智能建筑節能技術發展及問題研究

劉輝 馮陽

(國家開發銀行股份有限公司陜西省分行，陜西西安 710075)

0 引言

我國正處在一個經濟快速發展的特殊時期，未來幾年將是中國城市化發展最快的一個階段，從城市化來講，每年增長的人口約1 300萬～1 500萬。面對如此快速的城市發展，如何在建筑行業中實現可持續發展，實現節能、環保，同時創造宜居的建筑環境，是建筑行業人員急需解決的重要問題。而隨著計算機科學技術的飛速發展和應用范圍的快速滲透，智能建筑的概念已經越來越深入人心。

智能建筑發展的初期主要集中在一些新建的高檔公共建筑，比如星級酒店、大型商場、A級寫字樓等，而現在新建的大中型公共建筑項目多數都有不同程度的智能化需求，智能建筑已經擴展到機場候機樓、車站樓、辦公樓、博物館、圖書館、醫院、院校、商場、娛樂場所甚至住宅小區等。因此，智能建筑節能技術的研究對于我國建筑節能事業的發展有著非常重要的意義，而同時，對于智能建筑本身發展而言，節能技術的應用反過來也會加速智能建筑產業的發展與落實。

1 我國現有智能建筑節能技術

1.1 智能控制技術

智能控制技術是指通過自控網絡和設備對控制對象(設備)實行智能化的綜合管理的技術，即構成各個系統設備運行的指揮中樞，按需進行自主、有效地監控系統設備的運行與管理［1］。通過智能控制技術進行建筑節能的具體方法包括如下幾種:

1)針對空調系統、衛生設備等的控制技術。包括實現最佳啟動控制，最小負荷控制;外氣吸入控制，期間設定切換控制;節電運轉控制，節水運轉控制等。智能建筑的智能核心一般而言指的是對空調系統的節能控制，通過合理有效的算法所進行的節能控制，可以在有效節能的同時，實現空間環境溫度的自動控制，保證室內環境舒適性。

2)針對熱源設備進行智能控制。包括送水溫度控制，熱源臺數控制;冷凍機最佳運轉控制，蓄熱運轉控制。目前，包括GB 50019-2003采暖通風與空氣調節設計規范在內，我國大部分建筑的暖通空調系統在設計中所采取的負荷計算方法均為靜態方法，同時，在計算中還會考慮較大的安全系數，這就導致在實際的設備選型(包括風機、冷凍水泵、制冷機組)等的選型方面偏大。而實際上暖通空調系統是一個典型的動態系統，在其運行過程中，即使是一天當中的負荷也不是均勻分布，是隨時間的變化而變化的，而靜態的設計方法所造成的不恰當冗余將會造成極大的能源浪費。智能建筑技術所采用的樓宇自控系統則可以通過節能控制模式和算法，對設備運行過程進行動態調節，從而有效減少靜態設計方法所導致的能源浪費。

3)照明控制。主要是指按照明程序來運轉，進行自動的關燈控制。

1.2 能源管理系統應用

建筑的能源管理系統是由各種計量儀表和軟件程序組成，以實現能耗數據統計、節能的遠程控制、節能運營管理優化及節能改造評估的管理系統。

建筑能源管理系統的計量儀表主要功能在于采集系統運行時，各個基本設備的原始運行數據，同時還可以協助中央控制器在系統控制下實現系統的節能運行，因此，它們一般安裝于各種基本的空調設備(包括冷卻水泵、冷凍水泵、風機、制冷機組等)上。而能源管理系統的軟件程序是它的中樞，對于能源管理系統的運行效率起到最為關鍵的作用。

一般而言，建筑能源管理系統有其獨有的運行方式。首先，安裝在各設備上的計量儀表進行設備原始運行數據的采集，并通過數據傳輸線路將數據反饋到中央處理器，然后利用中樞的軟件程序對其進行整理和分析，以建立系統運行數據庫，并將數據庫繼承在能源管理系統軟件當中，作為后續的能源管理的基礎;然后，當空調系統運行時，各計量儀表對其運行數據進行再次采集，并反饋到中央處理器，通過軟件程序進行對比分析，計算出系統運行曲線，以判斷系統是否處于節能運行狀態，若是，則系統正常運行，若不是，則系統軟件需根據采集的運行數據及所計算的運行曲線對異常運行部位進行確定、警告、通知故障檢測程序運行等不同應對措施。

2 現有智能建筑節能工作問題反思

雖然智能建筑節能技術發展迅捷快速，但是，在建筑物實際運行的層面，智能建筑節能依然存在很多問題。從一項針對智能建筑用戶滿意度的調查研究可知，對于我國目前智能建筑的使用者，僅有30%左右表示滿意。從調查研究中反饋出來的問題主要包括幾個方面:智能技術不夠先進，建筑或設備運行過程缺陷嚴重，物業管理混亂等。與此同時，由于我國建筑行業發展迅捷，智能建筑在近些年更是飛速發展，而與之相應的市場管理和技術管理卻未達到所需要的水平，這也導致了智能建筑節能和管理工作的混亂。

2.1 設計缺乏系統性規劃，業主需求與設計實現誤差較大

智能建筑節能體系的系統性問題主要表現在以下幾個方面:

