建筑智能化與節(jié)能設(shè)計(jì)研究

陳毅聰

廈門柏事特信息科技有限公司

1 前言

建筑設(shè)計(jì)工作作為影響建筑質(zhì)量與建筑環(huán)保性的重要內(nèi)容，設(shè)計(jì)者若能采取有效措施進(jìn)行智能化與節(jié)能設(shè)計(jì)，有利于促進(jìn)建筑行業(yè)的興旺發(fā)展。我國現(xiàn)今建筑能耗大體上占據(jù)總能耗的34%左右，為了進(jìn)一步開創(chuàng)友好型社會格局，應(yīng)從建筑設(shè)計(jì)著手，利用節(jié)能與智能化手段，實(shí)現(xiàn)綠色建筑的建設(shè)，這樣一來，才能最大化降低建筑能源損耗，促使建筑物能在展現(xiàn)實(shí)用價(jià)值的同時(shí)貼合環(huán)保理念。

2 建筑智能化與節(jié)能設(shè)計(jì)目的

建筑智能化與節(jié)能設(shè)計(jì)是未來建筑行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。因此無論從工程管理還是系統(tǒng)安裝等方面都應(yīng)融入智能化思想。之所以要實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展，一是為了緊跟時(shí)代潮流；二是為了提高建筑物的信息化水平。從以往空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)安裝經(jīng)驗(yàn)可知：單純依靠人力對其進(jìn)行管控操作，很難獲得良好的成果，甚至極易造成較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，若能進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，充分借助智能技術(shù)與計(jì)算機(jī)設(shè)備，針對建筑中的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行信息一體化管理，既能增加建筑物的安全性，又能降低對生態(tài)環(huán)境的破壞。故而早在1980年我國就開始著力于智能化建筑設(shè)計(jì)，如臺北等地的智能大廈。而在智能化管理上則基于下述三個(gè)方面的原因。

其一，建筑工程往往較為復(fù)雜，且極易受人力因素影響而導(dǎo)致工期延誤，這就導(dǎo)致施工人員與技術(shù)人員都需要承擔(dān)較大的職責(zé)，一旦脫離智能化管理手段，不但會加劇工程管理負(fù)擔(dān)，而且還會致使工程內(nèi)容無法得到有效落實(shí)。

其二，建筑工程具備長久性特征，從工程開發(fā)、工程實(shí)施、驗(yàn)收竣工等部分，都需要不斷收集相關(guān)信息資源妥善處理工程建設(shè)問題。若能依靠智能技術(shù)對其實(shí)施智能分類，將獲得可靠的管理成果。

其三，工程項(xiàng)目中的每個(gè)人員都有著重要責(zé)任。在智能技術(shù)的協(xié)助下，可實(shí)現(xiàn)資源共享，加強(qiáng)各方溝通，便于他們快速明確自身定位。因此，智能化理念在建筑工程中有著一定現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

至于節(jié)能設(shè)計(jì)則是為了適應(yīng)新時(shí)代的環(huán)境變化，它的主要目的集中在以下兩點(diǎn)。

第一，打造良好的家居環(huán)境。我國建筑中的住宅建筑是為了滿足人們的居住需求。若能實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)，有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境，不但能夠?yàn)槿藗儬I造一個(gè)良好的生活氛圍，而且在室內(nèi)活動(dòng)中也能降低能耗，促使整體環(huán)境更加舒適安全。比如可依靠適宜的溫濕度以及太陽光、自然風(fēng)設(shè)計(jì)建筑，或秉承著“因地制宜”取材原則，由此實(shí)現(xiàn)人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展[1]。

第二，提高資源利用率。目前，在絕大多數(shù)建筑中，常采用燈光、機(jī)械風(fēng)為人們創(chuàng)造適合的生活條件，一方面，將增加能源損耗。另一方面，將無法實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用。好比煤炭資源，作為不可再生類能源，理應(yīng)由清潔能源代替，防止出現(xiàn)資源枯竭現(xiàn)象?；诖耍ㄖ悄芑c節(jié)能設(shè)計(jì)很有必要。

