智能科技助推綠色建筑發展——建筑能效智能監管系統設計技術研究

文｜ 上海現代建筑設計（集團）有限公司 趙濟安

珠海派諾科技股份有限公司 徐 斌

智能科技助推綠色建筑發展
——建筑能效智能監管系統設計技術研究

文｜ 上海現代建筑設計（集團）有限公司 趙濟安

珠海派諾科技股份有限公司 徐 斌

通過建立建筑能效系統運行監控平臺，實現對建筑的綜合能效管理，能有效地提升建筑設備系統的協調運行并優化建筑綜合性能，從而為綠色建筑的建設提供基礎條件。

智能化科技 助推 綠色建筑

建筑智能化集成系統技術應用的日趨深入，從而為綠色建筑的建設提供了基礎技術條件，建立建筑能效系統監控平臺，對建筑物實施能效智能化監管，將有效地提升建筑設備系統的協調運行并優化綠色建筑綜合性能。本文作者通過系列示范工程的實踐并以“建筑能效智能化監管系統設計技術研究”為專題進行探討，從而歸理出指導綠色建筑目標要求的智能化設計方法及技術要點。

1 綠色建筑智能化系統核心技術綜述

1.1 綠色建筑智能化系統建設要求

建立建筑能效系統運行監控平臺，實施對建筑物進行綜合能效管理，能有效地提升建筑設施系統協調運行和優化建筑物的綜合性能，實現能源更大化的降耗功能，為綠色建筑的綜合性能提供技術保障。

1.2 綠色建筑智能化系統應用目標

基于建筑物的測控信息網絡等基礎設施，具有獲取、處理、再生等運用建筑內外環境信息的綜合智能化，建立提供高效、舒適、便利和安全的功能條件，從而形成良好的生態及節能行為的可持續性發展建筑。

1.3 建筑智能化系統綠色功效明細

（1）對建筑設備系統等運行信息進行積累，并基于歷史數據的規律進行分析，使設備系統在不斷優化的管理策略下運行，以形成更好的環境狀態來感知環境。

（2）對設備運行的各類能耗參數進行監控，根據建筑物各功能空間的實際需要，實時地進行系統優化調控；根據具體需求適時地對智能化系統進行系統的配置整改及功能提升，使各建筑設備系統高效運行，對建筑物業的管理更合理科學。

（3）對能耗系統分項計量及統計的數據分析和研究，進行趨勢預測，從而建立科學完善的有效節能運行模式與優化方案，以達到良好的降耗功效。

（4）對機電設備運行監測數據的累積，通過對系統能量負荷的平衡進行更優化核算，提供科學有效的運行策略，為提高建筑的綜合性能提供技術保障。

（5）對建筑能耗設備高效管理和對太陽能、地源熱能等可再生能源的有效利用，為實現低碳經濟下的綠色環保建筑提供有效支撐。

2 綠色智能化系統技術依據

現行國家和地方關于智能化技術圍繞綠色建筑的若干文件提出如下規定：

（1）《 綠 色 建 筑 評 價 標 準 》（GB/T 50378-2006）

第5.2.5條：新建的公共建筑，冷熱源、輸配系統和照明等各部分能耗進行獨立分項計量。

第5.2.12條：建筑物處于部分冷熱負荷時和僅部分空間使用時，采取有效措施節約通風空調系統能耗。

第5.6.9條：建筑通風、空調、照明等設備自動監控系統技術合理。

第5.5.14條：設置室內空氣質量監控系統，保證健康舒適的室內環境。

（2）《 智 能 建 筑 設 計 標 準 》（GB/T 50314-2006）

第1.0.3條：智能化建筑工程建設，應貫徹國家關于節能、環保等方針政策，應做到技術先進、經濟合理、實用可靠。

第2.0.1條：智能化建筑——以建筑物為平臺，兼備信息設施系統、信息化應用系統、建筑設備管理系統、公共安全系統等，集結構、系統、服務、管理及其優化組合為一體，向人們提供安全、高效、便捷、節能、環保、健康的建筑環境。

（3）《公共建筑節能工程智能化化技術規程》（DG/TJ08-2040-2008）

第4.1.1條：公共建筑節能工程智能化系統應包括綜合采用信息通信、計算機網絡、自動化與智能化控制等智能化技術的建筑能效綜合管理、空調節能監控、給排水節能監控、變配電節能監控、照明節能監控、可再生能源利用監控和遮陽及門窗啟閉節能監控等智能化系統。

