綠色建筑與BA系統(tǒng)

程大章, 沈 曄

(同濟(jì)大學(xué), 上海 200092)

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·照明技術(shù)·

綠色建筑與BA系統(tǒng)

程大章, 沈 曄

(同濟(jì)大學(xué), 上海 200092)

對(duì)綠色建筑與建筑設(shè)備監(jiān)控(BA)系統(tǒng)的關(guān)系進(jìn)行了研究,分析了BA系統(tǒng)對(duì)建筑節(jié)能的作用。提出通過公共建筑BA系統(tǒng)的再調(diào)試,建立建筑能源管理系統(tǒng)(BEMS)和建筑物故障預(yù)測與健康管理(B-PHM)功能,提升建筑物的能效。

綠色建筑; BA系統(tǒng); 建筑能源管理系統(tǒng); 建筑物故障預(yù)測與健康管理

程大章(1951—),男,教授,研究方向?yàn)橹悄芙ㄖ夹g(shù)及城市信息化技術(shù)。

0 引 言

建筑物在其生命期內(nèi)消耗了全球能源總量的40%,建筑垃圾占全球垃圾總量的40%。為改變這一狀況而興起的綠色建筑,能在生命期內(nèi)最大限度地保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材)和減少污染,為人們提供健康、適用和高效的使用空間。綠色建筑將環(huán)保技術(shù)、節(jié)能技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)滲入到人們的生活與工作中,用最新的理念和最先進(jìn)的技術(shù)去解決生態(tài)節(jié)能與居住舒適度的問題。其中,建筑設(shè)備監(jiān)控(Building Automation,BA)系統(tǒng)是解決建筑生態(tài)節(jié)能與居住舒適度的主要且重要的技術(shù)措施[1-2]。

1 綠色建筑相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)

為響應(yīng)國家提出的發(fā)展生態(tài)文明要求,新建建筑一律按綠色建筑設(shè)計(jì)建設(shè),既有建筑逐步改造為綠色建筑,通過地方立法在建設(shè)程序中實(shí)施綠色建筑。目前,江蘇、浙江等省已通過地方立法實(shí)行綠色建筑建設(shè)[3]。

1.1 綠色建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

我國已經(jīng)頒布并執(zhí)行的綠色建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 50378—2014《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50640—2010《建筑工程綠色施工評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ/T 229—2010《民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB/T 50878—2013《綠色工業(yè)建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50908—2013《綠色辦公建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 51100—2015《綠色商店建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 51153—2015《綠色醫(yī)院建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 51141—2015《既有建筑改造綠色評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 51148—2016《綠色博覽建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 51165—2016《綠色飯店建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、CSUS/GBC 04—2012《綠色超高層建筑評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則》、CSUS/GBC 04—2013《綠色校園評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》,在編和即將頒布的有《綠色鐵路客站評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、《綠色生態(tài)城區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、《綠色建筑運(yùn)行維護(hù)技術(shù)規(guī)范》等。

各地出臺(tái)了地方綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),按照建筑功能、區(qū)域特點(diǎn)形成的新標(biāo)準(zhǔn)也很多,這些反映出綠色建筑的理念已得到社會(huì)的認(rèn)同,綠色建筑技術(shù)成為工程建設(shè)的基本內(nèi)容。所有綠色標(biāo)準(zhǔn)都是GB/T 50378—2014的補(bǔ)充。

1.2 綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)中BA系統(tǒng)內(nèi)容解讀

綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、室內(nèi)環(huán)境、綠色施工和運(yùn)營管理。綠色建筑的建設(shè)目標(biāo)要依靠建筑物的運(yùn)營管理來保障,在運(yùn)營過程中得到體現(xiàn)。綠色建筑的建設(shè)質(zhì)量只能在建筑物的運(yùn)營管理過程中得到反映。

GB/T 50378—2014中與BA系統(tǒng)工程緊密相關(guān)的有以下幾條:

