智能化技術(shù)在綠色建筑中的集成與優(yōu)化

1引言

在全球氣候變化和能源危機(jī)背景下，建筑業(yè)作為能源消耗大戶面臨巨大轉(zhuǎn)型壓力。綠色建筑通過(guò)采用先進(jìn)技術(shù)和管理方法，旨在減少建筑對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，同時(shí)為使用者創(chuàng)造健康舒適的環(huán)境。然而，如何有效集成和優(yōu)化各種智能化技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)綠色建筑的高效運(yùn)行，仍是一個(gè)值得深入研究的課題。本研究以申菱環(huán)境第三制造基地為例，探討智能化技術(shù)在綠色建筑中的集成應(yīng)用及優(yōu)化策略，旨在為綠色建筑的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)提供有價(jià)值的參考，推動(dòng)建筑業(yè)向更可持續(xù)方向發(fā)展。

2項(xiàng)目概況

廣東申菱環(huán)境系統(tǒng)股份有限公司的第三制造基地位于佛山市順德區(qū)香壇鎮(zhèn)高新區(qū)，是一個(gè)以\"智慧園區(qū)、智能制造、智能產(chǎn)品\"為標(biāo)桿打造的綠色低碳園區(qū)。該基地總占地面積13.3萬(wàn)平方米，建筑面積達(dá)18.8萬(wàn)平方米，體現(xiàn)了申菱環(huán)境在空調(diào)行業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級(jí)中形成的新質(zhì)生產(chǎn)力。項(xiàng)目采用了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，包括光伏發(fā)電、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、大溫差蓄冷和智能能源管理系統(tǒng)等?；丶s 85% 的生產(chǎn)車間屋面鋪設(shè)了太陽(yáng)能光伏板，年發(fā)電量可達(dá)730萬(wàn)千瓦時(shí)，每年可減少排放約2829.5噸二氧化碳當(dāng)量。

3智能化技術(shù)在綠色建筑中的集成策略3.1可再生能源系統(tǒng)的集成

3.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)

申菱環(huán)境第三制造基地在實(shí)施光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)采取了全面覆蓋策略。在約 85% 的生產(chǎn)車間屋面鋪設(shè)太陽(yáng)能光伏板，最大化利用可用屋頂空間。安裝團(tuán)隊(duì)仔細(xì)評(píng)估了每個(gè)屋頂?shù)某蚝蛢A角，確保光伏板能獲得最佳日照。為適應(yīng)屋頂結(jié)構(gòu)，采用了輕量化的安裝支架，減少對(duì)建筑的額外負(fù)荷。在電氣系統(tǒng)集成方面，項(xiàng)目使用了高效的并網(wǎng)逆變器，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電并入園區(qū)電網(wǎng)。為了提高系統(tǒng)效率，每個(gè)光伏陣列都配備了智能優(yōu)化器，單獨(dú)調(diào)節(jié)每塊光伏板的輸出，減少陰影等因素的影響。在監(jiān)控管理上，團(tuán)隊(duì)在屋頂安裝了多個(gè)環(huán)境傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、光照強(qiáng)度等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，用于優(yōu)化光伏系統(tǒng)的運(yùn)行。維護(hù)團(tuán)隊(duì)定期使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行紅外熱成像檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換老化或損壞的光伏板。

3.1.2太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

申菱環(huán)境第三制造基地的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)采用了分區(qū)供應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。在屋頂安裝了大面積的平板型太陽(yáng)能集熱器，根據(jù)建筑功能劃分為多個(gè)供熱分區(qū)。餐廳和綜合樓區(qū)域的集熱器與大容量保溫水箱相連，專門用于提供 的生活熱水。辦公樓區(qū)域則配備了單獨(dú)的集熱系統(tǒng)和蓄熱裝置，為冬季會(huì)議室供暖提供 40% 的溫水。系統(tǒng)采用了變頻循環(huán)泵，根據(jù)日照強(qiáng)度和用水需求自動(dòng)調(diào)節(jié)水流速度，優(yōu)化熱量收集。為解決陰雨天氣的供熱問(wèn)題，項(xiàng)目集成了空氣源熱泵作為輔助熱源。通過(guò)智能控制系統(tǒng)，熱泵在太陽(yáng)能供熱不足時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，確保穩(wěn)定供應(yīng)。在管道設(shè)計(jì)上，采用了保溫性能優(yōu)越的真空管道，最大限度減少熱損失。系統(tǒng)還安裝了多個(gè)溫度傳感器和流量計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)。維護(hù)人員通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用程序可隨時(shí)查看系統(tǒng)性能，進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。為了提高用戶體驗(yàn)，在熱水供應(yīng)點(diǎn)安裝了智能水龍頭，可根據(jù)使用習(xí)慣自動(dòng)調(diào)節(jié)水溫和流量。這些具體應(yīng)用確保了系統(tǒng)全年高效運(yùn)行，滿足了不同區(qū)域的多樣化用熱需求。

