作用。智能建筑可以幫助提高建筑物的內(nèi)在品質(zhì)，盡量創(chuàng)造舒適的工作和生活環(huán)境，降低能耗，環(huán)境保護(hù)。綠色建筑是所有智能建筑的奮斗方向，智能建筑是綠色建筑的有力支撐。在現(xiàn)行的《綠色建筑評(píng)價(jià)技術(shù)指南》六大評(píng)價(jià)體系里，智能技術(shù)主要在運(yùn)營管理評(píng)價(jià)體系得到體現(xiàn)。評(píng)價(jià)要點(diǎn)明確表示，公用智能化系統(tǒng)應(yīng)具備智能化集成系統(tǒng)，公共安全系統(tǒng)，信息化應(yīng)用系統(tǒng)，建筑設(shè)備管理系統(tǒng)，建筑環(huán)境等設(shè)計(jì)要素，滿足“節(jié)能、環(huán)?！钡囊?。住宅智能化系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)高效實(shí)用、安全、合理，本著以人為本的原則，以住戶安全、舒適、方便、經(jīng)濟(jì)為目的，充分考慮在綠色環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展方面的應(yīng)用。智能化系統(tǒng)為綠色建筑提供各種運(yùn)行信息，提高其性能，增加其價(jià)值，智能化系統(tǒng)影響著綠色建筑運(yùn)營的整體功效。

2 BMS智能系統(tǒng)與綠色建筑

BMS（Building Management System）中文簡(jiǎn)稱樓宇集成管理系統(tǒng)，主要是把樓宇內(nèi)的機(jī)電自動(dòng)化設(shè)備及相關(guān)子系統(tǒng)集成起來，做到可以在人機(jī)界面下對(duì)所有設(shè)備及子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、控制與管理，以達(dá)到提高建筑的管理效率并節(jié)約能耗，降低整個(gè)建筑的運(yùn)行成本。BMS通常由信息管理程、智能控制層與基礎(chǔ)設(shè)備層三層結(jié)構(gòu)組成，三層結(jié)構(gòu)緊密相連互相支持?；A(chǔ)設(shè)備層依托于內(nèi)部INTRANET網(wǎng)絡(luò)以及其它網(wǎng)絡(luò)令整個(gè)建筑中的各子系統(tǒng)各設(shè)備互聯(lián)；智能控制層對(duì)各類設(shè)備信息、人員信息、物業(yè)管理信息、服務(wù)反饋信息進(jìn)行控制與處理；信息管理層通過PC對(duì)各類信息分析與處理，優(yōu)化建筑的管理與運(yùn)營。常見的BMS系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括BACnet、LON、KNX、TCP/IP、OPC、Batibus……

圖1 BMS系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 BMS智能系統(tǒng)在營造綠色建筑中的重要性

長(zhǎng)久以來從建筑開發(fā)商到物業(yè)，對(duì)BMS智能化建筑運(yùn)營管理系統(tǒng)比較淡薄，覺得投入成本多，回收小，管理復(fù)雜。普遍沒有意識(shí)到BMS系統(tǒng)的綠色運(yùn)營屬性，隨著我國市場(chǎng)機(jī)制的逐步完善，沒有BMS系統(tǒng)管理的建筑逐步成為落后的代名詞。通過BMS系統(tǒng)可以有效簡(jiǎn)單便利的對(duì)建筑進(jìn)行各方面的綠色管理，包括安全管理、防火管理、辦公環(huán)境的溫度管理、空氣清新度管理、電梯高效管理、照明管理、冷熱水系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理。在既有建筑中，90%以上的是高能耗建筑，在建筑的節(jié)能改造中智能系統(tǒng)的采用起著重要作用。節(jié)能建筑，并不是一味的節(jié)省能源,減少熱量損失，而是強(qiáng)調(diào)建筑中的能源利用效率。智能建筑的BMS系統(tǒng)就大大加強(qiáng)了能源利用效率，同時(shí)提高建筑的舒適度。

BMS管理系統(tǒng)是綠色的，采用BMS系統(tǒng)的建筑具有十大優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以有效的節(jié)約能源；

（2）提高樓宇內(nèi)居住人員的舒適性與健康性；

（3）降低建筑的安裝運(yùn)營成本；

（4）容易操作與管理，客戶自主導(dǎo)向；

（5）通過遠(yuǎn)程快速干預(yù)減少物業(yè)的外出移動(dòng)管理；

（6）安裝設(shè)備的可靠性且不中斷的運(yùn)行；

（7）可以24小時(shí)對(duì)樓宇進(jìn)行監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)安全系數(shù)，并可以通過電子郵件，傳真，短信或本地服務(wù)器傳遞報(bào)警信號(hào)；