首先，設計人員對智能化技術與智能建筑設計的方法不熟悉，相關技術人員對于智能建筑的規劃設計、技術和產品的配合選型等不夠專業，甚至有些設計和施工單位對于智能建筑的理解僅僅是“高科技產品”的盲目堆積，造成智能建筑盲目上馬，在項目交付使用后，智能化系統的使用率較低，造成巨大的設備資源和能源浪費，導致業主的不滿，甚至對于智能建筑本身產生質疑。

其次，很多業主對于智能建筑的需求不夠明確，在與設計單位進行溝通時常常產生遺漏，因而在建筑開始施工后，也會發生業主突發奇想要求設計單位增加一些子系統設計的情況。這不僅僅給設計單位增加了設計難度，也給施工方增加了很多問題，甚至造成工期延誤、施工質量下降等情況。

2.2 智能建筑運行過程能源利用浪費嚴重

在我國目前的智能建筑行業，智能化系統開通率和使用率低是最為普遍的一個問題。這一問題所導致的后果是非常嚴重的，由于很多智能建筑在建成并交付使用后的很長時間內，智能化系統和設備不開通使用，造成大多數子系統長期閑置，這就帶來了巨大的能源和設備系統浪費，這種浪費會導致項目投資成本居高不下，投資回報效果不明顯，更有甚者會導致客戶對智能化項目的必要性產生質疑，從而影響智能建筑的健康和穩定發展。

2.3 智能建筑工程技術及后期運營維護中問題較多

由于我國智能建筑設計沒有可依據的規范和標準，這就造成規劃、設計和施工隊伍的技術能力不強，無論在設備選型還是后期運營維護方面都缺乏統一完備的技術指南。這也導致我國智能建筑技術的發展處于一種分割管理無序的狀態，從而限制了智能技術的發展。而目前來看，我國的智能化設備自主研發能力不足，很多設備需要進口，這也使得設備從引進到安裝、操作、培訓、保養、修理都要請國外相關單位來承擔，從而大幅的提高成本，而一旦由國內工作人員負責，有可能導致設備運行出現問題時難以有效解決。

3 智能建筑節能技術問題解決方案

3.1 加強建筑節能參與主體意識

智能建筑節能的參與主體包括多個層面，政府、業主、建筑設計師、設備工程師、物業管理人員、建筑實際使用者等。在立項階段，業主和政府部門作為項目的指導者，其政策的執行和投資決策將會是節能技術在智能建筑中應用的前提;在設計階段，建筑設計師是對建筑整體性能進行控制和把握的，建筑師對節能性能的控制將會影響建筑未來實際運行中的節能效果;到了使用階段，物業管理人員和建筑使用者的節能意識和實際的節能效益，將最終決定建筑節能技術應用和節能改造的最終實施。

3.2 強化智能建筑節能設計前期規劃

系統的前期規劃是智能建筑節能技術良好發揮效用的前提和必要條件。在智能化建筑的前期規劃設計階段就需要以效果為導向，根據建筑節能需求來進行節能技術規劃工作，建筑節能運行管理模式需在初期的系統設計中體現出來，這也是智能建筑節能設計的關鍵。以建筑設備監控體系為基礎，管理和節能兩個功能并行，以此來保障系統的監控范圍、監控內容、監控要求實現其應用效能，使系統完成后真正實現管理和節能兩者兼備的功能。

3.3 加強智能建筑運營管理規范性

對智能建筑的最終節能性能而言，其運行階段的管理水平起著至關重要的作用。在建筑實際運行過程中，由于專業技術人員缺乏、技術水平落后、管理效率低下等原因導致的智能建筑能耗過高、設備損耗過大、系統管理水平低等問題層出不窮。這些問題的解決有賴于建筑運行管理單位加強對現有工程技術人員的大力培訓和后續人才的培養。

首先，對現有工程技術人員的培訓需要設備制造單位相關專業技術人員的合作和指導，將理論知識灌輸到現場操作人員的實際工作中，培養出技術能力可以勝任的工程技術人員，同時，還需要建立起具有一定專業水平的管理團隊，從上到下對智能建筑的運行管理水平進行整體提升;其次，需要從長期發展的角度考量，通過與專業院校等單位對接，實現專業技術人員和管理人才的梯隊培養，提高智能建筑的綜合節能水平。

4 結語

智能建筑節能是一項長期的綜合性系統工程，需要多個部門的協作和共同努力。包括政府政策的要求和激勵、節能意識的推廣和普及、專業技術人員對節能技術研究和推進、建筑運行管理者對節能建筑運行管理水平的提高等。整個社會都需要將節能工作看成一個體系來進行，貫穿于智能建筑規劃設計、設備運行、控制管理的始終。而在目前，針對智能建筑節能的現有問題，依然需要相關研究人員繼續深入地研究。

［1］羅 兵，甘俊英，張建民.智能控制技術［M］.北京:清華大學出版社，2011.

［2］趙苗妙.智能建筑節能問題的思考［J］.建筑施工，1999(7):333.

［3］張 俊，程大章.智能建筑與控制論［J］.智能建筑與城市信息，2006(7):6-8.

［4］文桂萍.智能建筑的節能問題及其對策［J］.四川建筑科學研究，2008(2):16-17.

［5］閆帥帥.淺談建筑節能及發展前景［J］.山西建筑，2010，36(6):223-224.