分析智能建筑節(jié)能與技術(shù)

謝明輝

【摘要】筆者經(jīng)過多年的實(shí)踐探究，探討分析了建筑智能化技術(shù)和節(jié)能的本質(zhì)，深入詮釋了建筑智能化技術(shù)和節(jié)能的最佳實(shí)現(xiàn)途徑。

【關(guān)鍵詞】建筑智能化技術(shù)；節(jié)能；設(shè)計(jì)

電能供需是二次能源，但是近年的矛盾卻是越來越嚴(yán)重，能源的極度缺乏已經(jīng)非常嚴(yán)重的限制了我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。建筑節(jié)約用電，就可以非常好的起到節(jié)約能源作用。建筑的照明節(jié)能設(shè)計(jì)和控制、電動機(jī)以及風(fēng)機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)、建筑的空調(diào)系統(tǒng)等等來進(jìn)行節(jié)約能源，就可以達(dá)到建筑智能化。

1建筑智能化技術(shù)和節(jié)能設(shè)計(jì)的發(fā)展目的以及歷程

智能化建筑指的是，對于整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和服務(wù)以及管理之間內(nèi)在的關(guān)聯(lián)采用最佳性能來考慮，創(chuàng)造一個(gè)投資合理，又具備高效利用的溫馨、舒適的居住環(huán)境。

1.1智能化建筑的歷史

智能化建筑源于上世紀(jì)美國的80年代初期，美國的康涅狄格州的哈特福特市的智能化大樓實(shí)現(xiàn)自動化的綜合管理，整棟大樓建筑物的防火系統(tǒng)、放盜系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)都是通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的控制，整棟建筑物就是一個(gè)智能化綜合體。隨之的幾年，歐洲和日本都對智能化建筑做了相應(yīng)的研究工作。德國和法國都在上世紀(jì)80年代末期和上世紀(jì)90年代初期建立起了智能化建筑物。中國的香港和臺灣也在上世紀(jì)80年代末期和上世紀(jì)90年代初期建立起了具備高標(biāo)準(zhǔn)的智能化建筑物[1]。

1.2智能化的目的

智能化建筑就是采用智能計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)控制技術(shù)、通訊技術(shù)、多媒體技術(shù)以及現(xiàn)代建筑技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，采用相關(guān)的設(shè)備對其進(jìn)行自動監(jiān)控，將信息資源進(jìn)行綜合管理，將居住者的生活信息和建筑物環(huán)境完美的結(jié)合，投資合理，建成后的智能建筑具備舒適、安全、便利、高效的特點(diǎn)。

2智能建筑的節(jié)能控制

目前，國內(nèi)對智能建筑本身的節(jié)能性還沒有得到足夠的認(rèn)識和重視，智能建筑各系統(tǒng)的效能實(shí)現(xiàn)并未達(dá)到最優(yōu)化；同時(shí)，對于已建成項(xiàng)目，由于設(shè)備系統(tǒng)服務(wù)商的后期支持與維護(hù)滯后，加之管理人員的不專業(yè)性，也是阻礙智能建筑價(jià)值發(fā)揮的一大瓶頸。[2]

通過對寫字樓、酒店等商業(yè)建筑的統(tǒng)計(jì)，其照明、空調(diào)系統(tǒng)的耗能情況大致為：

（1）照明系統(tǒng)：寫字樓照明耗能占總耗能的比例為25%—55%，平均35%；酒店照明耗能占總耗能的比例為30%。

（2）空調(diào)系統(tǒng)：寫字樓空調(diào)耗能占總耗能的比例平均為60%，其下限為50%，上限不高于70%；酒店HVAC（熱、通風(fēng)和空調(diào)控制）耗能占總耗能的比例為40%—50%。

下面就以照明、空調(diào)系統(tǒng)為例，探討智能建筑的節(jié)能控制途徑，以求系統(tǒng)的效能整合與資源的充分利用。

2.1照明系統(tǒng)的管理控制

照明監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)視照明配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以便對照明系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理，保證其正常工作，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，根據(jù)一定的程序控制各類燈具的開啟、關(guān)閉和調(diào)光、感應(yīng)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。其控制方式可以根據(jù)設(shè)定好的時(shí)間和程序，設(shè)定控制建筑物內(nèi)外的各種照明器具啟停和順序，另外，在有特殊情況出現(xiàn)時(shí)，使照明設(shè)備做出相應(yīng)的聯(lián)動。[3]

（1）定時(shí)控制方式

將每個(gè)區(qū)域的照明設(shè)備分為若干回路，各回路均受照明開關(guān)控制器的控制。用軟件編制各組照明燈具開啟、關(guān)閉的時(shí)間表，以滿足不同時(shí)間段照明的需要。對那些有規(guī)律的使用場所，按預(yù)定的時(shí)間自動的開啟、關(guān)閉不同組別的燈具，避免其長期點(diǎn)亮帶來的能源浪費(fèi)。