3.2多元化儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

申菱環(huán)境第三制造基地在多元化儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用上采取了創(chuàng)新的實(shí)施方案。項(xiàng)目的核心是兩座超過(guò)30米高的大型蓄冷罐，用于實(shí)施 417% 超大溫差水蓄冷技術(shù)。這一系統(tǒng)在夜間利用低谷電價(jià)時(shí)段運(yùn)行制冷設(shè)備，將冷量以 左右的低溫水形式儲(chǔ)存。白天用電高峰期，系統(tǒng)則釋放儲(chǔ)存的冷量，為空調(diào)系統(tǒng)提供冷源。通過(guò)這種\"夜間蓄冷、白天放冷\"的運(yùn)作模式，項(xiàng)目充分利用了電力價(jià)格的峰谷差，顯著降低了空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。同時(shí)，這一策略有效降低了園區(qū)日間用電負(fù)荷，確保生產(chǎn)不受限電影響。除了冷能儲(chǔ)存，項(xiàng)目還集成了熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)。通過(guò)高效的集成冷站、梯級(jí)能源利用和熱泵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了熱能的高效回收和儲(chǔ)存。這種多元化的儲(chǔ)能方案不僅提高了可再生能源的消納能力，還增強(qiáng)了整個(gè)能源系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。通過(guò)電能儲(chǔ)存、冷熱能儲(chǔ)存等多種方式的結(jié)合，項(xiàng)目構(gòu)建了一個(gè)全面的能源緩沖系統(tǒng)，有效平衡了能源供需，提高了整體系統(tǒng)的能效和可靠性。

3.3高效環(huán)控技術(shù)的創(chuàng)新

3.3.1大溫差蓄冷技術(shù)

申菱環(huán)境第三制造基地采用了創(chuàng)新的 417% 超大溫差水蓄冷技術(shù)，通過(guò)兩座超過(guò)30米高的大型蓄冷罐實(shí)現(xiàn)。在具體應(yīng)用中，系統(tǒng)利用夜間電價(jià)低谷時(shí)段運(yùn)行制冷設(shè)備，將冷量以約 低溫水的形式儲(chǔ)存在蓄冷罐中。白天用電高峰期，儲(chǔ)存的冷量被釋放，為空調(diào)系統(tǒng)提供冷源。運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)通過(guò)智能控制系統(tǒng)精確調(diào)節(jié)蓄冷罐的充放冷過(guò)程，確保冷量供應(yīng)與需求的最佳匹配。蓄冷罐內(nèi)部采用先進(jìn)的溫度分層技術(shù)，通過(guò)特殊的水力學(xué)設(shè)計(jì)，保持冷熱水的有效分離，提高儲(chǔ)能效率。在管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，項(xiàng)目使用了大口徑低阻力管道，配合變頻水泵，最大限度減少了輸送能耗。這種大溫差蓄冷技術(shù)顯著提高了冷水的輸送效率和蓄能密度，與傳統(tǒng)的 7% 溫差系統(tǒng)相比，在相同管徑下可輸送5倍以上的冷量。

3.3.2熱回收與梯級(jí)利用

申菱環(huán)境第三制造基地在熱回收與梯級(jí)利用方面采取了全面的實(shí)施策略。首先，項(xiàng)目安裝了高效的熱回收系統(tǒng)，用于捕獲各種廢熱源，如空調(diào)系統(tǒng)的冷凝熱、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的余熱等。這些回收的熱能通過(guò)智能分配系統(tǒng)進(jìn)行梯級(jí)利用，根據(jù)不同溫度需求分配到各個(gè)用熱場(chǎng)景。例如，高溫廢熱首先用于預(yù)熱生產(chǎn)用水，降溫后的中溫?zé)崴糜诘匕遢椛涔┡到y(tǒng)，最后的低溫?zé)崴畡t用于融雪或景觀用水加熱。在具體操作中，工作人員通過(guò)中央控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控各熱源點(diǎn)的溫度和流量，動(dòng)態(tài)調(diào)整熱能分配策略。為提高熱能傳輸效率，項(xiàng)目采用了真空絕熱管道，最大限度減少熱損失。在熱泵技術(shù)的應(yīng)用上，系統(tǒng)集成了多臺(tái)變頻熱泵，可根據(jù)回收熱能的溫度和用熱需求靈活調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)一步提升能源利用效率。此外，項(xiàng)目還創(chuàng)新性地將熱回收系統(tǒng)與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，在陰雨天氣時(shí)，回收的廢熱可作為太陽(yáng)能系統(tǒng)的補(bǔ)充熱源，確保穩(wěn)定供熱