（8）用戶安全的操作；

（9）BMS系統(tǒng)幾乎兼容市場(chǎng)上所有品牌的自動(dòng)化產(chǎn)品；

（10）技術(shù)系統(tǒng)容易優(yōu)化升級(jí)，節(jié)約技術(shù)設(shè)備的采購成本。

2.2 BMS應(yīng)用領(lǐng)域

我們可以把BMS的主要應(yīng)用領(lǐng)域分成七大類，如圖2所示：

圖2

（1）暖通與空調(diào)

在暖通領(lǐng)域，BMS智能系統(tǒng)可以集中操控建筑各個(gè)室內(nèi)的空調(diào)，在北方寒冷地區(qū)還包括暖氣。系統(tǒng)提供優(yōu)化空調(diào)冷氣設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，從而減少能源的浪費(fèi)。如果供熱空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生異常，SMS.EMAIL 報(bào)警信號(hào)立即發(fā)送到裝在用戶電腦與手機(jī)上的監(jiān)控軟件，同時(shí)也發(fā)送給維修公司，以及時(shí)派維修人員維修暖通空調(diào)系統(tǒng)。

BMS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙控器可以更好的依據(jù)各建筑室內(nèi)的人員數(shù)調(diào)控室內(nèi)溫度。另外一方面，在公用建筑里，學(xué)校教學(xué)樓圖書館的通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)與商業(yè)辦公樓的通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是不同的，通過BMS系統(tǒng)與傳感器可以自動(dòng)的調(diào)節(jié)調(diào)控這些系統(tǒng)。

（2）水表電表

在BMS系統(tǒng)與抄表系統(tǒng)之間建立連接，不管是水表電表燃?xì)獗?，一方面可以進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表，另外一方面也可以自動(dòng)的存取系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，了解用水用氣用電的記錄，數(shù)據(jù)以及分析消耗方式，通過改善消耗方式達(dá)到節(jié)能。對(duì)于系統(tǒng)管道的異常與泄露也能夠及時(shí)的通過SMS警報(bào)發(fā)送。

（3）燈光系統(tǒng)

BMS中央系統(tǒng)允許控制企業(yè)的整個(gè)燈光照明環(huán)境，可以依據(jù)不同需求不同環(huán)境設(shè)置照明的時(shí)間與亮度。從而避免不必要的浪費(fèi)。

（4）自動(dòng)化系統(tǒng)

建筑的BMS系統(tǒng)允許自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)如門窗開關(guān)的遠(yuǎn)距離操控，同時(shí)給業(yè)主提供額外的安全系數(shù)。這類自動(dòng)化系統(tǒng)還可以依據(jù)業(yè)主不同需求設(shè)置情境模式，例如一家公司所有人都下班，所有的窗戶自動(dòng)關(guān)閉。

（5）門禁系統(tǒng)

BMS系統(tǒng)可以控制出入口的安全管理，通過識(shí)別技術(shù)識(shí)別出入人員以及辨別陌生人員的訪問。訪問記錄記載存儲(chǔ)在電子數(shù)據(jù)庫，以防范安全漏洞。我們也可以設(shè)想最早到辦公室的人員進(jìn)入門禁系統(tǒng)后，建筑里的燈光與暖通系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)。

（6）防火警報(bào)系統(tǒng)

防火系統(tǒng)與BMS智能系統(tǒng)相連接，提高安全系數(shù)?；馂?zāi)出現(xiàn)的時(shí)候，警報(bào)立即顯示到監(jiān)控軟件，再自動(dòng)發(fā)送到離建筑最近的消防局。

（7）信號(hào)狀況

與BMS相關(guān)聯(lián)的監(jiān)測(cè)軟件能夠觀察建筑所用系統(tǒng)設(shè)備的信號(hào)狀況，每個(gè)參數(shù)的自動(dòng)或手動(dòng)改變都影響到信號(hào)的改變。就如所上系統(tǒng)管道的異常會(huì)顯示在屏幕上。

3 智能建筑系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 KNX智能系統(tǒng)

