智能化技術在綠色建筑資源節(jié)約中的應用

楊宇豪，賀盈乾

（西南交通大學建筑學院，四川 成都 610031）

0 引言

我國近年來十分重視資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的建設。國家發(fā)改委發(fā)布的《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》提出我國到2025年要基本建立資源循環(huán)型產(chǎn)業(yè)體系、基本建成覆蓋全社會的資源循環(huán)利用體系等一系列目標。這些目標給建筑領域尤其是綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展提出了更高要求。

1 概述

1.1 綠色建筑智能化內(nèi)涵

建筑智能化是助推綠色建筑發(fā)展的持續(xù)動力。綠色建筑強調(diào)節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展，對促進人與環(huán)境和諧共生的具體指標有相應要求；智能建筑強調(diào)運用科技手段實現(xiàn)建筑的信息化、工業(yè)化、可視化、集成化，著眼點在于使用者舒適度與便捷性，強調(diào)“效率”。綠色建筑智能化是將二者優(yōu)點相結合，建筑不再單純著眼于環(huán)境友好或管理控制，而是運用智能化手段解決建筑的生態(tài)可持續(xù)問題。

1.2 綠色建筑與資源節(jié)約

綠色建筑在材料使用、能源消耗、環(huán)境影響等方面有著詳細要求，因此成為建筑領域建設資源節(jié)約型社會的重要組成部分。

在GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標準》（以下簡稱《標準》）發(fā)布之前，節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材，簡稱“四節(jié)”）和保護環(huán)境是綠色建筑評價體系中的核心內(nèi)容，由此可見節(jié)約資源之于綠色建筑的重要性。由于國家對綠色環(huán)保的高度重視以及新的時代背景，《標準》在原有基礎上對整個綠建評價體系進行了重新建構，以適應綠色建筑新的發(fā)展階段和發(fā)展目標?！稑藴省穼⒃械摹八墓?jié)一環(huán)?！蓖卣篂椤鞍踩途谩薄敖】凳孢m”“生活便利”“資源節(jié)約”和“環(huán)境宜居”5大指標，覆蓋建筑的綠色、安全、健康等多方面性能?！稑藴省分小百Y源節(jié)約”章節(jié)總分值為200分，在所有章節(jié)中排名第一。該章節(jié)從節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材4個方面進行了全面要求，細則規(guī)定也較之前版本有了完善補充，可見資源節(jié)約之于綠色建筑的重要性。

1.3 我國綠色建筑智能化現(xiàn)狀

1.3.1 對智能化的要求逐漸完善

相較于GB/T 50378—2014《綠色建筑評價標準》在“運營管理”章節(jié)“技術管理”部分對智能化作出的規(guī)定，如“智能化系統(tǒng)工作正常，符合設計要求”等，只有寥寥數(shù)語且極為籠統(tǒng)寬泛，調(diào)整后的《標準》在“生活便利”章節(jié)中單獨設立“智慧運行”部分，對智能化標準有了詳細規(guī)定。其中包含用能自動遠傳計量系統(tǒng)、空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)、用水遠傳計量系統(tǒng)、管網(wǎng)漏水自動檢測、水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)、智能化服務系統(tǒng)（包括家電控制、照明控制、安全報警、遠程監(jiān)控、接入智慧城市等），幾乎涵蓋建筑的方方面面。

1.3.2 智能化要求缺乏強制性

JGJ/T 229—2010《民用建筑綠色設計規(guī)范》在“建筑電氣”章節(jié)中對智能化進行了少量規(guī)定，如“公共建筑宜設置建筑設備能源管理系統(tǒng)，并宜具有對主要設備進行能耗監(jiān)測、統(tǒng)計、分析和管理的功能”等，并且只是采用“宜”“可”這樣的表示，沒有強制性的程度用詞，可見我國綠色建筑智能化尚處于提倡與普及階段，暫不具備強制執(zhí)行性。

1.3.3 智能化技術在我國部分綠色建筑中得到應用

當前我國已有部分地區(qū)綠色建筑實現(xiàn)智能化管理，如杭州綠色建筑科技館（設計評價標識三星）、深圳建科大樓（設計評價標識三星）、臺北市立圖書館北投分館（臺灣首座綠建圖書館）等。

杭州綠色建筑科技館曾因其運用了眾多先進節(jié)能技術，被稱為中國“最綠建筑”。其全年能耗量只有相同類型建筑的1/4，引領了中國建筑節(jié)能新技術的創(chuàng)新與發(fā)展。為了滿足日?？蒲修k公、綠色展示等綜合需求，在節(jié)能技術運用上，項目設計團隊始終貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，集成采用了當今最先進的智能節(jié)能技術系統(tǒng)，其中包括由英國德·蒙特福特大學專家團隊設計的主動及被動式通風系統(tǒng)、輸送能耗極低的地源熱泵系統(tǒng)、智能化外遮陽、通風百葉系統(tǒng)（見圖1）、以索樂圖日光照明技術為支撐的綠色照明系統(tǒng)、屋頂風光互補發(fā)電系統(tǒng)、相較普通電梯節(jié)能達70%的再生電梯系統(tǒng)、雨水收集系統(tǒng)及樓宇自控系統(tǒng)等。