(1) 第5.1.3條規(guī)定:“冷熱源、輸配系統(tǒng)和照明等各部分能耗應(yīng)進(jìn)行獨(dú)立分項(xiàng)計(jì)量”。第10.1.5條規(guī)定:“供暖、通風(fēng)、空調(diào)、照明等設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)工作正常,且運(yùn)行記錄完整”。這兩條均為控制項(xiàng),相當(dāng)于強(qiáng)制性條款。

對(duì)冷熱源、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備必須進(jìn)行有效監(jiān)測,實(shí)時(shí)采集并記錄能耗數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài),按照設(shè)計(jì)的工藝要求進(jìn)行自動(dòng)控制。只有BA系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)下,建筑物才能實(shí)現(xiàn)高效管理和有效節(jié)能。面積小于2萬m2的公共建筑和10萬m2以下的住宅區(qū),可不設(shè)BA系統(tǒng),但應(yīng)有簡易的控制措施,如風(fēng)機(jī)/水泵的變頻控制、不聯(lián)網(wǎng)就地控制器、單回路反饋控制等。因此,需要審閱能耗分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)和BA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)文件、運(yùn)行分析報(bào)告,核對(duì)建筑設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)數(shù)是否與現(xiàn)場設(shè)備系統(tǒng)一致,以便節(jié)能控制策略得到實(shí)施。在BA系統(tǒng)的中央控制站上檢查主要耗能設(shè)備監(jiān)控的實(shí)時(shí)工作情況,審查BA系統(tǒng)運(yùn)行記錄的真實(shí)性和完整性。系統(tǒng)的運(yùn)行記錄和檢測數(shù)據(jù)應(yīng)保持1 a以上,允許有不超過1個(gè)月的自動(dòng)記錄中斷,但主要能耗數(shù)據(jù)應(yīng)在系統(tǒng)故障期實(shí)行人工記錄,并輸入系統(tǒng)。

(2) 第8.2.12條規(guī)定:“主要功能房間中人員密度較高且隨時(shí)間變化大的區(qū)域設(shè)置室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)”。第10.2.5條規(guī)定:“定期檢查、調(diào)試公共設(shè)施設(shè)備,并根據(jù)運(yùn)行檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化”。這兩條均為評(píng)分項(xiàng)。

保持建筑物與居住區(qū)的公共設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行正常,是保證綠色建筑實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)目標(biāo)的基礎(chǔ)。對(duì)室內(nèi)的污染物進(jìn)行檢測、分析、報(bào)警,并與通風(fēng)設(shè)備聯(lián)動(dòng),是綠色建筑BA系統(tǒng)的基本功能。物業(yè)管理機(jī)構(gòu)必須定期檢查、調(diào)試設(shè)備系統(tǒng),維持設(shè)計(jì)的性能指標(biāo);進(jìn)一步根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)或第三方檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備改造,不斷提升設(shè)備系統(tǒng)的性能,提高建筑物的能效管理水平。

《綠色建筑運(yùn)行維護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求,必須進(jìn)行綜合能效調(diào)適,使暖通空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電氣與控制系統(tǒng)、可再生能源系統(tǒng)、建筑室內(nèi)外環(huán)境、監(jiān)測與能源管理都處于良好的工作狀態(tài)。

2 公共建筑能耗和BA系統(tǒng)

2.1 公共建筑生命周期的建設(shè)和運(yùn)行成本分析

根據(jù)工程統(tǒng)計(jì),公共建筑的生命周期一般為60～70 a,建設(shè)和運(yùn)行的成本如圖1所示。

圖1 公共建筑建設(shè)和運(yùn)行成本

由圖1可見,公共建筑的能耗費(fèi)和設(shè)施更新費(fèi)占建筑整個(gè)生命周期成本的50%。如果實(shí)行有效的節(jié)能控制和預(yù)防性的設(shè)施維護(hù)管理,可以延長設(shè)備的正常使用期限,降低建筑物的運(yùn)營能耗。