3.1.1 什么是KNX

KNX是一種先進(jìn)的智能樓宇控制標(biāo)準(zhǔn)，是從已有的EIB、EHS和BatiBUS三種樓宇系統(tǒng)轉(zhuǎn)而成。1997年，為了進(jìn)一步推動(dòng)住宅自動(dòng)化與智能樓宇的發(fā)展，EIB、EHS和BatiBUS聯(lián)合起來共同開發(fā)一種即符合EN50090歐洲標(biāo)準(zhǔn)的通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，又使之成為一種國際標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，這就是KNX標(biāo)準(zhǔn)。2004年KNX正式成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，2006年KNX正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)，2007年KNX正式成為中國國家標(biāo)準(zhǔn)。

KNX系統(tǒng)的目標(biāo)是控制樓宇住宅的所有管理組件（燈光、暖通、安防……），要與管理組件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與傳送。這就要求系統(tǒng)通過共同的語言進(jìn)行通信，通過所有的總線設(shè)備包括傳感器與執(zhí)行器連接到KNX通信介質(zhì)上（包括雙絞線TP、射頻RF、電力線PL以及 IP通信）進(jìn)行信息交換。

圖3 KNX系統(tǒng)布線結(jié)構(gòu)

3.1.2 KNX技術(shù)特點(diǎn)

KNX的安裝包括兩部分，家用電源220V總線部分與KNX傳輸總線。KNX的數(shù)據(jù)傳輸和總線裝置的電源（DC 24V）共用一條電纜，系統(tǒng)控制可以采用中央總線控制或分散控制。若采用分散系統(tǒng)，每個(gè)連接到KNX總線的元件設(shè)備都是獨(dú)立的，擁有自己的微處理器，在通信網(wǎng)絡(luò)上兩兩元件之間可以相互傳遞處理信息。相反，若采用中央總線控制系統(tǒng)，則所有的元件就都由PC控制。一個(gè)總線裝置最多可以設(shè)置15個(gè)控制區(qū)域，每個(gè)控制區(qū)域最多可以設(shè)置15條控制線路，每條控制線路最多可以接入64個(gè)控制元件。所以一個(gè)區(qū)域最多可以裝960個(gè)控制元件，一個(gè)總線裝置最多可以接入14400個(gè)控制元件。所有接入元件的驅(qū)動(dòng)與項(xiàng)目設(shè)計(jì)多采用軟件 ETS實(shí)現(xiàn)。KNX的總線傳輸速度是9600bits/S, 一條線路的導(dǎo)線長(zhǎng)度不能超過 1000m，元件與最近的電源之間的導(dǎo)線距離不能超過350m，兩個(gè)總線元件之間的導(dǎo)線距離不能超過700m。

KNX技術(shù)是市場(chǎng)上唯一的即符合國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC 14543-3)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)（CENELEC EN 50090 和 CEN EN 13321-1），又同時(shí)符合中國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/Z 20965）的開放式住宅和樓宇自動(dòng)化協(xié)議。

KNX的自動(dòng)化系統(tǒng)可大量減少樓宇的管理與維護(hù)人員，降低管理費(fèi)用，提高管理水平，系統(tǒng)利用自然光及人員活動(dòng)來調(diào)節(jié)室內(nèi)照明環(huán)境和溫度環(huán)境，最大限度減少能量消耗，提供了實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

KNX系統(tǒng)可對(duì)燈光、遮陽、空調(diào)、地暖等進(jìn)行集成式控制，能滿足多種用戶對(duì)不同環(huán)境功能的要求，創(chuàng)造了健康，安全，便利，時(shí)尚的生活及工作環(huán)境。

3.1.3 KNX在綠色建筑中的節(jié)能應(yīng)用

KNX通常用于工業(yè)建筑與中小型的商業(yè)建筑，以及在別墅住宅也應(yīng)用比較廣泛，主要應(yīng)用在幾方面：

·網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

·計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)器

·可視化數(shù)據(jù)記錄

·中央控制，在房子和花園照明

·選擇差異化的燈光場(chǎng)景

·調(diào)節(jié)燈光

·自動(dòng)照明

·監(jiān)控環(huán)境光

·編程時(shí)鐘

·用風(fēng)雨傳感器、光感應(yīng)器、時(shí)間傳感器控制百葉窗遮篷，阻擋風(fēng)和雨

例如，在寫字樓、學(xué)校利用KNX時(shí)間控制功能自動(dòng)控制燈光，利用亮度傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)光照度，節(jié)約能源。在劇院、俱樂部利用KNX系統(tǒng)調(diào)光功能及場(chǎng)景開關(guān)可方便地轉(zhuǎn)換多種燈光場(chǎng)景，在商場(chǎng)用KNX系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制空調(diào)、電動(dòng)門窗、加熱器、喇叭、閃燈……

