節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中樓宇智能化技術(shù)的應(yīng)用分析

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摘要：節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中樓宇智能化技術(shù)涉及建智能化設(shè)計(jì)理論、集成化設(shè)計(jì)理論及可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)理論。節(jié)能建筑智能化設(shè)計(jì)主要圍繞環(huán)境舒適性原則、高效集成原則與資源節(jié)約原則而開展。筆者根據(jù)智能建筑設(shè)備運(yùn)行節(jié)能狀態(tài)與智能建筑節(jié)能設(shè)計(jì)原則，對建筑內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)能耗、照明系統(tǒng)能耗與給排水能耗進(jìn)行了分析，并重點(diǎn)探討了EIB節(jié)能控制系統(tǒng)在樓宇智能化建設(shè)方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：節(jié)能建筑；智能化；技術(shù)；應(yīng)用

伴隨科技的迅猛發(fā)展與時代的快速更替，建筑節(jié)能智能化設(shè)計(jì)內(nèi)涵日益豐富，這對建筑節(jié)能技術(shù)與智能化技術(shù)的相互結(jié)合提出了更高的要求。根據(jù)建筑節(jié)能智能化設(shè)計(jì)內(nèi)涵，大致包含兩點(diǎn)內(nèi)容：其一，節(jié)能建筑智能化設(shè)計(jì)必須以節(jié)能技術(shù)、智能化控制技術(shù)為基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)建筑的低能耗、高舒適度、高智能化特點(diǎn)；其二，必須滿足國家對節(jié)能建筑提出的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而取得更高的經(jīng)濟(jì)效益、更好的環(huán)境效益與社會效益。

一、基于樓宇內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能簡述

建筑智能化功能的實(shí)現(xiàn)是以各類設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行為基礎(chǔ)，設(shè)備類型越多，功能分類越完善，設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控等級便越復(fù)雜，設(shè)備能源消耗量越大。21世紀(jì)是各類能源急劇緊缺的時代，對智能建筑節(jié)能技術(shù)進(jìn)行探究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

智能建筑集成控制系統(tǒng)能夠?qū)ㄖ?jié)能提供監(jiān)測與實(shí)施功能。根據(jù)調(diào)查資料顯示，建筑能耗主要集中在電梯運(yùn)行、空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、給排水系統(tǒng)方面，其中，照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)能耗約占智能建筑能耗總量的2/3，空調(diào)系統(tǒng)能耗約占上述三類系統(tǒng)能耗量的2/3，這表明，不同性質(zhì)的智能建筑在能源消耗方面也有所區(qū)別【1】。

二、節(jié)能建筑中智能化技術(shù)的應(yīng)用原則分析

1、資源節(jié)約原則

《節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃》對新建筑節(jié)能做出了嚴(yán)格規(guī)定，“建筑節(jié)能設(shè)計(jì)指標(biāo)不得低于50%，在北京等少數(shù)大城市，建筑節(jié)能要求指標(biāo)不得低于65%。但從技術(shù)層面而言，節(jié)能建筑的實(shí)現(xiàn)，仍需智能建筑廠商不斷革新節(jié)能技術(shù)，把尖端節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在建筑整體建設(shè)過程中。具體表現(xiàn)在從建筑初期規(guī)劃到竣工驗(yàn)收環(huán)節(jié)，規(guī)劃好環(huán)境與單體建筑之間的融合關(guān)系，力求減少污染，節(jié)能減排；善于改造傳統(tǒng)建筑，尤其是對監(jiān)測系統(tǒng)的改造等。

2、高效集成原則

高效集成體原則的實(shí)現(xiàn)依賴于信息技術(shù)、自動化集成技術(shù)、智能化控制技術(shù)等的發(fā)展。節(jié)能建筑內(nèi)部系統(tǒng)的模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化是智能建筑臻至成熟的表現(xiàn)形式，也是人、建筑、環(huán)境三大要素相互互動的保障。功能模塊的全面性有利于滿足用戶和管理者的個性化使用需求，采用一站式登錄模式改變了傳統(tǒng)資格審查模式的困擾，極大地提高了用戶的使用效率。

3、環(huán)境舒適原則【2】

節(jié)能建筑空間設(shè)計(jì)的目標(biāo)是借助系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)模式，通過信息處理技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間整體的有機(jī)化設(shè)計(jì)。在該過程中，人是最重要、最基本的構(gòu)成要素，設(shè)計(jì)必須時刻以人的感受、人的需求為主。具體表現(xiàn)在三方面：良好的室內(nèi)聲環(huán)境、采光環(huán)境、熱環(huán)境。