2.2 建筑設(shè)備系統(tǒng)與負(fù)荷的不適配

在建筑設(shè)備工程設(shè)計(jì)時(shí),總考慮以最大的負(fù)荷、最不利的氣候等條件來選用設(shè)備。實(shí)際建筑物建成投用后,往往需要2～5年后才能達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的負(fù)荷量。因此,設(shè)備系統(tǒng)的供應(yīng)能力長期與實(shí)際負(fù)荷處于一種不匹配的狀態(tài),能源浪費(fèi)和低能效為常態(tài)。建筑物的功能在生命周期中常會(huì)改變,負(fù)荷因氣候與人流量是隨機(jī)過程,設(shè)備系統(tǒng)性能漸進(jìn)老化,故存在大量的低效問題。在建筑物生命周期中節(jié)能是一項(xiàng)持續(xù)的工作,是PDCA工作循環(huán)。建筑物節(jié)能的工作循環(huán)如圖2所示。

圖2 建筑物節(jié)能的工作循環(huán)

PDCA以人工智能驅(qū)動(dòng),使建筑物的運(yùn)營以螺旋式上升地向良性方向發(fā)展。需要強(qiáng)調(diào)的是,大型建筑物的綜合目標(biāo)Plan是由空間、結(jié)構(gòu)、設(shè)施、環(huán)境、服務(wù)質(zhì)量、經(jīng)營狀況、能源成本等構(gòu)成的多目標(biāo)矢量,其運(yùn)營Do、尋找的缺陷Check和調(diào)整對(duì)策Action都是由相關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)構(gòu)成的多維空間。在每一次循環(huán)中,總會(huì)發(fā)現(xiàn)各類情況和問題,故需要進(jìn)行優(yōu)化改善,不斷提升建筑物與設(shè)備系統(tǒng)的性能。通過運(yùn)營過程和運(yùn)營系統(tǒng)來提高綠色建筑的質(zhì)量,降低運(yùn)營成本和管理成本,節(jié)省建筑運(yùn)行中的各項(xiàng)消耗(資源和人力)。

2.3 公共建筑的節(jié)能減排空間

截止至2013年底,我國(城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村)既有建筑面積已達(dá)500億m2,公共建筑約占40%,即200億m2。按年單位面積耗電量100 kWh低估,則每年公共建筑耗電量高達(dá)2萬億kWh。如公共建筑降低10%的能耗,則相當(dāng)于3個(gè)三峽電站的發(fā)電量,可減少CO2排放16億t。

公共建筑依靠包括智能化監(jiān)控的主動(dòng)節(jié)能技術(shù),可以取得顯著的節(jié)能效果。

2.4 公共建筑中BA系統(tǒng)的功效

BA系統(tǒng)對(duì)建筑設(shè)備系統(tǒng)(變配電、照明、冷熱源、空調(diào)、給排水、交通等)和可再生能源系統(tǒng)(風(fēng)力、太陽能利用、地源等)的運(yùn)行進(jìn)行全面監(jiān)測與控制,使設(shè)施處于最佳運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)節(jié)能與管理。同時(shí),對(duì)中水與污水進(jìn)行處理、回用,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,在惡劣的工作條件下保證水資源的有效利用,把水資源的污染降低到最小。在BA系統(tǒng)的基礎(chǔ)上可以建立物業(yè)信息管理系統(tǒng),全面監(jiān)測能耗,對(duì)建筑運(yùn)行維護(hù)與管理等業(yè)務(wù)建立檔案及記錄,進(jìn)行常態(tài)管理與應(yīng)急指揮,有效應(yīng)用BA系統(tǒng),使綠色建筑和建筑節(jié)能用真實(shí)的數(shù)據(jù)反映實(shí)際效果。

根據(jù)工程實(shí)踐統(tǒng)計(jì),公共建筑在不改變圍護(hù)結(jié)構(gòu)和能源設(shè)備的情況下,僅對(duì)建筑設(shè)備系統(tǒng)實(shí)行有效監(jiān)控控制后,可降低能耗20%～30%。建筑物能耗與BA系統(tǒng)作用如圖3所示。