依據(jù)德國不萊梅大學(xué)應(yīng)用科學(xué)院的研究，一個(gè)安裝有KNX智能系統(tǒng)的住宅相對(duì)于傳統(tǒng)安裝電力暖通布線的房屋，可以產(chǎn)生顯著的節(jié)能增效。這項(xiàng)研究表明，KNX系統(tǒng)的創(chuàng)新自動(dòng)化技術(shù)給住宅的節(jié)約能耗留有很大空間。

不萊梅大學(xué)用兩個(gè)教室作為測(cè)試對(duì)象，一個(gè)教室安裝最簡(jiǎn)單的KNX系統(tǒng)，另一個(gè)教室安裝普通的電力暖通系統(tǒng)。測(cè)試熱能消耗的記錄數(shù)據(jù)從2002年初到2005年底三年時(shí)期。從以下圖表可以看出，與常規(guī)的房間比較，使用KNX智能系統(tǒng)的房間要比傳統(tǒng)的房間熱能消耗減少大概50%。

圖4 KNX智能系統(tǒng)的熱能消耗比較 （來源：德國不萊梅大學(xué)）

另外，不萊梅大學(xué)也在安裝KNX系統(tǒng)的房間安裝了人體感應(yīng)傳感器、亮度傳感器和調(diào)光執(zhí)行器，并測(cè)試比較了一個(gè)多月兩個(gè)教室的電能消耗。從圖表上可以看出，安裝KNX系統(tǒng)的房間與常規(guī)普通房間相比，電能節(jié)約高達(dá) 50%是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

圖5 電能消耗的比較 （來源：德國不萊梅大學(xué)）

3.1.4 KNX在國內(nèi)的具體應(yīng)用

（1）天津生態(tài)城

中國和新加坡兩國政府的戰(zhàn)略性合作項(xiàng)目“中國—新加坡天津生態(tài)城”采用了KNX智能系統(tǒng)， 把照明、風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)、電動(dòng)軌道、電動(dòng)窗等設(shè)備總體融入到KNX系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的智能控制。采用了照明控制、移動(dòng)感應(yīng)控制、定時(shí)控制、集中控制和氣象站環(huán)境檢測(cè)等五種控制方式進(jìn)行節(jié)能減排和綠色控制。

1）照明控制。在自然照度不夠時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開區(qū)域內(nèi)的照明，而自然照度足夠時(shí)，系統(tǒng)通過亮度傳感器自動(dòng)把亮度值傳給系統(tǒng)，關(guān)閉部分照明，避免了不必要的能源浪費(fèi)。

2）移動(dòng)感應(yīng)控制。對(duì)于公共區(qū)域采用了移動(dòng)感應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)人來時(shí)燈或空調(diào)系統(tǒng)打開，無人時(shí)，大部分照明關(guān)閉，只保留基礎(chǔ)照明和空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入低速運(yùn)行狀態(tài)或關(guān)閉。 辦公區(qū)域采用存在感應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)有人、無人及照度的綜合管理，利用智能控制合理安排能源，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的綠色節(jié)能減排效果。

3）定時(shí)控制。系統(tǒng)可提供長(zhǎng)達(dá)近一年的根據(jù)工作習(xí)慣的定時(shí)功能，結(jié)合照度控制和移動(dòng)感應(yīng)控制，提供更合理化的節(jié)能控制方式。

4）集中控制。系統(tǒng)提供了觸摸屏集中面板智能控制，在一個(gè)面板上可同時(shí)控制照明、風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)、電動(dòng)軌道，可設(shè)定一個(gè)場(chǎng)景模式，一個(gè)按鍵即可照明達(dá)到一定的亮度值、空調(diào)自動(dòng)調(diào)整到一個(gè)設(shè)定的溫度、電動(dòng)軌道自動(dòng)把關(guān)閉。

5）氣象站環(huán)境檢測(cè)。根據(jù)氣象傳感器把環(huán)境中的照度、風(fēng)速、濕度和亮度值等環(huán)境信息傳入到系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)境信息自動(dòng)控制和調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備，自動(dòng)進(jìn)行節(jié)能控制。

（2）國家體育場(chǎng)