第4.1.2條：公共建筑節能工程智能化系統工程設計，應根據建筑規模、節能精度與效率等目標以及物業管理的需求，選擇配置相關智能化系統及確定各系統節能監控的要求。

3 設計技術流程研究

綠色建筑智能化設計流程一般包括系統可行性前期設計、系統規劃方案設計、系統技術設計、系統實施設計等階段。

（1）系統可行性前期設計

◆ 確立綠色建筑工程技術目標；

◆ 對建筑環境及機電設施等基礎建設提出符合監控工藝條件的基礎要求；

◆ 編制綠色建筑智能化系統建設可行性技術報告（技術及經濟）。

（2）系統方案設計

◆ 歸理智能化系統基礎條件，依據有關技術規范要求設計；

◆ 規劃項目綠色建筑智能化系統信息構架模型，確立信息采集裝置、通信平臺、綜合管理的信息處理原則；

◆ 制定綠色建筑能效智能化監管技術策略。

（3）系統技術設計

◆ 樹立項目綠色建筑智能化系統設計目標；

◆ 確立智能化系統的功能、范圍、控制響應與精度等綜合技術指標；

◆ 構建智能化系統技術框架及控制策略細則；

◆ 制定智能化系統測控網絡及各控制環節技術的明細要求。

（4）系統實施設計

◆ 編制系統技術原理圖、網絡拓撲圖；

◆ 編制系統通信原理圖、電氣接口原理圖；

◆ 編制該項目系統監控及受控設備建筑平面布置圖、安裝圖、接線圖等；

◆ 編制系統監控設備分類及控制點位統計表；

◆ 編制系統信息顯示、傳輸、打印等狀態圖表；

◆ 編制系統運行程序技術說明文件。

4 系統設計技術要點

4.1 系統目標設計技術要點

（1）系統設計：應做好對各類機電設備運行實施綠色監控及優化管理的后續智能化技術配接，以符合國家對綠色建筑工程的整體要求。

（2）系統配置：應根據建筑的使用功能、建筑規模、能耗特征及運行管理方式等狀況，落實高效節能及確保建筑生態環境的系列智能化技術措施。

4.2 系統前期設計技術要點

（1）系統應通過對該類建筑內各能耗設施實施信息采集、顯示、分析、處理、維護及優化管理。

（2）系統應具有實時性、全局性、系統性、制約性的綜合能效管理。

（3）系統應達到建筑內各能耗設施可測控性、能源優化使用及經濟性最佳組合。

4.3 系統規劃設計技術要點

綠色建筑智能化系統的構成一般應包括建筑設備能耗信息通信平臺、信息采集裝置及能效綜合管理軟件系統，并建立完善的信息模型和能耗信息的處理措施。

（1）能耗信息采集裝置要求

◆ 所采集信息應滿足建筑物業管理及建筑節能的目標；

◆ 應分別對空調、給排水、變配電、照明及其他各類能耗設備系統，采集以數據方式輸出并真實反映能源使用、轉換以及損耗等運行狀況的信息；

◆ 信息模型應包括冷熱源系統；送排風系統；給排水系統；太陽能利用（光伏發電、太陽能熱水）系統；污水源、江水源、地源熱泵系統；變配電系統；照明系統；風能利用（風力發電）系統；門窗啟閉監測系統；蓄能系統（冰蓄能）；回收利用（雨水收集、污水利用）系統等；