3 建筑智能化設(shè)計(jì)措施

3.1 智能安保系統(tǒng)

建筑智能化設(shè)計(jì)作為當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展的重要方向，應(yīng)從安保系統(tǒng)方面著手，打造智能化安保系統(tǒng)，由此既能增加建筑安全性，又能提高業(yè)主滿意度，使其在良好的監(jiān)管狀態(tài)下安心生活。所謂的智能安保系統(tǒng)實(shí)則是依靠現(xiàn)代化技術(shù)對安保系統(tǒng)功能加以完善，使其針對建筑出入口以及巡檢等管理環(huán)節(jié)實(shí)施智能防控。

好比在某建筑項(xiàng)目中，專門安裝了“窗磁報(bào)警器”、“門磁報(bào)警器”、“防盜傳感器”等裝置，并對其進(jìn)行智能化管控，一旦建筑物遭受侵襲，將在智能語音控制與安防控制系統(tǒng)操控下自行記錄侵入者信息，以便最大化保障建筑安全。因此，應(yīng)注重智能化安保系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果。

3.2 智能照明系統(tǒng)

在建筑智能化設(shè)計(jì)過程中，還可針對照明系統(tǒng)進(jìn)行改善。智能照明系統(tǒng)實(shí)際上是通過在多個(gè)地點(diǎn)安裝控制元件，由此確保在不同光照強(qiáng)度下智能調(diào)節(jié)照明等級，以便在充足的自然光照下能夠起到節(jié)能以及智能化管理作用。比如我國各園區(qū)中使用的“感應(yīng)燈”與“聲控?zé)簟笔侵悄苷彰飨到y(tǒng)的雛形。一方面，可在無人員走動(dòng)情況下自行關(guān)閉照明系統(tǒng)。另一方面，可在不影響視覺效果的前提下智能調(diào)整照明強(qiáng)度，防止長期閉合開關(guān)，縮短照明系統(tǒng)以及照明裝置的使用年限。

3.3 智能給排水系統(tǒng)

給排水系統(tǒng)也是建筑工程中電氣安裝環(huán)節(jié)的重要組成部分。因此，在實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)階段，也應(yīng)打造智能給排水系統(tǒng)，以便緩解我國水資源匱乏壓力。在給排水系統(tǒng)中可通過智能技術(shù)對水泵運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，便于隨時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，按照故障預(yù)警信息予以維修保養(yǎng)，這樣既能避免影響用戶用水體驗(yàn)，又能保證水源供應(yīng)的合理性。

一般而言，在給排水系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)部分，可利用“智能回收技術(shù)”對廢水進(jìn)行凈化處理，也可根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤炅窟M(jìn)行自然水源的循環(huán)利用。好比將建筑給排水管道與建筑內(nèi)部清潔區(qū)域或者綠化區(qū)域進(jìn)行連通，在凈化后可用于灌溉綠化林或沖洗馬桶等。同時(shí)，還可在建筑用水方面，對水源進(jìn)行合理分配，包括安裝水量智能檢測裝置，結(jié)合檢測結(jié)果智能化調(diào)整水流速度等，以便在幫助用戶節(jié)約水費(fèi)的基礎(chǔ)上，也能為我國水資源保護(hù)事業(yè)帶來重要助力。因此，智能給排水系統(tǒng)的應(yīng)用是未來給排水安裝工程的主要建設(shè)方向，值得引起建筑業(yè)內(nèi)人士的重視。