國家體育場(chǎng)的室內(nèi)照明、景觀照明、立面照明均采用KNX智能照明控制系統(tǒng)。室內(nèi)的貴賓廳及貴賓接待處、新聞發(fā)布處等進(jìn)行調(diào)光控制，走廊、洗手間進(jìn)行時(shí)間控制、紅外感應(yīng)的自動(dòng)控制。室外立面照明、景觀照明進(jìn)行調(diào)光控制、時(shí)間控制、光線感應(yīng)控制。 通過中央控制及監(jiān)控、時(shí)間控制、遠(yuǎn)程控制、移動(dòng)感應(yīng)控制、光線感應(yīng)控制及定時(shí)控制等功能實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的智能管理。 應(yīng)急照明配電系統(tǒng)由雙值輸入模塊接入消防信號(hào)，應(yīng)急照明驅(qū)動(dòng)器強(qiáng)啟應(yīng)急照明回路。分區(qū)域值班室統(tǒng)一設(shè)置智能控制面板，分組控制。公共區(qū)域基本不設(shè)面板，由中控系統(tǒng)統(tǒng)一控制。

3.2 BACNET

BACnet標(biāo)準(zhǔn)是 1995年由美國采暖制冷空調(diào)學(xué)會(huì)(ASHRAE)正式公布的樓宇自控?cái)?shù)據(jù)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的基本目標(biāo)有兩個(gè)，一是在技術(shù)上定義一個(gè)開放的樓宇自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的互連 (interconnect)和互操作(interoperability)，二是在應(yīng)用上可以使用戶(業(yè)主)可以自由選擇自控廠商和系統(tǒng)集成商，尋求具有最優(yōu)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品和服務(wù)，使系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)不局限于特定的廠商，從而保護(hù)用戶的投資。在所有的智能建筑集成技術(shù)中，BACnet標(biāo)準(zhǔn)正式成為建筑智能化系統(tǒng)領(lǐng)域中的唯一 ISO標(biāo)準(zhǔn)(ISO 16484-5)。BACnet協(xié)議在歐美多個(gè)國家都是國家標(biāo)準(zhǔn)，但在中國還不是國家標(biāo)準(zhǔn)。

BACnet標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)：

1）專用于樓宇自控網(wǎng)絡(luò)，具有高效的特點(diǎn)。BACnet標(biāo)準(zhǔn)是專門為樓宇自控網(wǎng)絡(luò)定制的標(biāo)準(zhǔn)，定義了許多樓宇自控系統(tǒng)所特有的特性和功能。與其他標(biāo)準(zhǔn)相比，BACnet標(biāo)準(zhǔn)具有高效的優(yōu)點(diǎn)。

2）完全開放，技術(shù)先進(jìn)。BACnet標(biāo)準(zhǔn)是由非盈利學(xué)會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)，定義了一個(gè)開放的技術(shù)平臺(tái)或環(huán)境，具有完全的開放性和廣泛的參與性。所有樓宇自控廠商不需要得到授權(quán)或委托，均可以直接進(jìn)入這個(gè)開放的平臺(tái)或環(huán)境，并參與競(jìng)爭(zhēng)。

3）具有良好的互連特性和擴(kuò)展性。BACnet標(biāo)準(zhǔn)雖然從體系結(jié)構(gòu)上定義了不同的局域網(wǎng)絡(luò)，但BACnet標(biāo)準(zhǔn)可以擴(kuò)展到其他任意通信網(wǎng)絡(luò)。例如，BACnet/IP標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)與Internet的無縫互連。

4）具有良好的伸縮性。BACnet標(biāo)準(zhǔn)沒有限制BACnet系統(tǒng)中設(shè)備節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，BACnet集成系統(tǒng)可以由幾個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)極小的自控系統(tǒng)， 也可以形成一個(gè)規(guī)模極大的超級(jí)大系統(tǒng)。如美國GAS集成的GEMnet系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有11個(gè)樓宇自控系統(tǒng)，集成總建筑面積達(dá)180萬平方米，橫跨3個(gè)州。

5）應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。BACnet標(biāo)準(zhǔn)最初僅用于暖通空調(diào)設(shè)備系統(tǒng)。由于BACnet標(biāo)準(zhǔn)具有良好的互連性和互操作性及擴(kuò)展性，在開放模式環(huán)境下，該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。目前該標(biāo)準(zhǔn)已廣泛應(yīng)用于樓宇設(shè)備的各個(gè)領(lǐng)域，如給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、安保系統(tǒng)等。