三、建筑內(nèi)各設(shè)備系統(tǒng)能耗量分析

（一）空調(diào)系統(tǒng)能耗分析

空調(diào)系統(tǒng)能量供給源于冷熱源系統(tǒng)，最終經(jīng)風(fēng)系統(tǒng)把熱風(fēng)或冷風(fēng)傳遞到被被調(diào)節(jié)空間，以滿足室內(nèi)的溫度、濕度需求。在全部能量輸送階段，水系統(tǒng)輸送消耗能量為泵的電能（EP）；冷熱源系統(tǒng)消耗的是電能（EW）；風(fēng)系統(tǒng)輸送消耗能量為風(fēng)機(jī)電能（Ef），空調(diào)系統(tǒng)總耗能為E，是風(fēng)機(jī)電能、泵的電能與冷熱源耗能的能量和。節(jié)能中智能技術(shù)的應(yīng)用就是以目標(biāo)負(fù)荷為標(biāo)準(zhǔn)，有效控制能耗量【3-5】。

冷熱源為水系統(tǒng)提供冷（熱）量供給

QW=μW*QA，公式中，μW表示水系統(tǒng)熱量損失系數(shù)，具體包括：輸入水的能量損失、過剩水量輸送損失、供熱泵發(fā)熱損失等。

風(fēng)系統(tǒng)接收水系統(tǒng)的冷（熱）量

QA=μA*QR，公式中，μA表示風(fēng)系統(tǒng)熱量損失系數(shù)，具體包括：風(fēng)能輸送損失（如管道泄露、管道保溫、新風(fēng)過剩損失等）、輸送風(fēng)所獲得的能量（如供暖風(fēng)機(jī)發(fā)熱損失）。

空調(diào)房間接收到的風(fēng)系統(tǒng)的冷（熱）量

QR=μR*QL，公式中，μR表示室內(nèi)能量損失系數(shù)，具體包括：室內(nèi)能量損失（如過熱損失、過冷損失等）、室內(nèi)獲得能量的損失（如設(shè)備發(fā)熱損失）。

上述三個公式中的能量系數(shù)為輸入能量和實(shí)際利用能量的比值。

在設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定【6】：μA<1.08，μR<1.05，μW<1.03?？諝廨斔拖禂?shù)ATF*=QA/Ef，通常取值范圍為4～10。其中，QA表示供給風(fēng)系統(tǒng)的能量，Ef表示空調(diào)系統(tǒng)在空氣輸送過程中需要耗費(fèi)的動力源（如排風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)等）。

若僅進(jìn)行顯熱計(jì)算，那么空氣輸送系數(shù)則為ATF*=QA顯/Ef，其中，QA顯表示供給風(fēng)系統(tǒng)的顯熱能耗量。

水輸送系數(shù)WTF=QW/Ep，其中，QW、Ep分別表示供給水系統(tǒng)的能量與輸送水所消耗的動力。

空調(diào)系統(tǒng)總能耗則為E=EW+EP+Ef，公式中，E、EW、EP、Ef分別代表空調(diào)總耗能、冷熱源系統(tǒng)耗能、泵的電能與風(fēng)機(jī)電能。

通常圍護(hù)結(jié)構(gòu)空調(diào)負(fù)荷多見于居住建筑中，而公共建筑空調(diào)負(fù)荷以室內(nèi)熱源為主，新風(fēng)冷負(fù)荷約占24%～51%。

（二）給排水系統(tǒng)耗能分析

1、建筑物供水量計(jì)算

智能建筑給水耗能可分為消防用水耗能與生活給水耗能，生活給水系統(tǒng)包括洗滌、日常飲用水、烹調(diào)等；消防給水包括自動噴水滅活給水系統(tǒng)、消火栓給水系統(tǒng)等。具體計(jì)算可見下述公式【7-9】：