（2）智能控制方式

采用計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過探測器和傳感器檢測照明區(qū)域的某些信息，照明控制器以此作為依據(jù)，對照明系統(tǒng)實(shí)行智能化集中控制，從而根據(jù)不同的需求（如調(diào)節(jié)照明燈具的開啟、關(guān)閉、亮度）和條件（如合成照度控制、定時(shí)控制、人員活動檢測控制）實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行參數(shù)、模式的設(shè)定及修改。

（3）合成照度控制

根據(jù)日光對室內(nèi)的影響程度，將空間劃分成若干個(gè)照明區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)依據(jù)照明負(fù)荷或面積分成不同的供電回路，采用光線傳感器與功率調(diào)光器，依照室外陽光強(qiáng)度和室內(nèi)照度相結(jié)合控制電燈的開閉和調(diào)整燈光亮度。這樣既可充分利用自然光，達(dá)到節(jié)能的目的，又可提供一個(gè)基本不受季節(jié)與外部環(huán)境影響的相對穩(wěn)定的視覺環(huán)境，以滿足舒適照明的需要。

（4）人員活動檢測控制

在照明區(qū)域內(nèi)安裝有聲、光、紅外元件構(gòu)成的傳感器（或智能化面板開關(guān)），用于檢測該區(qū)域內(nèi)是否有人員活動。一旦人員離開該區(qū)域，控制裝置按程序中預(yù)先設(shè)定的時(shí)間延時(shí)后，自動切斷照明電源或控制照度維持在最低限度，從而節(jié)省能源。同時(shí)，該傳感器也可以兼作可疑行動或非法人侵報(bào)警探測用途。

2.2空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能控制

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)通常由制冷系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)及熱力系統(tǒng)組成，其作用是保證建筑物內(nèi)具有舒適的工作、生活環(huán)境和良好的空氣品質(zhì)。由于系統(tǒng)設(shè)備種類多、數(shù)量大、分布廣，消耗了建筑物近一半的電能，所以其監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)就是采用自動化裝置監(jiān)測各種參數(shù)和設(shè)備的工作狀態(tài)，并根據(jù)負(fù)荷情況及時(shí)控制各設(shè)備運(yùn)行，以節(jié)約能源。[4]

（1）冷源系統(tǒng)的節(jié)能控制

通?？照{(diào)系統(tǒng)中冷凍水泵和冷卻水泵的容量，是以建筑最大設(shè)計(jì)熱負(fù)荷選定并留有余量，其運(yùn)行條件按照長期在固定最大水流量下工作考慮，而實(shí)際上由于季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的變化，空調(diào)熱負(fù)荷在絕大部分時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)負(fù)荷；并且冷凍水一般設(shè)計(jì)溫差為5—7℃、冷卻水溫差為4-5℃，在系統(tǒng)流量固定的情況下，全年絕大部分運(yùn)行時(shí)間溫差僅為1—3℃，也就是說系統(tǒng)是長期處于低溫差、大流量狀態(tài)工作，這無疑增加了管路系統(tǒng)的能量損失、消耗了水泵運(yùn)行的輸送能量。

通過采用隨熱負(fù)荷而改變水量的變流量空調(diào)水系統(tǒng)，經(jīng)變頻器調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)水的流量，從而節(jié)約低負(fù)荷時(shí)水系統(tǒng)的輸送能量，其節(jié)能率通常都在40%以上。

（2）空氣處理系統(tǒng)的節(jié)能控制

空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量通常是按夏季室內(nèi)的最大余熱量設(shè)計(jì)的（以照明發(fā)熱量及圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量為主），而實(shí)際上全年出現(xiàn)最大負(fù)荷量的時(shí)間很短，一般空調(diào)系統(tǒng)80%以上時(shí)間是在小于80%負(fù)荷下工作。通過采用變頻調(diào)速控制風(fēng)機(jī)進(jìn)行變風(fēng)量運(yùn)行，使之根據(jù)房間熱負(fù)荷變化，從而改變自身轉(zhuǎn)速與風(fēng)量。