◆ 信息模型一般來源于相關工藝圖，但由于工藝信息通常不能準確反映能源狀況，需補充一定的監測信息量，以完善信息模型并準確反映能源狀況。

（2）信息通信平臺建設要求

◆ 能耗信息采集裝置應在采集信息基礎上完成信息預處理、分析計算等工作，并將計算結果反饋給管理平臺；

◆ 能耗信息應能夠滿足對平臺下發指令的響應要求；

◆ 能耗信息預處理、分析計算等應滿足采樣的精度和周期要求；

◆ 能耗信息傳輸數據應無損失或符合測量精度。

（3）能效智能化監管分析、測試和控制模式等功能要求

◆ 可對建筑內所采集的各能耗設備實時運行的數據進行分析和處理，實現綜合管理；

◆根據區域、類別、時段用戶的需求，對能源信息進行匯集、統計、記錄等功能；

◆ 具有CO2排放分析、冷熱負荷分析、單位建筑面積能耗分析和區域能耗統計分析等功能；

◆ 按降低能耗的管理規程及提高設備能效的運行程序，對能耗設備、設施進行優化性能的提示及具有實時反饋運行限額、提示調整負載分配的功能；

◆ 能對各能耗設備運行的實時基礎信息、分析控制信息進行數據記錄和資料存儲；

◆ 具有實現后臺調用和分析功能，仿真測試模塊的功能（采集對象的仿真環境要求可通過硬件模擬，實現測試數據采集、預處理、分析計算等反映信息采集裝置的響應能力和精度保證的能力；采集對象的模型應包括新風機組COP計算模型、冷熱源傳輸系統輸送能效比計算模型、冷熱源COP計算模型、PID控制模型、基于性能曲線的I/O控制模型。模型的計算精度與采集精度應給出相應的計算推導，以確保控制計算響應與精度要求；采集信息的傳輸及真實性驗證仿真環境，應通過硬件傳輸手段對測試采集處理數據的傳輸效率及數據的真實性驗證。信息采集裝置應在本地存有不少于24小時的原始數據及預處理后的數據結果，信息采集裝置和管理平臺應能同時打印、存儲和顯示傳輸的數據，作為驗證數據真實性的依據；能源管理平臺仿真環境，應能接受信息采集裝置傳輸的數據，并針對數據類型進行管理、存儲和顯示）。

4.4 系統技術設計技術要點

（1）綠色智能化系統的測控網絡及各控制環節技術的關鍵，是系統的功能、范圍、控制響應與系統精度等綜合技術指標，以及具體工藝控制策略及方法。

（2）采集信息的信息預處理工作，應符合基本的采樣理論要求，滿足采樣的精度和周期要求，并對因設備精度帶來的采樣誤差進行處理。

（3）采集信息的分析計算工作，應能滿足基于性能曲線的I/O控制、PID控制的要求，并對因分析計算帶來的誤差進行處理。

（4）采集信息的結果反饋工作，應能滿足數據無損失傳輸到管理平臺，能夠保證數據的真實可靠性，同時宜在信息采集裝置（本地）保留一定時間的原始數據作為驗證數據。

（5）信息采集裝置，應能夠根據管理平臺下發的指令做動態響應，包括模糊控制、比例控制等節能控制措施，同時采集設備運行狀況的反饋信息。

（6）能耗管理控制策略及方法，應根據負荷時間表進行基于負荷管理和功能服務時間表協調的控制。

（7）能耗管理控制策略及方法，應根據工藝狀態在工藝參數的允許范圍內進行節能優化控制。

（8）能耗管理控制策略及方法，應基于模型的節能控制、新風機組COP計算模型、冷熱源傳輸系統輸送能效比計算模型、冷熱源COP計算模型、水泵等功率環節的PID控制模型、性能曲線的I/O控制模型進行節能優化控制。

4.5 系統實施深化設計技術要點

為了有效指導綠色建筑智能化系統工程的實施，必須提供完整的技術文件，文件包括技術原理圖、網絡拓撲圖、系統通信原理圖、電氣接口原理圖、系統監控及受控設備建筑平面布置、安裝、接線等圖、系統監控設備分類及控制點位統計表、系統信息顯示、傳輸等狀態圖表及系統運行程序技術說明文件等。

5 結束語

各類現代建筑中已普遍配置了建筑設備管理和物業管理及相關的智能化系統，因此，推廣建立以實現綠色建筑為整體目標，憑借對耗能信息采集和管理平臺的信息共享及協同工作構架方式的綠色建筑能效智能化監管系統，依據在建筑各類機電設備運行中所反映其能源傳輸、變換與消耗的特征，采納系列智能化控制計策，實現綠色建筑能源更大化的節能減排功效和推動綠色建筑技術發展具有重要作用。本文在“建筑能效智能化監管系統設計技術研究”中，將建筑智能化技術與綠色設計理念相融合，更注重突出智能化功能和綠色功效，為推進智能化技術與綠色建筑一體化及策略化的協調發展，顯著地提高了現代建筑建設質量在新科技應用方面所做的探索。