圖1 智能化機翼型外遮陽百葉

2 綠色建筑資源節(jié)約中智能化技術的應用

2.1 智能化技術與節(jié)地

2.1.1 室外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

室外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)利用傳感技術和通信設備，可以監(jiān)測揚塵、PM2.5、PM10、噪聲、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、風速風向等各項室外環(huán)境數(shù)據(jù)。管理員可以通過任意聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)的設備，登錄云平臺，實現(xiàn)室外環(huán)境的智慧化管理。系統(tǒng)具有遠程監(jiān)測功能，可實現(xiàn)現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，同時系統(tǒng)嵌入了智能報警系統(tǒng)模塊，為用戶提供準確、及時和科學的預警、報警提醒，從而極大程度上降低管理難度，并對整個系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)進行智能分析，獲取高效準確的信息支撐。

在綠色建筑施工階段，施工人員可運用該系統(tǒng)及時掌握工地與建筑的周邊環(huán)境現(xiàn)狀、可視化的天氣變化情況，從而對施工做出動態(tài)、精準、科學的決策，避免人力、物力資源浪費。

2.1.2 停車場管理系統(tǒng)

合理高效的停車場管理能成為建筑節(jié)地的助推器。隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，智能終端技術的快速提高，傳統(tǒng)停車場管理系統(tǒng)無法滿足市場需求，而智能停車場管理系統(tǒng)搭載物聯(lián)網(wǎng)技術，使用用戶智能終端，其建造周期短、成本低，能快速滿足市場需求，因此有著廣闊的發(fā)展前景。

整個系統(tǒng)由停車場多個節(jié)點安裝的成套設備組成，包括入口設備、出口設備、收銀管理設備、圖像對比設備和車庫指示設備。入口和出口設備以智能化識別、無人值守的方式控制固定住戶和臨時訪客的車輛進出；收銀管理設備負責發(fā)放月卡及臨時停車卡和生成移動端支付二維碼等；圖像對比設備能準確識別車牌，并將每輛車的進出圖像實時顯示在管理屏幕上。車庫指示系統(tǒng)可以在車場出入口位置動態(tài)實時顯示各區(qū)或各層的車位使用情況，并對車輛進行預測性指示。

2.2 智能化技術與節(jié)能

2.2.1 空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)

當前，綠色建筑多以大型樓棟為主，空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)是樓宇自動化管理的一部分。智能建筑空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的核心手段是自控，自控需要由一套整體的控制系統(tǒng)實現(xiàn)，包括空調(diào)機組控制、新風機組控制、變風量末端（VAV）控制等。這一系列自控設備能智能化地完成溫度、濕度、風力調(diào)節(jié)，并且以低能耗維持整套系統(tǒng)運行，達到功能與經(jīng)濟效益的最大化平衡。

空調(diào)節(jié)能對于家用、公共建筑使用、廠房使用的情況各不相同，但相同的是智能空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)必然是基于空調(diào)的日常使用數(shù)據(jù)進行自動分析，并實現(xiàn)相應模式變化。

2.2.2 綠色照明控制系統(tǒng)

照明設備作為建筑電氣中的基礎設備在建筑耗電中占比巨大。智能照明控制系統(tǒng)主要包括智能照明模塊（開關模塊、調(diào)光模塊）、光亮照度傳感器、人體檢測傳感器、遙控接收器、通信網(wǎng)絡、接口網(wǎng)關、管理控制終端等，不但可以遠程控制控制照明模式與照明區(qū)域，同時可對單體照明設備進行個性化調(diào)節(jié)，精準把控照明需求，不浪費照明資源。該系統(tǒng)在保證基本照明要求的同時，可以達到降低照明設備安裝密度的目的，直接實現(xiàn)自動延時控制和感應自動控制，從而實現(xiàn)低能耗及節(jié)能目標。

智能化照明控制系統(tǒng)具有集成化、智能化、網(wǎng)絡化的特點，它集計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、自動控制技術、微電子技術、數(shù)據(jù)庫技術和系統(tǒng)集成技術于一體，除自動感應調(diào)節(jié)外，還可與智能手機、手表、平板等移動設備相匹配，適應并融入日常生活。

2.2.3 太陽能集熱系統(tǒng)