建筑內(nèi)最高生活用水量Qd=mqd，公式中，m、qd分別代表設(shè)計(jì)單位數(shù)、單位用水指標(biāo)。

建筑內(nèi)最低生活用水量Qh=（Qd/T）*Kh，公式中，T、Kh分別代表每天使用時間、小時內(nèi)變化系數(shù)等。

2、智能建筑中給排水系統(tǒng)能耗損失分析【10】

智能建筑中，給排水系統(tǒng)耗能主要體現(xiàn)在如下幾方面：（1）用水終端損耗，如抽水馬桶可能因質(zhì)量或者設(shè)計(jì)因素而導(dǎo)致用水耗損；（2）給水管道網(wǎng)發(fā)生滲漏，通常給水管道網(wǎng)敷設(shè)以暗埋為主，受水管質(zhì)量、給水壓力等因素影響，增大了管道漏水監(jiān)測難度；（3）水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時的電能消耗，通常情況下，當(dāng)建筑物整體高度超出30m時，必須采用二次水泵進(jìn)行供水，水泵的電能消耗與建筑內(nèi)部用水具有直接關(guān)聯(lián)性。

（三）照明系統(tǒng)能耗分析

建筑照明耗電總量的計(jì)算多根據(jù)建筑物需要的照度值與其它條件，確定好燈具數(shù)量與燈具容量后，再進(jìn)行照明耗電總量的計(jì)算。筆者以單位容量法對照耗電量進(jìn)行計(jì)算。

房間內(nèi)總照明量ΣP=WS，公式中，ΣP、W、S分別表示室內(nèi)照明燈具安裝總量、最低照度單位安裝功率、房間面積【11】。

四、節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中樓宇智能化技術(shù)的應(yīng)用分析

這對上述設(shè)備系統(tǒng)能耗分析，筆者以EIB系統(tǒng)智能技術(shù)的應(yīng)用為研究對象進(jìn)行分析。

（一）EIB系統(tǒng)簡述

EIB（European Installation Bus）是一項(xiàng)節(jié)能減排系統(tǒng)，主要應(yīng)用在電能控制方面，是電氣布線領(lǐng)域的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，在2007 年成為中國國標(biāo)GB/Z 20965-2007。

EIB系統(tǒng)的首要特點(diǎn)為具有單一多芯特性，能夠有效取代傳統(tǒng)分離的控制電纜與電力電纜，并保障各開關(guān)之間能夠相互傳遞控制指令，故而總線電纜既可以是星型鋪設(shè)，也可以是樹型、線型，且容易改裝與容量擴(kuò)大。EIB系統(tǒng)元件的智能化特點(diǎn)可以利用編程模式對使用功能進(jìn)行重改，既能夠獨(dú)立完成監(jiān)視、控制、開關(guān)等工作，也能夠根據(jù)用戶需求進(jìn)行功能組合，靈活性極高。

EIB系統(tǒng)具有雙重面向特性，即，既能夠面向用戶展現(xiàn)個性化特點(diǎn)，又能夠面向管理者，使用客戶可依據(jù)個人需求對相關(guān)功能任意修改。另外，EIB系統(tǒng)還以Windows系統(tǒng)為基礎(chǔ)自帶軟件平臺，管理者（如車庫管理處、小區(qū)物業(yè)中心等）把安裝該套軟件的計(jì)算機(jī)設(shè)備與EIB系統(tǒng)相互連接，隨后即可對其控制和集中管理【12】。

（二）EIB系統(tǒng)在建筑空調(diào)設(shè)備中的應(yīng)用分析

在當(dāng)代智能建筑中，中央空調(diào)的能耗量相當(dāng)驚人，筆者在上文中已經(jīng)對空調(diào)能源消耗進(jìn)行了詳細(xì)分析，下面闡述的是EIB節(jié)能系統(tǒng)在中央空調(diào)中所發(fā)揮的節(jié)能作用。EIB系統(tǒng)可利用驅(qū)動模塊來對整個空調(diào)的末端輸送系統(tǒng)進(jìn)行控制，包括對水閥流量的控制、風(fēng)盤轉(zhuǎn)動速度的控制等。該系統(tǒng)較為先進(jìn)的地方在于具有液晶控制面板，操作簡便。在控制面板上，用戶可直接設(shè)置、調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、定時等，如此可有效避免空調(diào)機(jī)身內(nèi)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動盤始終維持在同一速度，根據(jù)使用者對溫度的需求來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，有利于節(jié)省冷源、熱源、風(fēng)機(jī)等所消耗的電能，從而降低空調(diào)設(shè)備的整體能源消耗量。

（三）節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中EIB系統(tǒng)在照明系統(tǒng)方面的節(jié)能控制分析