3.4 智能空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)是建筑設(shè)計(jì)中必不可少的一部分。尤其隨著人們生活水平的提高，人們開始追求高品質(zhì)生活。一般情況下，人體的適宜溫度控制在17℃到22℃之間，而夏季則為19℃～24℃。在空調(diào)系統(tǒng)的輔助下，能為人們營造一個(gè)適宜的溫度氛圍，由此增加其舒適度。然而絕大多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)都是由用戶自行調(diào)整溫度與運(yùn)行模式，這樣很容易增加能源損耗，如過多浪費(fèi)電能、自然風(fēng)利用率偏低等。因此，可利用智能空調(diào)系統(tǒng)，確保用戶在室內(nèi)體會到良好的溫濕度感受。比如在設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，可在其中安裝溫濕度感應(yīng)傳感器，通過檢測室內(nèi)條件智能化給出適宜的溫度，并密切監(jiān)測室內(nèi)CO2濃度，而且還可利用“智能監(jiān)測軟件”對空調(diào)系統(tǒng)的能耗率進(jìn)行計(jì)算，以便制定可靠的運(yùn)行方案。

比如在某建筑項(xiàng)目中，它主要采用的是“無功補(bǔ)償技術(shù)”與“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”，在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間控制制冷與制熱余量，并依靠人體對溫度的模糊感覺以及日常起居習(xí)慣智能設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)能源供應(yīng)模式，由此達(dá)到建筑物的最優(yōu)化智能設(shè)計(jì)效果。

4 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略

4.1 充分利用自然光源

據(jù)了解：若在建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)注重節(jié)能效果，一般可節(jié)約至少30%的能源損耗。因此，節(jié)能設(shè)計(jì)是決定建筑能耗量的關(guān)鍵因素。因此，在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在工程規(guī)劃階段善于利用自然光照特征，確保建筑本身能夠節(jié)省一定照明電能供應(yīng)量。比如在制定建筑項(xiàng)目施工方案時(shí)，設(shè)計(jì)人員可結(jié)合當(dāng)?shù)毓庹仗卣饕约帮L(fēng)向規(guī)律判斷建筑物所在位置的自然光源可利用率。一般位于南北向的建筑在夏季往往風(fēng)力較強(qiáng)，在冬季光照強(qiáng)度較大。因此，可在建筑設(shè)計(jì)期間注重建筑位置的規(guī)劃，以便幫助住戶削弱對燈具的依賴感。

此外，建筑結(jié)構(gòu)與建筑物的形狀也會影響自然光源的利用效果，如“花格式”與“曲式”形體建筑集熱性能良好。若建筑物自身散熱性較為明顯，還應(yīng)選用適合的外墻材料，如巖石、磚石等，由此確保建筑本身能最大化利用自然光源，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)保暖目的。另外，在節(jié)能設(shè)計(jì)中，還可對建筑屋頂進(jìn)行著重規(guī)劃，利用“屋頂綠植”、“鋪設(shè)太陽能集熱板”等方式獲得最佳的節(jié)能結(jié)果。

4.2 有效應(yīng)用清潔能源

之所以會出現(xiàn)較為嚴(yán)重地能源損耗現(xiàn)象，是因?yàn)樵谀茉词褂梅矫鎸τ谇鍧嵞茉吹睦寐嗜杂写岣摺拿禾磕茉撮_發(fā)趨勢來看：在2010 年，煤炭資源生產(chǎn)量達(dá)到了31.21 億噸，2016 年為34.6億噸，截止到2019年，煤炭能源生產(chǎn)量為39.7億噸。隨著煤炭資源生產(chǎn)總量的遞增，我國在建筑供暖能源的使用方面，應(yīng)擴(kuò)大清潔能源的應(yīng)用范圍，由此在環(huán)?；A(chǔ)上降低不可再生資源的損耗。我國清潔能源主要包含太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能等。

針對太陽能的利用現(xiàn)今已引起相關(guān)人員的重視，常采用“儲熱建筑”與“建立陽光房”的形式在利用太陽能的前提下避免建筑本身產(chǎn)生較大的能源損耗。因此，太陽能依舊是我國建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)的重要方向。

地?zé)崮芫唧w用于供暖系統(tǒng)中，如黑龍江位于寒冷地帶，當(dāng)?shù)氐慕ㄖ┡芷谡毡绕渌麉^(qū)域略長。對此，在2020年專門針對100萬平方米建筑進(jìn)行節(jié)能改造設(shè)計(jì)，并加大地?zé)崮茼?xiàng)目的開發(fā)力度，由此保證清潔能源能為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)帶來重要助力。只有保證清潔能源獲得廣泛地應(yīng)用空間，才有可能加快友好型、節(jié)能型社會的建設(shè)速度。