太陽能集熱系統(tǒng)的工作原理是將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。系統(tǒng)通過太陽能集熱器加熱水循環(huán)并儲存在保溫水箱中，通過智能化設備將熱水運輸?shù)阶艏抑?。傳統(tǒng)的太陽能集熱器主要有兩種：平板型太陽能集熱器和真空管型太陽能集熱器，前者多于工廠、醫(yī)院、酒店等大型場地，后者在小體量建筑中較常見。近幾年出現(xiàn)了一種新型太陽能空氣集熱系統(tǒng)——太陽能空氣集熱系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)的水集熱模式，其結構簡單，便于安裝，受極端天氣影響較小，可作為超低能耗居住建筑的有效輔助能源。

2.2.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)指利用半導體器件的光伏效應原理，直接實現(xiàn)太陽能光電轉(zhuǎn)換的新型能源系統(tǒng)。在建筑領域通常采用屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，其僅依靠太陽能作為發(fā)電“原料”且無噪聲無排放，具有極高的清潔環(huán)保性，近年來我國對光伏行業(yè)的扶持和推廣力度巨大。

該系統(tǒng)為組件，可快速安裝，主要為場地內(nèi)的路燈、園林燈提供電能。太陽能光伏發(fā)電可與建筑單體相結合，依靠建筑外圍護結構（如坡屋頂向陽面、幕墻）直接產(chǎn)生電能，為建筑輸電，這種體系被稱為光伏建筑一體化。

2.2.5 能耗監(jiān)測系統(tǒng)

智能樓宇能耗監(jiān)測系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)、云計算、BIM（建筑信息模型）技術和IOT（物聯(lián)網(wǎng)）技術，基于統(tǒng)一的平臺，為綠色建筑提供實時、有效的能耗（耗電量、耗水量、耗氣量、集中供熱耗熱量、集中供冷耗冷量等）數(shù)據(jù)，并與城市綜合管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)對建筑進行能耗數(shù)據(jù)采集、分析，處理，在降低維護和運營成本同時提高樓宇的舒適度及生產(chǎn)生活效率，使用人工智能組織創(chuàng)建安全高效的建筑場所。

2.3 智能化與節(jié)水

2.3.1 供水排水控制系統(tǒng)

供水排水控制系統(tǒng)可基于地理信息可視化場景實現(xiàn)多站點位置分布管理，結合視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析進行資源統(tǒng)籌規(guī)劃。具體到建筑內(nèi)部，系統(tǒng)平臺能實時監(jiān)測設備的運行狀況和能耗水平，并以曲線圖、柱狀圖或自定義報表的形式展現(xiàn)出來，使運維人員既可及時掌握用水情況，又能科學決策。供水排水監(jiān)測的形式包括攝像頭實時監(jiān)控、感應器感應監(jiān)控報警、智能化數(shù)據(jù)監(jiān)控等。

2.3.2 管網(wǎng)漏損管理系統(tǒng)

管網(wǎng)漏損管理系統(tǒng)包括水量平衡分析系統(tǒng)、DMA（獨立計量區(qū)域）分區(qū)計量系統(tǒng)、壓力管理系統(tǒng)及漏損在線監(jiān)測系統(tǒng)等。該系統(tǒng)能結合大數(shù)據(jù)自動在線分析小區(qū)或樓棟某一時段內(nèi)的供水、用水和漏水量，與人工預先設置的指標閾值相比較生成系統(tǒng)的供水平衡模型，為用戶提供一系列人性化、可行的漏損解決方案。在發(fā)現(xiàn)異常時，系統(tǒng)會自動進行報警處理，同時不斷監(jiān)測獨立計量區(qū)域中的水壓、流量等數(shù)據(jù)變化情況，謹防出現(xiàn)爆管事件。最后，系統(tǒng)會智能化根據(jù)預案自動控制閥門、水壓、流量等，第一時間啟動故障排查機制。

2.4 智能化與節(jié)材

考慮到建筑施工過程的復雜性，智能化施工系統(tǒng)通常是一系列相關系統(tǒng)的合集，包括施工監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、智能供電系統(tǒng)、建筑材料管理系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)等。建筑材料的支出在建筑工程總支出中占比較大，運用智能化手段可有效降低建筑材耗，掌握施工中建材的動態(tài)變化，將資源節(jié)約從建筑施工階段做起。

3 結語

當前，我國建筑能耗占社會總能耗的比例約為30%，建筑領域推動資源節(jié)約勢在必行。智能化與綠色建筑是建筑領域突破桎梏、不斷進步的必由之路，二者有機結合更體現(xiàn)了辯證、發(fā)展的設計觀。我國智能化技術在綠色建筑資源節(jié)約中的利用比例正逐年增多，相信隨著建筑科技的發(fā)展會繼續(xù)增加，為建成全社會的資源循環(huán)利用體系貢獻力量。