試論生態(tài)建筑元素在智能建筑中的應(yīng)用

孫 勇，許正佳

（皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院，安徽 六安 237010）

試論生態(tài)建筑元素在智能建筑中的應(yīng)用

孫 勇，許正佳

（皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院，安徽 六安 237010）

生態(tài)、節(jié)能與環(huán)保是我國智能建筑未來的發(fā)展方向.生態(tài)建筑元素在智能建筑中的應(yīng)用前，可以為未來智能建筑建設(shè)工作的優(yōu)化提供幫助.本文主要對(duì)從生態(tài)只能系統(tǒng)的相關(guān)概念入手，對(duì)生態(tài)元素在智能建筑中的應(yīng)用問題進(jìn)行了探究.

生態(tài)建筑元素；智能建筑；可持續(xù)發(fā)展

環(huán)境問題是人們?cè)诋?dāng)今社會(huì)所面對(duì)的一個(gè)重要問題.在人與自然之間的矛盾已經(jīng)給人類自身的安全和生存條件帶來嚴(yán)重威脅的情況下，可持續(xù)發(fā)展理念成了促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與自認(rèn)環(huán)境相互協(xié)調(diào)、共同發(fā)展的發(fā)展理念.生態(tài)建筑是現(xiàn)代建筑科技與生態(tài)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物.它可以在不損害生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的前提下，提高人們的生活質(zhì)量.生態(tài)建筑元素在智能建筑中的應(yīng)用，就是構(gòu)建生態(tài)建筑的重要措施.

1 生態(tài)智能系統(tǒng)的相關(guān)概念

生態(tài)建筑元素在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用是人們?cè)谏姝h(huán)境不斷惡化的時(shí)代的必然選擇.在對(duì)自然光和可再生能源進(jìn)行應(yīng)用的基礎(chǔ)上，生態(tài)智能系統(tǒng)可以對(duì)生態(tài)建筑元素進(jìn)行有效的監(jiān)控與管理.生態(tài)只能系統(tǒng)是利用智能化技術(shù)對(duì)生態(tài)元素進(jìn)行控制的系統(tǒng).生態(tài)智能系統(tǒng)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，可以讓相關(guān)的建筑設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)建筑的溫度、濕度、亮度和空氣質(zhì)量等因素進(jìn)行充分感知，進(jìn)而在借助預(yù)先設(shè)置的程序?qū)ο到y(tǒng)所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑物的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化.從我國建筑智能化的發(fā)展現(xiàn)狀來看，人們?cè)趯?duì)建筑領(lǐng)域中的生態(tài)元素進(jìn)行應(yīng)用的基礎(chǔ)上，也需要對(duì)生態(tài)建筑元素進(jìn)行有效的監(jiān)控與管理[1].生態(tài)智能系統(tǒng)的應(yīng)用，可以為生態(tài)建筑元素在智能建筑中的應(yīng)用提供一定的幫助.

2 生態(tài)建筑元素在智能建筑中的應(yīng)用措施

2.1 智能化遮陽系統(tǒng)的應(yīng)用

智能化遮陽系統(tǒng)主要由遮陽簾、感應(yīng)器、太陽能傳感器和控制系統(tǒng)等多種因素組成.它可以借助智能化技術(shù)對(duì)建筑遮陽板的角度進(jìn)行控制，也可以借助智能化技術(shù)對(duì)一些建筑物中應(yīng)用的遮陽簾進(jìn)行控制.這一系統(tǒng)用可以利用太陽光對(duì)建筑內(nèi)部的健康環(huán)境和舒適環(huán)境進(jìn)行協(xié)調(diào).從我國智能化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，設(shè)計(jì)人員可以借助以下方式將智能化遮陽系統(tǒng)應(yīng)用于智能建筑之中，第一是利用集成技術(shù)對(duì)原有的只能化遮陽系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，進(jìn)而讓該系統(tǒng)集成到智能建筑系統(tǒng)之中.第二是借助DDC監(jiān)控技術(shù)對(duì)智能化這樣系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一平臺(tái)化的監(jiān)控與管理.一般而言，智能化遮陽系統(tǒng)涉及到氣候測(cè)量、信息采集和電力系統(tǒng)的配置等多方面因素.氣候電機(jī)遮陽控制系統(tǒng)在智能化遮陽系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用.