3.3 DALI系統(tǒng)

DALI是數(shù)字可尋址燈光照明接口(Digital Addressable Lighting Interface)的縮寫，DALI鎮(zhèn)流器是當(dāng)今最新型的可調(diào)光熒光燈鎮(zhèn)流器，1999年，飛利浦，OSRAM，Tridonic等公司共同制定了DALI工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，保證不同的制造廠生產(chǎn)的DALI設(shè)備能全部兼容。目前在歐洲D(zhuǎn)ALI 作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)為鎮(zhèn)流器大廠商所采用。由于協(xié)議的開放性，技術(shù)成熟，DALI在中國也已逐漸為業(yè)界廣泛采用。一些著名的廠商如西門子，飛利浦最新出品的燈光系統(tǒng)就采用DALI協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

圖6

（1）DALI 與1-10V 模擬燈光系統(tǒng)相比具有的特點(diǎn)可以概括為簡(jiǎn)單與功能優(yōu)越

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單——一個(gè)DALI控制器可對(duì)64個(gè)數(shù)字燈光鎮(zhèn)流器分別編址，每個(gè)鎮(zhèn)流器內(nèi)可設(shè)置16個(gè)燈光場(chǎng)景，于是一個(gè)DALI系統(tǒng)可控制多達(dá)1024個(gè)鎮(zhèn)流器,只需要一對(duì)控制線就可以控制幾個(gè)不同的分組燈光系統(tǒng)

安裝簡(jiǎn)單——安裝DALI接口有2條主電源線，二條控制線，對(duì)線材無特殊要求，安裝時(shí)也無極性要求，只要求主電源線與控制線隔離開，控制線無需屏蔽。

操作簡(jiǎn)單——系統(tǒng)與安裝配置好后，很容易進(jìn)行操作管理，燈光場(chǎng)景的改變與照明只需要通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)，不需要改動(dòng)硬件

燈光控制系統(tǒng)功能優(yōu)良——DALI系統(tǒng)每個(gè)鎮(zhèn)流器單元都有獨(dú)立的地址，可以通過網(wǎng)關(guān)PC終端控制器與其它的樓宇管理系統(tǒng)（安防，報(bào)警，HVAC）相連，創(chuàng)造多種潛在的節(jié)能功能。例如可以與傳感器相連，依據(jù)日照自然光強(qiáng)度調(diào)整電燈明暗，減少不必要的能源消耗。

（2）室內(nèi)恒溫控制

通過溫度感應(yīng)器測(cè)試室內(nèi)溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)高、中、低三檔風(fēng)速。同時(shí)，用戶還可以根據(jù)自己的喜好，通過觸摸屏手動(dòng)選擇相應(yīng)的風(fēng)速，而且室內(nèi)的當(dāng)前溫度、預(yù)設(shè)溫度都可以顯示在顯示屏上。

（3）遮陽智能控制

由戶外的溫度感應(yīng)器與照度感應(yīng)器等每隔幾分鐘發(fā)送到控制系統(tǒng)，自動(dòng)比較測(cè)量值與其預(yù)先設(shè)置好的閥值。如超過閥值，則移動(dòng)遮陽卷簾。比如，夏季的正午，陽光照度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)設(shè)值，控制器就向南面對(duì)應(yīng)的窗簾驅(qū)動(dòng)器發(fā)送關(guān)閉的命令。

3.4 ZIGBEE系統(tǒng)

3.4.1 Zigbee概述

Zigbee是一種介于無線WIFI和藍(lán)牙BLUETOOTH之間的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間互相協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。Zigbee一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時(shí)，通過跳ZigZag形舞蹈與同伴共享食物源的方向、位置、和距離等信息。Zigbee主要用于近距離個(gè)人無線網(wǎng)絡(luò)連接，最大傳輸范圍在100m距離。比如智能家居網(wǎng)絡(luò)，不單個(gè)人電腦連接到物聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)把各類家用電器都連接到個(gè)人電腦上，而且可以在戶外通過PC通過網(wǎng)絡(luò)來獲取信息控制這些電器。

3.4.2 Zigbee的結(jié)構(gòu)體系

Zigbee具有自己的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4，主要由6層體系組成,由Zigbee聯(lián)盟與IEEE 802.15.4組織共同制定5層標(biāo)準(zhǔn)。物理層、MAC層與數(shù)據(jù)鏈接層由IEEE組織完成，加上另外的網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用匯聚層接口由 Zigbee聯(lián)盟完成標(biāo)準(zhǔn)。（參考圖7）

