綠色建筑智能控制系統(tǒng)

王少華

【摘 要】伴隨著信息化和城鎮(zhèn)化步伐的加快，新興的建筑也在逐漸取代傳統(tǒng)建筑。在當(dāng)前信息化全面到來的時代背景下，以“綠色”為理念，“智能”為手段，綠色建筑成為當(dāng)今世界建筑的新“趨勢”。在綠色建筑中，以通信技術(shù)、控制原理和建筑知識等相結(jié)合，作為智能控制系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)我們對室內(nèi)環(huán)境、家用電器等進(jìn)行智能檢測與操控。根據(jù)我們的生活實際，選擇合理的控制系統(tǒng)中硬件設(shè)備的布局方案，包括傳感器的布局、以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分布，采用太陽能光伏系統(tǒng)供電和交流電源混合模式，利用感應(yīng)器以及傳感器，確保信息收集全面、數(shù)據(jù)傳輸途徑最優(yōu)、控制策略有效。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑;智能控制;最優(yōu)策略

中圖分類號： TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）34-0117-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.34.052

0 引言

伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全球經(jīng)濟(jì)得到了快速的進(jìn)步、科技也有了很大的成果，但是有很多全球環(huán)境問題仍然得不到有效的控制。所以，如何使資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)三者友好和諧的發(fā)展就成了當(dāng)今世界急需解決的問題，加快了各個國家攜手發(fā)展綠色可持續(xù)發(fā)展的步伐。建筑方面的產(chǎn)業(yè)對我國的社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展有著非常大的貢獻(xiàn)，在做出貢獻(xiàn)的同時，也消耗了大量的能源，成為我國最耗能源的產(chǎn)業(yè)之一。目前，我國大部分的新建建筑都有高能耗的特征，而且已存建筑中綠色建筑覆蓋面積小，建筑能源的有效利用率比較低，造成浪費比較大，除此之外，據(jù)新的統(tǒng)計年鑒統(tǒng)計顯示我國建筑能源的消耗總量從2010到2013年一直在上升，其占全國能源消耗總量比重也在不斷上升。建筑產(chǎn)業(yè)在很大程度上促進(jìn)了我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的，與此同時，建筑業(yè)也需要有一些轉(zhuǎn)型發(fā)展與改革創(chuàng)新，使我國的建筑產(chǎn)業(yè)向著低能耗、綠色化、低碳化的方向發(fā)展。

1 綠色建筑在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

作為世界上最大的發(fā)展中國家，中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也對環(huán)境產(chǎn)生了不可逆轉(zhuǎn)的影響，特別長一段時間以來，我國的經(jīng)濟(jì)一直以高耗能、高損耗、高成本、低壽命、低利用的粗獷型模式發(fā)展。如今以環(huán)境污染為代價的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式已然不適合當(dāng)今世界發(fā)展的趨勢，也與我國當(dāng)前的發(fā)展方向不相符。因此，為了盡快改變當(dāng)前建筑業(yè)的現(xiàn)狀，盡早實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)的低碳化、生態(tài)化，我們必須做到（1）要以特別快的行動去規(guī)范建筑業(yè)的綠色發(fā)展;（2）增加環(huán)保建筑的覆蓋規(guī)模;（3）創(chuàng)建長期并且有效的綠色建筑產(chǎn)業(yè)。綠色建筑智能控制系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)是適應(yīng)時代發(fā)展的產(chǎn)物，可以利用當(dāng)下發(fā)展成熟的技術(shù)，自動準(zhǔn)確的調(diào)整建筑物內(nèi)的各項指標(biāo)，調(diào)節(jié)快速準(zhǔn)確高效，成本低，做到經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的同時，還不耽誤我們保護(hù)我們的生存環(huán)境。

綠色建筑的概念最先是由歐美等國的一些專家提出的，由于20世紀(jì)六十年代末，西方國家的經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展后，建筑行業(yè)的能源耗損問題也相伴而生。而當(dāng)時的綠色建筑主要有以下特征：（1）資源低消耗;（2）符合所在地環(huán)境要求;（3）用可循環(huán)的材料進(jìn)行建造。智能建筑的概念起源最早的應(yīng)該是美國，這個概念是在第三次科技革命后的產(chǎn)物，它是在計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展相對成熟后被提出的。隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，許多國家開始實行低碳排放和貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略?，F(xiàn)在存在的可信度比較高，而且使用范圍廣，評價結(jié)果比較容易被大眾所接受的是美國的《綠色建筑評估體系》，就是我們常見的LEED體系，相比于在綠色智能建筑的研究方面，我國在該領(lǐng)域的研究時間較短，但是由于現(xiàn)在能源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面的問題日益突出，我國政府對這方面的研究極其重視，為了推動綠色智能建筑的發(fā)展，我國政府不僅向全國呼吁綠色節(jié)能的發(fā)展模式，更是頒布了一些相關(guān)政策來扶持綠色智能建筑的發(fā)展。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

綠色建筑智能控制系統(tǒng)的設(shè)計，最終的目的是滿足用戶在綠色建筑中對生活及工作等方面的需求。所以我們在設(shè)計過程中，需要考慮到用戶對于室內(nèi)環(huán)境的需求、對家用電器的控制、以及其他需求，運用移動互聯(lián)網(wǎng)嵌入式平臺以及傳感器等技術(shù)，在設(shè)計中我們采用模塊化的結(jié)構(gòu)方式，把整個建筑上的控制系統(tǒng)按照各個部分所控制的功能的不同，分成若好幾個子模塊，讓各部分之間減少相互之間的耦合，增加各模塊之間的內(nèi)聚程度，給用戶帶來更滿意的體驗。在設(shè)計過程中，設(shè)計原則：從上到下;而開發(fā)原原則：從下到上?？尚哦茸罡?、適用度最廣、評價結(jié)果比較容易被人們接受的設(shè)計綠色建筑的智能控制系統(tǒng)。