圖3 建筑物能耗與BA系統(tǒng)作用

圖3中,建筑設(shè)備沒有控制時(shí)的建筑能耗為100%,應(yīng)用BA系統(tǒng)實(shí)行有效的監(jiān)控后能減少30%的能耗,如果進(jìn)一步實(shí)行能耗分項(xiàng)計(jì)量,實(shí)現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)的優(yōu)化控制并進(jìn)行精細(xì)化管理,則還能減少25%的能耗。

3 公共建筑BA系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量

目前,大型公共建筑基本都建有BA系統(tǒng),投資多達(dá)上千萬元。在工程設(shè)計(jì)內(nèi)容和工程施工驗(yàn)收中均有BA系統(tǒng),但實(shí)際運(yùn)行中的BA系統(tǒng)情況卻很不理想。BA系統(tǒng)的工程質(zhì)量調(diào)研結(jié)果表明,約有50%的項(xiàng)目沒有投入使用,30%的項(xiàng)目部分在運(yùn)行使用,僅有20%的項(xiàng)目運(yùn)行情況良好。原因是多方面的,如設(shè)計(jì)缺陷、設(shè)備性能問題、低價(jià)惡意競爭、施工水平低等。雖然近年來因建筑節(jié)能和綠色建筑的政策和要求,情況有所改善,但大量的大型公共建筑BA系統(tǒng)運(yùn)行水平低下。

BA系統(tǒng)的有效運(yùn)行是有一定的技術(shù)和機(jī)制難度。調(diào)查60棟商業(yè)建筑的運(yùn)營情況后,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明:50%以上的建筑有控制問題;40%建筑的暖通空調(diào)設(shè)備存在問題;超過30%的建筑的空調(diào)傳感器無法正常測量;25%建筑的能源管理系統(tǒng)、節(jié)能裝置或變速驅(qū)動(dòng)裝置未正常運(yùn)行;甚至有15%建筑的BA系統(tǒng)專用設(shè)備失蹤。

上海市公共建筑耗電量統(tǒng)計(jì)分析如表1所示。

表1 上海市公共建筑耗電量統(tǒng)計(jì)分析

建筑類型樣本數(shù)量年單位面積耗電量/[kWh/(m2·a)]均值最小值最大值商務(wù)辦公樓334121.9737.32356.97賓館 69135.5653.10251.73商場 167167.6435.99445.36

由表1可見,同類型建筑的能耗差異很大,但是排除服務(wù)質(zhì)量等級(jí)之類的因素后,所得到的年單位面積耗電量則提供了一個(gè)基準(zhǔn),說明節(jié)能的空間很大。對(duì)于在同一氣候區(qū)的同類型公共建筑,能效的評(píng)價(jià)是單位面積的能耗,應(yīng)在平均值以下。由此可知,使大型公共建筑已有的BA系統(tǒng)功能激活,以較低的代價(jià)來實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能和提高管理效率極為重要。

4 公共建筑BA系統(tǒng)的再調(diào)試

4.1 再調(diào)試問題的提出

目前80%的既有公共建筑存在室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)不良、設(shè)備系統(tǒng)能耗高、一次建設(shè)缺陷、建筑功能變更、設(shè)備系統(tǒng)故障或老化等各種問題,而恢復(fù)與提升BA系統(tǒng)的功能則能有效改善這些狀況,因此提出了公共建筑BA系統(tǒng)的再調(diào)試。GB/T 50378—2014就體現(xiàn)了這樣的要求,LEED-EB的相關(guān)條文也提出了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的再調(diào)試。

在建筑物已經(jīng)投運(yùn)后,根據(jù)建筑物實(shí)際的使用功能和設(shè)備負(fù)荷,對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精確調(diào)整,在保證室內(nèi)空間舒適要求下實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。通過調(diào)試、記錄設(shè)施的功能,完全達(dá)到業(yè)主的需求設(shè)想,是一個(gè)綜合、系統(tǒng)的質(zhì)量控制過程。