4.3 科學(xué)引進(jìn)高新技術(shù)

無論是建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)還是智能化設(shè)計(jì)，都應(yīng)當(dāng)緊跟上時(shí)代的潮流，科學(xué)引進(jìn)高新技術(shù)，由此確保建筑項(xiàng)目在實(shí)施期間能夠獲得便捷服務(wù)。常見的節(jié)能技術(shù)包括“外遮陽技術(shù)”、“集雨保水技術(shù)”、“外墻保溫技術(shù)”、“BIM 技術(shù)”等。其中前三種技術(shù)是指在施工期間針對門窗結(jié)構(gòu)、外墻體以及給排水設(shè)施進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，而BIM技術(shù)作為一種建模手段，可應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)與建筑規(guī)劃階段。好比在裝配式建筑中，可在BIM技術(shù)下建立“5D建筑模型”，之后可結(jié)合建筑模型判斷建筑結(jié)構(gòu)的安裝位置與組裝拼接方法，由此既能降低建筑施工返工率，又能避免建筑項(xiàng)目產(chǎn)生較大的材料損耗。此外，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用還可為建筑項(xiàng)目選擇適合的建筑結(jié)構(gòu)以及建筑材料。好比經(jīng)由BIM技術(shù)的分析，可對中空玻璃的洞口尺寸以及施工方向給出可行性建議，這樣可至少節(jié)省1∕3的能源損耗。因此，善于應(yīng)用高新節(jié)能技術(shù)也是促使建筑朝著智能化與節(jié)能方向發(fā)展的重要依托，故而值得推廣。

4.4 優(yōu)選綠色環(huán)保建材

我國早在十八屆五中全會中明確規(guī)定應(yīng)將節(jié)能材料應(yīng)用于建筑行業(yè)中。而在2018年，首次提出氣凝膠材料的應(yīng)用優(yōu)勢，而后作為新興建材利用在建筑項(xiàng)目中。氣凝膠材料一般使用年限可超過30年，故而具有較強(qiáng)的節(jié)能特征，且熱光學(xué)性能良好。因此，可將其應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中，以便達(dá)到最佳節(jié)能降耗目的。通常情況下，氣凝膠材料可用在下述三種建材中。

（1）節(jié)能玻璃，將氣凝膠材料注入玻璃中，不但能夠增強(qiáng)玻璃的阻燃性，而且還能在節(jié)能基礎(chǔ)上起到突出的隔熱作用。因此，在選擇建材時(shí)，可以此種玻璃建材為首選[2]。

（2）集熱器，在能源利用方面，若能增加太陽能的利用率，在集熱器中加入氣凝膠材料，可將集熱器裝置的集熱效率增加到原有集熱器的200%，由此降低熱損失。

（3）氣凝膠板材，添加過氣凝膠材料的板材，照比原有板材不但能減少62.9%的能耗，而且還可避免出現(xiàn)板材過厚，導(dǎo)熱性較差等問題，確保建筑物內(nèi)部具有良好的保溫性。所以，優(yōu)選節(jié)能建材是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要因素。

5 結(jié)論

綜上所述，我國作為資源需求量大，且能耗大的國家，在設(shè)計(jì)建筑項(xiàng)目時(shí)，若能滲透節(jié)能與智能化設(shè)計(jì)思想，將為我國建筑行業(yè)的發(fā)展帶來新的指引。因此，應(yīng)針對安保系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，并從利用自然光源、應(yīng)用清潔能源、引進(jìn)高新技術(shù)、優(yōu)選綠色建材等方面著手，由此保證我國建筑設(shè)計(jì)工作能夠取得更大進(jìn)步，進(jìn)而促進(jìn)建筑行業(yè)的綠色發(fā)展。