在智能建筑內(nèi)部，除卻空調(diào)系統(tǒng)的能耗量驚人之外，照明系統(tǒng)所產(chǎn)生的能源消耗也是不可忽視的。照明系統(tǒng)同空調(diào)設(shè)備一樣，需要長期的能源供給，因此，其節(jié)能潛力極佳。

通常建筑內(nèi)部的照明系統(tǒng)主要分為公共地區(qū)照明與室內(nèi)照明兩部分。公共區(qū)域照明主要包括走廊、車庫、公共衛(wèi)生間、樓梯間、電梯間等，利用EIB系統(tǒng)能夠?qū)⑦@類區(qū)域進(jìn)行集中控制管理，如定時控制、節(jié)能控制等。和傳統(tǒng)供電系統(tǒng)相比較，EIB系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁└鼮楸憬莸姆?wù)，更方便管理者根據(jù)建筑內(nèi)的具體照明情況進(jìn)行集中控制，設(shè)定所需燈具的實(shí)際數(shù)量、照明亮度與開關(guān)數(shù)量等，如此可有效避免無人區(qū)長時期亮燈而造成的能源消耗。對于室內(nèi)照明仍存在人走燈亮的問題，人們的節(jié)能意識并未養(yǎng)成。EIB系統(tǒng)恰好幫助工作人員解決這類情況的發(fā)生，該系統(tǒng)內(nèi)置節(jié)能感應(yīng)系統(tǒng)，能夠感知室內(nèi)是否有人存在，當(dāng)感應(yīng)回饋結(jié)果顯示無人時，照明系統(tǒng)會自動關(guān)閉，如此可有效達(dá)到節(jié)能減排的效果。

（四）EIB系統(tǒng)節(jié)能控制模式分析

與傳統(tǒng)控電系統(tǒng)相比較，EIB控電系統(tǒng)就有較強(qiáng)的靈活多變性，可集中控制、遠(yuǎn)程遙控控制、地面板控制與移動感應(yīng)控制等。而智能建筑較為常見且實(shí)用的控制方式為定時控制、移動感應(yīng)控制和集中控制等，下面這對這三類進(jìn)行詳細(xì)闡述。

定時控制，在智能建筑內(nèi)部，照明設(shè)備的類別十分多樣，且作用各不相同，EIB系統(tǒng)的定時控制可專門針對這類照明設(shè)備進(jìn)行節(jié)能，比如過節(jié)所用的彩燈、公共走廊等。

集中控制，智能建筑設(shè)計(jì)需考慮多方面的內(nèi)容，管理過程相當(dāng)繁瑣，因此，對其進(jìn)行集中管理是最具效率的管理模式，管理者僅需利用計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)即可對整棟建筑的照明情況進(jìn)行管理，同時，在EIB系統(tǒng)的液晶控制面板能夠?yàn)橛脩籼峁└忧逦姆?wù)，例如，每個房間的用電情況、單位用電時間、電氣回路開關(guān)次數(shù)、照明設(shè)備的損壞、電費(fèi)繳納情況等。目前較為常見的BA系統(tǒng)并不能實(shí)現(xiàn)對每一照明設(shè)備的控制，而EIB系統(tǒng)則有效彌補(bǔ)了這一缺陷，但從整體而言，兩者結(jié)合使用更具有效性。

移動感應(yīng)控制，移動感應(yīng)控制多用于解決室內(nèi)照明問題，這種控制方式可對室內(nèi)外的人員經(jīng)過情況進(jìn)行感知。同時，該系統(tǒng)還具有照明恒照度控制功能，根據(jù)感應(yīng)器決定是否需要開燈。

五、結(jié)語

在現(xiàn)代信息社會中，人們對建筑概念的認(rèn)識也在不斷改變，傳統(tǒng)建筑所系統(tǒng)的服務(wù)已經(jīng)嚴(yán)重滯后于社會發(fā)展與工作環(huán)境不斷變化的需求。智能建筑的出現(xiàn)，使得每幢小樓變?yōu)橐粋€濃縮的小社會，其內(nèi)部既能夠生活、居住，又能夠從事各種商業(yè)行為。因此，如何將節(jié)能思想融入智能建筑中，以實(shí)現(xiàn)社會的持續(xù)健康發(fā)展是我們當(dāng)前必須探討的話題。在本文中，筆者基于智能建筑中節(jié)能的基本內(nèi)容，圍繞EIB節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了分析，以期推動智能建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。

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