4.2 再調(diào)試工作的前提

BA系統(tǒng)的再調(diào)試工作的前提如下:

(1) 建筑物的使用功能確定,入駐人員數(shù)量基本穩(wěn)定。

(2) 建筑設(shè)備和BA系統(tǒng)工程已投入使用1 a以上,至少有1 a運(yùn)行數(shù)據(jù)的積累。

(3) 建筑物能耗遠(yuǎn)高于當(dāng)?shù)赝愋徒ㄖ?/p>

如果這些前提不存在,BA系統(tǒng)的再調(diào)試工作將難以推進(jìn)或者毫無意義。

4.3 再調(diào)試工作的流程

BA系統(tǒng)再調(diào)試工作的流程如圖4所示。其中熟悉建筑的設(shè)計(jì)資料(建筑功能區(qū)、設(shè)備系統(tǒng)原理和布局、變更情況、竣工情況、控制工藝等)和了解建筑物運(yùn)行情況(功能、物業(yè)管理、設(shè)備系統(tǒng)的維護(hù)等)是基礎(chǔ)的準(zhǔn)備工作。

圖4 BA系統(tǒng)再調(diào)試工作的流程

對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,尋找可能導(dǎo)致異常情況的原因,但是必須通過現(xiàn)場檢查來驗(yàn)證造成異常情況的原因及結(jié)論的準(zhǔn)確性。

由于室內(nèi)的錯(cuò)誤裝修隔斷、機(jī)電設(shè)備安裝質(zhì)量問題和設(shè)備故障等都會(huì)影響已有BA系統(tǒng)的運(yùn)行,因此必須由裝修工程、機(jī)電安裝工程、設(shè)備提供商等相關(guān)方先行整改。同時(shí),還需要對(duì)BA系統(tǒng)的現(xiàn)場控制器進(jìn)行檢查,對(duì)各類傳感器進(jìn)行標(biāo)定,以使監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確反映現(xiàn)場的狀態(tài)。

需要特別指出的是綜合效能調(diào)適問題,對(duì)公共建筑的各個(gè)系統(tǒng)在調(diào)試、驗(yàn)收和季節(jié)性工況驗(yàn)證的整個(gè)體系過程進(jìn)行管理,查證設(shè)備的型號(hào)和性能參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求、設(shè)備和系統(tǒng)的安裝位置正確和安裝質(zhì)量符合規(guī)范,確認(rèn)設(shè)備和系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)符合設(shè)計(jì)使用要求,并能根據(jù)實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在綜合效能調(diào)適工作的基礎(chǔ)上,根據(jù)建筑物的負(fù)荷和設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)成,確定BA系統(tǒng)對(duì)各類設(shè)備系統(tǒng)的控制方法和節(jié)能控制策略,制定并實(shí)施調(diào)試方案,并投入運(yùn)行。通過運(yùn)行,得到設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)、效果(室內(nèi)環(huán)境、能源消耗等),分析、驗(yàn)證控制方法和控制策略的有效性。如仍有不足,則修改控制方法和節(jié)能控制策略,再實(shí)施調(diào)試,并分析投入運(yùn)行后的數(shù)據(jù)。

5 從BEMS走向智慧運(yùn)營

5.1 建筑能源管理系統(tǒng)

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的功能在近十年得到了很大提升,并增加了管理功能,稱為建筑管理系統(tǒng)(Building Management System,BMS)。目前,又把設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備管理、能耗監(jiān)測和能源管理的功能組合成一個(gè)系統(tǒng),稱為建筑能源管理系統(tǒng)(Building Energy Management System,BEMS)。BEMS功能如圖5所示。