（3）最小新風(fēng)量控制

對于建筑內(nèi)活動的人群必須保證一定的新風(fēng)量，但新風(fēng)量取得過多，將增加新風(fēng)耗能量（設(shè)計(jì)工況：夏季室外溫26℃、相對溫度60%，冬季室溫22℃、相對濕度55%下，處理一公斤室外新風(fēng)量需冷量6.5kWh、熱量12.7kWh），故在滿足室內(nèi)衛(wèi)生要求的前提下，減少新風(fēng)量，具有有顯著的節(jié)能效果。但在采用變風(fēng)量控制的空調(diào)系統(tǒng)中，當(dāng)送風(fēng)量在運(yùn)行過程中隨著負(fù)荷的減少而不斷減少時(shí)，新風(fēng)量也將隨著送風(fēng)量成比例減少，在負(fù)荷很低的情況下，就有可能出現(xiàn)新風(fēng)量不足現(xiàn)象，因此必須對最小新風(fēng)量進(jìn)行控制，例如采用風(fēng)閥跟蹤調(diào)節(jié)、送回風(fēng)機(jī)控制、設(shè)置獨(dú)立新風(fēng)機(jī)控制等。同時(shí)，對室內(nèi)C02濃度的監(jiān)測也是確定與自動調(diào)節(jié)新風(fēng)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)（CO2：允許濃度值一般取0.1%（1000ppm））。

（4）提高室內(nèi)溫、濕度控制精度

傳統(tǒng)建筑由于沒有采用樓宇自控系統(tǒng)，往往造成夏季室溫過冷（低于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值）或冬季室溫過熱（高于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值）現(xiàn)象，這不但不適宜對人體健康和舒適性的要求，同時(shí)也浪費(fèi)能源。據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)局統(tǒng)計(jì)資料顯示：如果在夏季將設(shè)定值溫度下調(diào)1℃，將增加9%的能耗；如果在冬季將設(shè)定值溫度上調(diào)1℃，將增加12%的能耗。因此按照設(shè)定自動調(diào)節(jié)并根據(jù)室外變化情況，將室內(nèi)溫、濕度控制在設(shè)定精度范圍內(nèi)是空調(diào)節(jié)能的有效措施。[4]

（5）克服設(shè)計(jì)冗余增量

空調(diào)設(shè)計(jì)中的冗余現(xiàn)象大致有以下方面：（1）設(shè)計(jì)人員一般依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料的極端氣溫條件來計(jì)算各臺空調(diào)的負(fù)荷峰值，從而確定最大需求值與供能設(shè)備，但是在實(shí)際運(yùn)行中由于系統(tǒng)并非始終處于極端條件，于是產(chǎn)生因靜態(tài)設(shè)計(jì)帶來的合理設(shè)計(jì)冗余；（2）空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中各空間的最大負(fù)荷并非同時(shí)產(chǎn)生，在時(shí)間段上有一定參差，這種因供能不平衡而形成的冗余不可避免，或者說也是合理的；（3）因?yàn)閷照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和認(rèn)知缺乏足夠?qū)嵺`，沿用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，甚至對所計(jì)算出的能量負(fù)荷不僅未考慮“同時(shí)使用系數(shù)”，反而僅憑估計(jì)乘以幾倍的“安全系數(shù)”，結(jié)果造成空調(diào)能耗的大幅增加，產(chǎn)生由于人為因素所導(dǎo)致的

不合理設(shè)計(jì)冗余。

通過采用智能監(jiān)控系統(tǒng)，對空調(diào)供回水系統(tǒng)流量參數(shù)進(jìn)行動態(tài)非線性控制，及時(shí)調(diào)整設(shè)備合理運(yùn)行，克服設(shè)計(jì)冗余增量，從而達(dá)到調(diào)控與節(jié)能要求。

3智能化建筑物的節(jié)能價(jià)值

智能化建筑物和節(jié)能設(shè)計(jì)可以極大的降低控制環(huán)節(jié)，增強(qiáng)整個(gè)建筑物的穩(wěn)定性能和可靠性能。智能化建筑物的投資是一種前期投資多后期收益長的方式，相比較傳統(tǒng)的前期投資少后期維護(hù)多的方式來看，不論是從節(jié)約能源還是從實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益來看都具有至關(guān)重要的意義。智能化建筑物一般都是采用高新科技對建筑物進(jìn)行多方位的控制和調(diào)整，采用高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑物設(shè)備最終的優(yōu)化和集成，保障了高效的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能調(diào)控。

結(jié)語

智能化建筑物是建筑行業(yè)所共同追求的目標(biāo)，是提升建筑行業(yè)必走之路。節(jié)能設(shè)計(jì)對于能源的可持續(xù)發(fā)展以及合理的利用都是非常關(guān)鍵的因素之一。合理利用資源，降低能源的損耗，長期走可持續(xù)發(fā)展路線，不僅可以促進(jìn)建筑行業(yè)的大進(jìn)步，還使得整個(gè)社會都產(chǎn)生了積極的影響。

參考文獻(xiàn)

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[3]童立嵩.建筑智能化與節(jié)能設(shè)計(jì)[J].建筑科學(xué).2010，12（3）18-20.