Zigbee網(wǎng)絡(luò)支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)中存在三種邏輯設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。協(xié)調(diào)器主要任務(wù)是發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信息、建立網(wǎng)絡(luò)、管理儲(chǔ)存網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息；路由器的主要任務(wù)是管理節(jié)點(diǎn)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)、協(xié)助通訊；終端設(shè)備包括各類傳感器，可作為一個(gè)電池供電設(shè)備加入各類電器，起到傳感、信號(hào)處理、通訊的作用。（參考圖8）

圖7 Zigbee體系結(jié)構(gòu)層

圖8 Zigbee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.4.3 ZIGBEE技術(shù)的主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）Zigbee的優(yōu)點(diǎn)

功耗很小，節(jié)約能耗。Zigbee的節(jié)點(diǎn)大多數(shù)用2 節(jié)5 號(hào)干電池工作，可支持6～24個(gè)月，相對(duì)于WIFI與Bluetooth無線網(wǎng)絡(luò)，這是Zigbee的突出節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

低成本。Zigbee免協(xié)議專利費(fèi)。每塊芯片的價(jià)格大約為15元人民幣，每個(gè)Zigbee基站不到1000元人民幣。

響應(yīng)速度快。Zigbee 的響應(yīng)速度一般從休息轉(zhuǎn)入工作只需15 ms，連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms，相比較藍(lán)牙需要3～9 s、WiFi 需要大約3s，進(jìn)一步節(jié)約電能。

易于安裝。Zigbee 用電池驅(qū)動(dòng)令其可以便捷的安裝在任何一個(gè)地方。

組網(wǎng)能力強(qiáng)大。一個(gè) Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以支持 65535個(gè)節(jié)點(diǎn)。

（2）Zigbee的主要缺點(diǎn)

傳輸速率比較低,相對(duì)于藍(lán)牙與WIFI，Zigbee的傳輸速率僅僅在20～250 kbits/s傳輸范圍比較窄.Zigbee的網(wǎng)絡(luò)傳輸范圍大約在10米～100米。

（3）幾種無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)性能比較

BlueTooth藍(lán)牙 Wifi 紅外線 Zigbee 移動(dòng)通信消耗功率 較大 大 小 小 大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 7 30 2 65535 /傳輸率 1M/s 11M/s 16M/s 250k bits/s 38.4k bits/s傳輸介質(zhì) 2.4GHZ射頻 2.4GHZ射頻 980nm紅外 2.4GHZ射頻 1GHZ射頻網(wǎng)絡(luò)范圍 10m 100m 1m 100m 幾km安裝成本 低 低 一般 低 高網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展 無 無 無 自動(dòng)擴(kuò)展 依賴現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)覆蓋

Zigbee與藍(lán)牙，Wifi這些無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最大的不同就是極低的功耗與靈活強(qiáng)大的組網(wǎng)方式。從理論上，相對(duì)于其它的無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZigBee技術(shù)是最適合智能家居系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)。

Zigbee在家庭的應(yīng)用主要嵌入在消費(fèi)性電子設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、電腦外設(shè)、玩具等，這也是Zigbee應(yīng)用最具潛力的市場(chǎng)。據(jù)市場(chǎng)估測(cè)，每個(gè)家庭潛在需要100-150個(gè)的Zigbee設(shè)備，這些可以聯(lián)網(wǎng)的家用設(shè)備包括電視、錄像機(jī)、外設(shè)、兒童玩具、游戲機(jī)、門禁系統(tǒng)、窗戶、照明、空調(diào)系統(tǒng)。運(yùn)用Zigbee技術(shù)后，大大改善人們居住環(huán)境和舒適度，也降低設(shè)備的耗能成本。

4 其它智能建筑總線系統(tǒng)

（1）BATIBUS

BATIBUS是由梅蘭日蘭、蘭吉爾、AIRELEC等公司于1989年開發(fā)的全世界市場(chǎng)上第一個(gè)智能建筑現(xiàn)場(chǎng)總線，它的傳輸通信介質(zhì)是雙絞線，通過總線，星型，環(huán)型，樹型或其他不同組合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)建筑物供暖、空調(diào)、照明、和門禁系統(tǒng)所有元件之間相互通信。總長(zhǎng)度不超過2500米，電源與各設(shè)備元件的距離不超過500米。香港會(huì)展中心自動(dòng)化控制系統(tǒng)就是由14組BATIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成，全部設(shè)備信息通過BATIBUS系統(tǒng)匯 總轉(zhuǎn)換為BACNET（MS/TP）傳輸?shù)娇刂浦行?。系統(tǒng)要求安全可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。全部系統(tǒng)通訊信息可就地和遠(yuǎn)程組態(tài)實(shí)現(xiàn)。具有很高的技術(shù)水平要求。