圖5 BEMS功能

BEMS以能源管理和節(jié)能決策為目標(biāo),實(shí)時(shí)采集設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行信息與能耗相關(guān)的數(shù)據(jù),通過分析、控制和管理等手段,優(yōu)化用能和消除能源浪費(fèi),提高運(yùn)營管理的效率與服務(wù)質(zhì)量。BEMS以準(zhǔn)確的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、精確優(yōu)化的運(yùn)行控制、全局合理的管理調(diào)度和友好便捷的交互界面,達(dá)到設(shè)備的最優(yōu)運(yùn)行(能效最大化)、能量的最低消耗(能耗最小化)、管理的最高效率和成本的有效控制。

在BEMS的運(yùn)行中以能源成本最低為目標(biāo),實(shí)行能源的調(diào)度控制;也可以環(huán)境代價(jià)最低為目標(biāo),在成本的約束下實(shí)行能源的調(diào)度控制;甚至可以實(shí)行負(fù)荷響應(yīng),根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷態(tài)勢和電價(jià)調(diào)整信息,調(diào)控建筑物的用電負(fù)荷。

5.2 智慧運(yùn)營

大型公共建筑對(duì)于運(yùn)營的要求不斷提升,其基本目標(biāo)是安全、舒適、高效、綠色,功能目標(biāo)則為運(yùn)行管理、經(jīng)營管理和防災(zāi)管理,以達(dá)到智慧運(yùn)營。一棟建筑面積30萬m2以上的大型公共建筑,有30個(gè)以上的功能系統(tǒng),數(shù)萬個(gè)運(yùn)行信息發(fā)生點(diǎn),在平穩(wěn)運(yùn)行態(tài)下每分鐘至少產(chǎn)生5 000多條信息。如果實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理且保證服務(wù)質(zhì)量,人工難以應(yīng)對(duì),若再有突發(fā)事件,協(xié)調(diào)各相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行及采取最優(yōu)的應(yīng)急預(yù)案快速處置,更是一般人員不能完成的。

大型公共建筑的智慧運(yùn)營需要做到以下幾點(diǎn):

(1) 進(jìn)行空間管理。

(2) 設(shè)置消防報(bào)警、視頻監(jiān)控、通道控制系統(tǒng),進(jìn)行安全管理。

(3) 建立電梯、停車庫與標(biāo)識(shí)的監(jiān)控系統(tǒng),進(jìn)行交通管理。

(4) 設(shè)置照明、通風(fēng)、空調(diào)等的控制系統(tǒng)與環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng),實(shí)行環(huán)境管理。

(5) 設(shè)置建筑設(shè)施與能源的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),進(jìn)行設(shè)施管理。

(6) 建筑物設(shè)置商業(yè)管理系統(tǒng)和資產(chǎn)管理系統(tǒng),進(jìn)行經(jīng)營管理。

(7) 建立信息發(fā)布系統(tǒng)和自助查詢,為進(jìn)入建筑物的人員服務(wù)。

智慧運(yùn)營不單是技術(shù)問題,而是能運(yùn)用既有規(guī)則來調(diào)整、改變現(xiàn)存的事物,以獲得符合特定目標(biāo)結(jié)果的“執(zhí)行智慧”。信息化、智能化的技術(shù)都是實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)營的支撐手段,根據(jù)運(yùn)營的組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流程對(duì)運(yùn)營系統(tǒng)進(jìn)行頂層設(shè)計(jì),建立運(yùn)營的體制與機(jī)制,協(xié)調(diào)各類人員利益關(guān)系,承擔(dān)經(jīng)營和管理的責(zé)任。

大型公共建筑的BEMS集成管理眾多的智能化系統(tǒng),匯聚建筑物內(nèi)的歷史與實(shí)時(shí)、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)等信息,構(gòu)成大數(shù)據(jù)庫,共享信息資源和協(xié)同運(yùn)行。在建筑物各智能化系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上,可以利用BEMS數(shù)據(jù)庫進(jìn)一步進(jìn)行建筑物的健康管理。