2.1 中央控制子系統(tǒng)

在整個綠色建筑智能控制系統(tǒng)中，相比之下最核心的部分應(yīng)該就是中央控制子系統(tǒng)了，這個子系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理別的模塊收集的各種信息，從而控制節(jié)點的開閉，在使用過程中，還需要不斷學(xué)習(xí)用戶的行為習(xí)慣，然后完成對整個系統(tǒng)的調(diào)度和控制。

2.2 室內(nèi)環(huán)境子系統(tǒng)

在室內(nèi)環(huán)境子系統(tǒng)中，我們打算在地上鋪設(shè)蓄熱盤管來達(dá)到對室內(nèi)溫度的控制目的，這種方法最大的優(yōu)點就是綠色、環(huán)保、節(jié)能。當(dāng)我們需要調(diào)高室內(nèi)溫度的時候，系統(tǒng)的工作方式可以分為以下四種：

（1）當(dāng)水箱的溫度、水位高低都合適時：需要運行電磁閥V3同時打開水暖循環(huán)系統(tǒng)P2，利用水泵的壓力將暖水流抽到蓄熱盤管中，在此期間對進(jìn)水口的溫度和水流量進(jìn)行觀察并記錄有效數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度達(dá)到我們的要求后，就可以關(guān)閉電磁閥，結(jié)束升溫過程。

（2）水位不夠：在此情況下，需先打開電磁閥給蓄水箱注水，順便記錄累計用水量，蓄水過程直到滿足系統(tǒng)要求為止，接著關(guān)閉電磁閥V1，開啟升溫過程。

（3）水位合適，溫度較低：就得打開V2和太陽能集熱循環(huán)泵P1，在這個過程中，導(dǎo)入蓄水箱的水要先流經(jīng)太陽能進(jìn)行加熱，這個時候我們還需記錄下太陽能集熱器入口處的溫度T1、流量F1以及循環(huán)后的溫度T5和流量T5。

（4）日照條件差：當(dāng)天氣條件不好時，太陽能不能提供我們所需的溫度，這時就需要用電來啟動電加熱器，等蓄水箱內(nèi)水溫升高到合適的溫度再開始升溫。

當(dāng)我們需要降低室內(nèi)溫度時，系統(tǒng)分為以下三種方式進(jìn)行工作：

（1）溫度合適，水量足夠：抽冷水到盤管內(nèi)，記錄盤管進(jìn)出水口的溫度，流量，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到用戶要求時，關(guān)閉電磁閥，停止降溫。

（2）初始水位比較低：需打開電磁閥引自來水到蓄水箱中，記錄水箱累計用水的水量，到水量滿足用戶的要求為止，接著關(guān)閉電磁閥V1，用冷水進(jìn)行降溫。

（3）蓄水液位合適，溫度較高：關(guān)閉電加熱器，待降到合適溫度時，再開始降溫過程。

由上述內(nèi)容可以看出，我們升降溫過程的關(guān)鍵是電磁閥和水泵的配合，通過這一方法，可實現(xiàn)綠色建筑智能控制系統(tǒng)中對溫度的要求，除此之外，還可節(jié)約能源，減少建筑排放量。

2.3 硬件部分設(shè)計

室內(nèi)環(huán)境子系統(tǒng)的主要任務(wù)就是采集室內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度還有采集光照度，然后根據(jù)設(shè)定的閾值對相關(guān)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行控制。室內(nèi)空氣溫濕度采集使用了上海羽聲智能科技有限公司生產(chǎn)的YS8116B型的數(shù)字溫濕度傳感器。該傳感器為RS485總線式溫濕度傳感器，通過使用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus-RTU通信協(xié)議達(dá)到多點同時監(jiān)測的目的，還有組網(wǎng)并遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)的功能，并且具有以下特點：（1）測量范圍寬;（2）精度高;（3）線性度好;（4）防護(hù)性能好;（5）安裝比較方便等特點。此傳感器的主要參數(shù)為：溫度量程：-40～120℃，測溫精度：±0.5℃，分辨率達(dá)到了0.1℃;濕度量程為0～100%RH，精度為±2%RH，分辨率為0.1%RH。這個傳感器采用單總線數(shù)據(jù)傳輸模式，其接口電路如圖1所示。

3 結(jié)束語

針對國內(nèi)綠色建筑智能控制系統(tǒng)與發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距的現(xiàn)狀，對綠色建筑智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計。通過設(shè)計使綠色建筑智能控制系統(tǒng)能夠較好地滿足用戶的需求，還在很大程度上保護(hù)了環(huán)境，更重要的是響應(yīng)了國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，讓可持續(xù)發(fā)展不僅要處于意識形態(tài)層面，還要適用于生活實踐。通過將綠色建筑和智能控制相結(jié)合，使未來的建筑變得更加高級，更人性化，更接近人們的實際生活，最主要的還是要使人們的生活更加方便。實現(xiàn)綠色建筑的智能控制還有很長的路要走，我們應(yīng)該更加努力，為可持續(xù)發(fā)展以及節(jié)能減排做出自己的一份貢獻(xiàn)。

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