（2）M-BUS協(xié)議

M-Bus是歐洲標(biāo)準(zhǔn)的2線總線, 主要用于遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，是一種專門為消耗測(cè)量?jī)x器和計(jì)數(shù)器傳送信息的數(shù)據(jù)總線設(shè)計(jì)的。

（3）MP-BUS協(xié)議

MP-BUS協(xié)議是由瑞士Belimo 公司開發(fā)的建筑現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，主要用于建筑里的空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)的閥門，控制閥與調(diào)節(jié)器。

（3）Z-WAVE協(xié)議

Z-WAVE是由芯片與軟件開發(fā)商Zensys與另外多家組建的一個(gè)新的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)，以推動(dòng)在家庭住宅自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展。

（4）X2D

X2D是由法國Delta Dore 公司開發(fā)的無線通訊協(xié)議，主要用于住宅中的不同設(shè)備相互的信息交流與能源管理。X2D最大的特點(diǎn)就是在通訊過程中不受其它無線信號(hào)的干擾。

5 物聯(lián)網(wǎng)與建筑節(jié)能

物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為"The Internet of Things”，意思就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。簡(jiǎn)單的說物聯(lián)網(wǎng)就是一個(gè)巨大的傳感器網(wǎng)絡(luò)，這些傳感器設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，通過射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器把任何物件與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進(jìn)行發(fā)送接收信息。

智能建筑管理系統(tǒng)BMS的應(yīng)用領(lǐng)域如智能照明、暖通空調(diào)、安防、樓控都離不開傳感器的支持, 相對(duì)于其他地行業(yè)，智能建筑是跟物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系非常近的行業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也會(huì)給智能建筑行業(yè)帶來聯(lián)動(dòng)效應(yīng)。

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍包括公共安全、智能家居、工業(yè)監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、健康管理、智能交通、智能電力、智能醫(yī)療和智能建筑等領(lǐng)域，在智能建筑的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)在還主要是體現(xiàn)在安防領(lǐng)域。例如廣西柳州東岸御花園社區(qū)的安防系統(tǒng),包括IC卡小區(qū)內(nèi)智能化管理、煤氣泄漏報(bào)警、紅外線監(jiān)控、電子巡更系統(tǒng)、地下車庫智能化專車自動(dòng)識(shí)別智能系統(tǒng)。業(yè)主利用智能IC卡進(jìn)行車輛識(shí)別進(jìn)入地下車庫、身份識(shí)別進(jìn)入一樓大堂，進(jìn)行樓層識(shí)別自動(dòng)乘坐電梯到所住樓層。訪客在小區(qū)大門通過可視傳感系統(tǒng)的身份識(shí)辨后進(jìn)入小區(qū)，在小區(qū)大堂通過電梯口的可視對(duì)講系統(tǒng)經(jīng)業(yè)主同意，不用手按電梯會(huì)自動(dòng)送到探訪家庭。 但這些只是物聯(lián)網(wǎng)在智能建筑里很淺顯的體現(xiàn)。

一方面物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用會(huì)大大促進(jìn)智能建筑的發(fā)展，另一方面隨著智能建筑的大范圍出現(xiàn),大量的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用特別是家居自動(dòng)化無線傳感技術(shù)ZIGBEE,Z-WAVE的廣泛應(yīng)用,會(huì)大大節(jié)約各家各辦公室的能耗，形成良性循環(huán)，帶動(dòng)整個(gè)社會(huì)的節(jié)能。

綜上所述，建筑節(jié)能工程建設(shè)中需要多學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，在學(xué)習(xí)發(fā)展過程中積累經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)與管理模式，總結(jié)出適合本地的綠色節(jié)能智能建筑設(shè)計(jì)運(yùn)行管理方式。

[1]李金伴,林鋒,李捷輝,周銘.智能建筑綜合布線設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].2011-11.

[2]綠色建筑評(píng)價(jià)技術(shù)指南[M].住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心,2010-03.

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