建筑物健康管理的完整描述是建筑物故障預(yù)測與健康管理(Building Prognostic and Health Management,B-PHM),是對(duì)復(fù)雜裝備的全生命周期進(jìn)行故障預(yù)測、健康狀態(tài)評(píng)估和健康管理。B-PHM功能模塊如圖6所示。

圖6 B-PHM功能模塊

B-PHM針對(duì)空間、結(jié)構(gòu)、設(shè)施、環(huán)境、服務(wù)質(zhì)量、經(jīng)營狀況、能源成本等運(yùn)行狀態(tài),根據(jù)特定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行故障預(yù)測和健康診斷,除了判斷該專項(xiàng)為“健康”、“亞健康”、“病態(tài)”、“嚴(yán)重病態(tài)”外,還按照診斷結(jié)果給出對(duì)策建議。當(dāng)健康診斷專項(xiàng)具有自動(dòng)控制功能時(shí),立即反饋調(diào)整,采取相應(yīng)措施。

在物業(yè)管理業(yè)務(wù)中,維護(hù)工作量大,有效的維護(hù)需要“基于狀態(tài)的維修(Condition Based Maintenance,CBM)”的思路,把傳統(tǒng)的對(duì)故障、異常事件的被動(dòng)反應(yīng)(事后維修)、主動(dòng)預(yù)防(定期維修)模式,提升為事先預(yù)測(視情維修),達(dá)到維護(hù)規(guī)劃管理(健康管理決策)。

因此,大型公共建筑的BEMS增加了B-PHM功能,可以充分利用運(yùn)營的海量數(shù)據(jù),是實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)營、防范各類風(fēng)險(xiǎn)、提高運(yùn)營效率和服務(wù)質(zhì)量水平、保護(hù)環(huán)境與節(jié)約資源的重要途徑,通過能耗、水耗、材耗、環(huán)境、使用人的舒適度、成本等數(shù)據(jù),掌握建筑設(shè)施的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,調(diào)整設(shè)備參數(shù);根據(jù)數(shù)據(jù)積累的統(tǒng)計(jì)值,進(jìn)行比對(duì),找出設(shè)施的故障和資源消耗的異常,改進(jìn)運(yùn)行,提升建筑物的能效。

6 結(jié) 語

BA系統(tǒng)是BEMS的工作基礎(chǔ),其正常運(yùn)行可以有效監(jiān)控建筑設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。大型公共建筑的BA系統(tǒng)再調(diào)試,能夠節(jié)省建筑能耗20%～40%。在我國大力推行節(jié)能減排,建立建筑能耗定額的管理機(jī)制,扭轉(zhuǎn)大型公共建筑高能耗的情況下,BA系統(tǒng)的再調(diào)試是一項(xiàng)最有效的技術(shù)工作。

大型公共建筑的BEMS+B-PHM綜合應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)和系統(tǒng)工程方法,提升智能應(yīng)用水平,是今后智能建筑領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的方向。同時(shí),BEMS+B-PHM與智慧城市對(duì)接,實(shí)現(xiàn)技術(shù)和智慧相結(jié)合,更能使我國的智慧城市運(yùn)營獲得智慧基礎(chǔ),促進(jìn)社會(huì)、生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2015[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2015.

[2] 程大章.智能建筑樓宇自控系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[3] 程大章.智能建筑理論與工程實(shí)踐[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

Green Building and BA System

CHENG Dazhang, SHEN Ye

(Tongji University, Shanghai 200092, China)

This paper researched the relationship between green building and building automation(BA) system.The high value of BA system was analyzed in energy saving of building.It is pointed out that the building energy management system(BEMS) and the function of building prognostic and health management(B-PHM) are built by means of BA system debugging in public building,in order to improve the energy efficiency of builiding.

green building; building automation(BA) system; building energy management system(BEMS); building prognostic and health management(B-PHM)

TU 201.5

B

1674-8417(2016)09-0038-06

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.09.009

2016-05-25

沈 曄(1964—),男,教授,研究方向?yàn)榻ㄖ悄芑⑿@信息化。