在智能建筑系統(tǒng)之中，氣候傳感器發(fā)揮的是氣候狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)的作用.這一設(shè)備可以從不同的天氣情況入手，對(duì)智能化的遮陽系統(tǒng)進(jìn)行控制.如果風(fēng)力因素和降雨量已經(jīng)超過的設(shè)定值，智能系統(tǒng)會(huì)強(qiáng)制對(duì)遮陽簾進(jìn)行升控制.在室內(nèi)溫度升高以后，智能建筑控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)下降遮陽簾.在室內(nèi)溫度處于恒定狀態(tài)的情況下，智能建筑系統(tǒng)可以借助安裝在室內(nèi)工作區(qū)的太陽能傳感器，對(duì)遮陽簾的高度進(jìn)行控制，進(jìn)而在對(duì)強(qiáng)光和刺眼炫光進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上，為人們提供一種相對(duì)舒適的視覺環(huán)境.時(shí)間電機(jī)遮陽控制系統(tǒng)和氣候電機(jī)遮陽控制系統(tǒng)是智能建筑中常用的智能化系統(tǒng).前者可以借助時(shí)間控制器的作用，對(duì)太陽的升降過程進(jìn)行記錄，也可以在對(duì)太陽在不同季節(jié)的升落實(shí)踐進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上對(duì)遮陽板的角度和窗簾高度進(jìn)行控制.后者的控制器是一個(gè)裝置有太陽能傳感器、風(fēng)速傳感器和雨量傳感器等多種因素的氣候站系統(tǒng).應(yīng)用于智能建筑的氣候電機(jī)遮陽控制系統(tǒng)中涉及了太陽光的強(qiáng)弱程度、風(fēng)力情況等多重?cái)?shù)據(jù).人們也可以從本地區(qū)的實(shí)際情況入手，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行更換.

2.2 太陽能系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用

太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能光伏利用系統(tǒng)是智能建筑系統(tǒng)中常用的兩種太陽能系統(tǒng).下圖所示的內(nèi)容就是太陽能系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu).

圖1 太陽能熱水系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

從太陽能熱水系統(tǒng)的工作原理來看，這一系統(tǒng)中的集熱器會(huì)在太陽輻射下，將自身所吸收的太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⒗米匀谎h(huán)方式對(duì)蓄水箱中的水進(jìn)行加熱處理，在這一過程中，太陽能熱水系統(tǒng)也可以通過強(qiáng)迫循環(huán)的方式，將集熱器中的熱能傳遞到熱水箱中.為了讓用戶在陰雨天或光照強(qiáng)度較弱的情況下應(yīng)用這一系統(tǒng)，太陽能熱水系統(tǒng)之中還安裝了輔助加熱裝置.集熱器出口熱水的溫度、水泵和輔助加熱裝置是智能建筑建筑太陽能熱水系統(tǒng)的主要監(jiān)控內(nèi)容.上水泵、電動(dòng)閥門開關(guān)和供水泵是智能建筑系統(tǒng)的主要控制因素[2].

太陽能光伏利用系統(tǒng)可以將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?這一系統(tǒng)主要由太陽能光伏陣列、蓄電池和配電柜等器件組成.除此以外，系統(tǒng)中也包含有一臺(tái)用于發(fā)揮備用電源功能的柴油發(fā)電機(jī)組.但是在光伏利用系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，城市電網(wǎng)和柴油發(fā)電機(jī)組不能同時(shí)向供電線路供電.在智能建筑系統(tǒng)之中，光伏陣列、蓄電池組、功率變換器和柴油發(fā)電機(jī)組是智能建筑系統(tǒng)的主要監(jiān)控內(nèi)容，蓄電池的充、放電情況、逆變器的工作狀態(tài)和蓄電池的負(fù)載問題是智能建筑系統(tǒng)的主要控制內(nèi)容.以太陽能光伏利用系統(tǒng)中的功率變換器為例，這一設(shè)備主要由整流器和逆變器兩部分組成.在光伏利用系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中，整流器可以將柴油發(fā)電機(jī)組輸出的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?逆變器可以將蓄電池存儲(chǔ)的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)負(fù)載所需的交流電.在智能建筑投入使用以后，智能控制系統(tǒng)需要對(duì)功率交換器的輸入電壓、輸出電壓和電流與逆變器之間的功率因數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè).在蓄電池組的電壓變位最小電壓值的情況下，智能建筑系統(tǒng)可以在切斷直流配電柜輸出的基礎(chǔ)上，對(duì)蓄電池的過度放電問題進(jìn)行解決.在逆變器停止工作以后，系統(tǒng)的交流負(fù)載由城市電網(wǎng)完成供電.

2.3 地源熱泵系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用

地源熱泵系統(tǒng)主要以土壤、地層和地下水為熱源.下圖所示的內(nèi)容為地源熱泵系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成.

圖2 地緣熱泵機(jī)組結(jié)構(gòu)圖

從圖中所示的內(nèi)容來看，這一系統(tǒng)的基本構(gòu)件主要由壓縮機(jī)、埋地?fù)Q熱器、水泵、熱交換器等組件組成.這一系統(tǒng)的埋管可以布置在建筑小區(qū)的草坪和花園之中，也可以被應(yīng)用于土壤、湖泊、水池和地下水層之中.這一系統(tǒng)與建筑空調(diào)的冷熱源系統(tǒng)之間存在著一定的聯(lián)系.在冬季，這一系統(tǒng)可以借助電驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)和熱交換器的作用，以較高的溫度降大氣熱量釋放到室內(nèi)，夏季這一系統(tǒng)可以讓大地對(duì)室內(nèi)排出的多余熱量進(jìn)行有效吸收，因而這一系統(tǒng)可以讓建筑空調(diào)系統(tǒng)全年的能源利用效率得到有效的提升.在這一系統(tǒng)應(yīng)用于智能建筑以后，系統(tǒng)的地埋水管、地源熱泵系統(tǒng)是智能建筑系統(tǒng)的主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容.埋地?fù)Q熱器是將地埋管內(nèi)水的溫度與大地進(jìn)行熱交換的重要工具，智能建筑系統(tǒng)在地源熱泵系統(tǒng)的功能做過程中，可以對(duì)地埋管側(cè)水的溫度進(jìn)行有效監(jiān)測(cè).