3.4智慧能源管理系統(tǒng)的構(gòu)建

申菱環(huán)境第三制造基地通過(guò)申菱物聯(lián)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了智慧能源管理系統(tǒng)的構(gòu)建。該系統(tǒng)首先在園區(qū)內(nèi)布置了大量傳感器和智能儀表，實(shí)時(shí)采集各類能源設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸?shù)街醒肟刂破脚_(tái)，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。系統(tǒng)利用預(yù)測(cè)算法，結(jié)合歷史用能數(shù)據(jù)和天氣預(yù)報(bào)信息，對(duì)未來(lái)能源需求進(jìn)行精確預(yù)測(cè)?；谶@些預(yù)測(cè)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整光伏發(fā)電、蓄能設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)能源供需的精準(zhǔn)匹配。例如，在預(yù)測(cè)到用電高峰時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提前增加蓄冷量，并調(diào)整光伏系統(tǒng)的發(fā)電角度以最大化發(fā)電量。在日常運(yùn)營(yíng)中，智慧系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷變化，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如調(diào)整空調(diào)冷量輸出、優(yōu)化熱泵運(yùn)行工況等。系統(tǒng)還整合了故障診斷和預(yù)測(cè)性維護(hù)功能，通過(guò)分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并自動(dòng)生成維護(hù)建議4。操作人員可通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用程序遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，提高了管理效率。通過(guò)這種全面的智能化管理，項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了\"從綠色能源-柔性協(xié)同-高效環(huán)控\"的能流閉環(huán)，顯著提升了整個(gè)園區(qū)的能源利用效率和運(yùn)營(yíng)安全性。

4智能化技術(shù)在綠色建筑中應(yīng)用的效果分析

4.1能源消耗分析

申菱環(huán)境第三制造基地通過(guò)智能化技術(shù)的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了顯著的能源節(jié)約效果。項(xiàng)目在大部分生產(chǎn)車間屋面鋪設(shè)了太陽(yáng)能光伏板，年發(fā)電量可觀，大幅減少了對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴。創(chuàng)新的超大溫差水蓄冷技術(shù)，通過(guò)夜間蓄冷、白天放冷的模式，有效利用了電力價(jià)格的峰谷差，顯著降低了空調(diào)系統(tǒng)的能耗。與傳統(tǒng)的小溫差系統(tǒng)相比，這種方法可以在相同管徑下輸送多倍的冷量，極大地提高了能源效率。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)提供了適宜溫度的熱水，滿足了不同場(chǎng)景的用熱需求，減少了傳統(tǒng)加熱方式的能耗。智能能源管理系統(tǒng)的引入實(shí)現(xiàn)了能源供需的精準(zhǔn)匹配，進(jìn)一步減少了不必要的能源浪費(fèi)。

4.2碳排放減少效果

申菱環(huán)境第三制造基地通過(guò)智能化技術(shù)的應(yīng)用，在碳排放減少方面取得了顯著成效。首先，大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用直接減少了化石燃料發(fā)電的需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅光伏系統(tǒng)每年就可減少約2829.5噸二氧化碳當(dāng)量的排放，這相當(dāng)于種植了約12萬(wàn)棵樹的年碳吸收量。其次， 417% 超大溫差水蓄冷技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)優(yōu)化能源使用時(shí)間和效率，顯著降低了高峰用電期間的碳排放。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的使用減少了傳統(tǒng)熱水器的使用，進(jìn)一步降低了碳足跡。清潔供熱系統(tǒng)的應(yīng)用也大大減少了冬季供暖帶來(lái)的碳排放。智能能源管理系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化各系統(tǒng)的運(yùn)行，進(jìn)一步減少了不必要的能源消耗和相應(yīng)的碳排放。通過(guò)這些技術(shù)的綜合應(yīng)用，基地實(shí)現(xiàn)了近零能耗，碳排放量大幅降低。項(xiàng)目的建筑綜合節(jié)能率達(dá) 100% ，可再生能源利用率為 100% ，這意味著在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了接近零的碳排放。

5結(jié)語(yǔ)

智能化技術(shù)在綠色建筑中的集成與優(yōu)化應(yīng)用為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了有力支撐。通過(guò)申菱環(huán)境第三制造基地案例，智能化技術(shù)的綜合應(yīng)用能顯著提高建筑能源利用效率，實(shí)現(xiàn)近零能耗，并帶來(lái)可觀經(jīng)濟(jì)效益。這種方法為未來(lái)綠色建筑發(fā)展指明方向，也為其他行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型提供借鑒。然而，推廣時(shí)需考慮不同地區(qū)和建筑類型的特殊需求。未來(lái)研究可探索智能化技術(shù)在不同類型綠色建筑中的應(yīng)用策略，以及如何將這些技術(shù)與建筑全生命周期管理結(jié)合，推動(dòng)建筑業(yè)向更綠色、智能和可持續(xù)方向發(fā)展。

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