2.4 中水系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用

中水系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用，可以讓建筑物的節(jié)水效率得到一定程度的提升.建筑領(lǐng)域所應(yīng)用的中水系統(tǒng)主要有以下幾種系統(tǒng)組成：一是中水原水系統(tǒng)；二是中水供水系統(tǒng)；三是中水處理系統(tǒng).獨(dú)立性中水系統(tǒng)是智能建筑中常用的中水系統(tǒng)，下圖所示的內(nèi)容就是獨(dú)立性中水系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成.

圖3 獨(dú)立型中水系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成

一般而言，獨(dú)立型中水系統(tǒng)可以主要以優(yōu)質(zhì)雜排水作為中水水源.在智能住宅監(jiān)控系統(tǒng)之中，系統(tǒng)主要對(duì)細(xì)柵格濾網(wǎng)、調(diào)節(jié)池和潛水泵進(jìn)行監(jiān)控.系統(tǒng)也可以借助調(diào)節(jié)池水位的高低，對(duì)潛水輸送泵進(jìn)行控制.在調(diào)節(jié)池處于低水位狀態(tài)的情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止?jié)撍斔捅玫倪\(yùn)行

2.5 雨水利用系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用

雨水利用系統(tǒng)是對(duì)與水資源進(jìn)行保護(hù)和利用的系統(tǒng).在這一系統(tǒng)對(duì)雨水進(jìn)行調(diào)蓄和凈化以后，人們可以對(duì)雨水進(jìn)行直接利用.在人們利用一些自然滲透措施讓雨水滲入地下以后，雨水利用系統(tǒng)也可以對(duì)地下水資源進(jìn)行有效補(bǔ)充.從雨水的使用用途來看，雨水利用系統(tǒng)主要由以下系統(tǒng)組成：一是雨水集蓄利用系統(tǒng)；二是雨水間接利用系統(tǒng)；三是雨水的綜合利用系統(tǒng).雨水集蓄利用系統(tǒng)可以對(duì)我國當(dāng)前水資源短缺的問題進(jìn)行有效解決，雨水間接利用系統(tǒng)可以在對(duì)地下水資源進(jìn)行補(bǔ)充的基礎(chǔ)上，對(duì)城市生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有效改善.建筑領(lǐng)域所應(yīng)用的雨水利用系統(tǒng)主要由初期棄流裝置、儲(chǔ)水池和壓力濾池等系統(tǒng)組成[3].在雨水利用系統(tǒng)應(yīng)用于智能建筑系統(tǒng)以后，系統(tǒng)可以對(duì)流入儲(chǔ)水池的水流狀態(tài)、儲(chǔ)水池液位的高低狀態(tài)和監(jiān)測(cè)泵的運(yùn)行狀態(tài)等問題進(jìn)行監(jiān)測(cè).在雨水利用系統(tǒng)的儲(chǔ)水池處于低水位狀態(tài)的情況下，智能建筑控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止提升泵的運(yùn)行，在雨水儲(chǔ)水池處于高水位狀態(tài)的情況下，系統(tǒng)會(huì)在第一時(shí)間啟動(dòng)提升泵.雨水消毒工作也是智能建筑系統(tǒng)所關(guān)注的重要因素.

3 結(jié)論

遮陽系統(tǒng)、太陽能系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)、中水系統(tǒng)和雨水利用系統(tǒng)是生態(tài)建筑元素的主要組成部分.生態(tài)建筑元素的合理應(yīng)用，可以讓智能建筑的生態(tài)效益得到有效的提升.

〔1〕艾密井.智能建筑材料在綠色生態(tài)節(jié)能建筑中的應(yīng)用[J].江西建材,2015（19）:278-279.

〔2〕智能跟蹤系統(tǒng)有效提升發(fā)電效率帷盛光伏建筑生態(tài)園實(shí)現(xiàn)光伏應(yīng)用多元化[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu),2015（10）:73.

〔3〕劉鵬.智能建筑材料在綠色生態(tài)節(jié)能建筑中的應(yīng)用[J].中國房地產(chǎn)業(yè),2015（08）:147.

TU855

A

1673-260X（2017）12-0073-02

2017-09-25

皖西學(xué)院校級(jí)青年項(xiàng)目(WXZR1506)