綠色智能建筑區域能耗平臺的實施經驗及對策

文｜ 中程科技有限公司 吳稚辭 馮 斌 王桔林 陳 敏

1 綠色建筑的由來及我國現狀

“綠色建筑”一詞的提出由來已久。1992年聯合國環境與發展大會在巴西里約熱內盧召開，會上第一次明確提出了“綠色建筑”的概念。此后，人們對建筑的辦公、生產、居住以及娛樂等環境要求的不斷提升，無形中增大了對能源的需求量，也加劇了國際能源供給的緊張趨勢。因此，綠色建筑的理念逐漸為越來越多的國家所接納。1998年美國LEED認證正式推出，標志著綠色建筑體系的最終確立；中國香港和臺灣地區也相繼在1996年和1999年推出了自己的標準。與此同時，中國經過幾十年的經濟高速發展，能源供需矛盾也日趨凸顯。為了應對這一情況，我國政府已將綠色建筑列入國家中長期發展規劃；《綠色建筑評價標準》、《綠色建筑技術導則》在2006年先后出臺，使得綠色建筑在我國的推廣和評價工作步入正軌，真正意義上實現了“有標可評”、“有據可查”。

2 綠色智能建筑

綠色建筑與智能化系統是協調統一、緊密相關的。隨著近現代建筑物功能的日漸多元化，建筑物被賦予的意義已然不是提供一個擋風遮雨的庇護所那么簡單，而是關系到人類社會活動的各個層面，辦公、居住、娛樂、生產無不牽涉其中。但是復雜的建筑功能需要龐大的配套設施維系，眾多不同系統的設備必需通過一套高效的監管與控制手段才能有機整合并發揮功效，這個系統就是智能化系統。

而綠色建筑的所謂“綠色”，就是要求建筑物在給人類提供優質、舒適的辦公與生活環境的同時，在其全生命周期內，能夠有效降低對自然環境的影響。要達到這一目標，必須從土地的合理規劃開始，盡可能選擇環保的建筑材料，最大限度地節約使用各類資源（水、電、氣、材）以及嚴格控制環境污染等。而在其中對各種資源，特別是能源的節約利用方面，由于建筑物基本功能的實現是不需要靠大量資源來維持的，其主要的能耗是為了滿足建筑使用者的舒適生活與生產的需要而支出的，各種配套設施的運維產生的資源消耗；所以控制著建筑中主要耗能設備的智能化系統自然成為了建筑降低能耗、實現“綠色”的最有效的工具之一。換言之，綠色建筑必備一套能夠有效控制自身能耗、降低環境污染且有利于建筑功能可持續發展的智能化系統；而如此，也便成就了綠色智能建筑。

在此應特別指出，不能將“綠色”等同于“節能”看待。一味追求節能而犧牲了原有舒適性的建筑物不能稱之為“綠色智能建筑”——它違反了綠色智能建筑應滿足使用者舒適生活、工作的基本要求的前提。

3 綠色智能建筑區域能耗平臺

3.1 區域能耗平臺的意義

既要保持建筑原設計功能、效果不變，甚至還能在一定程度上有所提高，又要盡可能減少能源開支，這對智能化控制系統提出了更高的要求。為了實現這一目標，智能化系統必須具備完善的建筑能耗監管體系——類似于傳統單棟建筑的計量系統，但是其功能應當從個體建筑能耗監管中獨立出來，成為區域性、行業性、功能性的建筑能耗綜合監管平臺，并能對所采集到的數據進行分類研究，更好地服務于綠色智能建筑的規劃、設計與改造。

3.2 項目實例分析

3.2.1 項目簡介

我公司參建的深圳市國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗動態監測統計系統項目（以下簡稱深圳大型公建項目），是我國首個市級建筑能耗監測平臺項目，它創造性地解決了國家機關辦公建筑和大型公共建筑節能監管體系建設關鍵環節的技術難題，在2007—2011年間共完成了750棟建筑的能源審計、500棟建筑的能耗監測以及182棟建筑的能耗公示等工作，為大型公共建筑的能耗監管提供了全新的解決方案。

該平臺的建設過程如圖1所示。

圖1 深圳市級建筑能耗動態監測平臺建設過程圖

建立市級能耗監測平臺是一次全新的嘗試，在2007年以前國內外并沒有利用現代信息技術實踐城市級規模化建筑能耗實時監測案例的相關報道，所以本項目的實施經過就是一個邊摸索邊改進的過程。

我公司主要承擔既有建筑側計量系統改造施工及數據通信調試任務。該項目參照《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據采集技術導則》，在大型公共建筑低壓配電側有選擇性地加裝智能電表（加裝互感器），實現對主要用能設備的實時監測。此外，考慮到中央空調系統用能是公共建筑總能耗支出中的大項，因此本項目特別加裝了冷量表以輔助監測空調運行狀態。電表與冷量表經由屏蔽通信線連接至采集器（RS485接口），再通過采集器匯總，經無線移動網絡連接至中心數據機房。

3.2.2 項目施工經驗及對策

作為一項政府性質的區域性能耗監管工程，本項目的目標非常明確，即通過市級平臺匯總，同時監測數個功能相近的建筑的能耗變化，通過一段時間的積累與分析，對所采集的數據進行橫向比較，以期在不久的將來形成區域性行業建筑能耗標準，指導新建筑的規劃設計，敦促既有建筑的節能改造，最終達成全市建筑均實現綠色環保的目標。

（1）政策支持

能耗監管項目的推進需要相關法律法規的有力支撐，而目前建筑能耗監測，特別是既有建筑能耗監測改造方面的法律法規體系尚不健全，已經出臺的一些政策多數為部門規章，力度不夠，缺乏有效的經濟激勵措施。

以深圳大型公建項目為例，雖然計量改造的費用由政府全資投入，但建筑物業主對項目的接受程度依然較低。匯總分析我公司標段的項目推進過程發現，業主接受程度低于50%。不同類型建筑的業主中，對此類項目接受度最高的業主方主要是政府機關、事業單位；其次是商場、賓館類建筑物業主；寫字樓建筑業主的接受度最低，最終實施量僅占本標段完成總量的10%。

①近些年來我國政府一直致力于推進建筑節能以及綠色智能建筑的相關工作，并且陸續出臺了一批針對政府辦公建筑的節能降耗政策。全面的宣傳工作以及強勁的支持力度，使得機關內部工作人員對“綠色”、“節能”等概念的接受度普遍較高。

②商場、賓館類建筑的能耗直接影響業主的營業成本；因而隨著能源價格的不斷升高，業主自身的節能需求凸顯，對于“節能”相關項目的接受度也有相應的提升。

③寫字樓建筑比較特殊——其能耗費用多數由租戶分攤支付，并不由業主（物業）直接承擔，所以寫字樓業主節能改造的動力較小；加之政府經濟激勵制度缺失，造成寫字樓業主對于節能相關項目的接受程度偏低。

要改善現狀，必須由政府職能部門研究確定發展綠色智能建筑的戰略目標、發展規劃以及技術、經濟政策；制定國家推進實施的鼓勵和扶持策略；制定利用市場機制和國家特殊的財政鼓勵政策相結合的推廣政策；綜合運用財政、稅收、投資、信貸、價格、收費、土地等經濟手段，逐步構建推進綠色智能建筑的產業結構。

（2）數據傳輸構架

作為智能化系統中相對成熟的子系統，傳統的單棟建筑計量系統已經具備了硬件側數據采集、軟件層數據接收及部分分析、顯示功能，與市級監管平臺的主要區別，在于市級平臺多了一個與各建筑之間的數據傳輸環節。考慮到市級平臺需要對全市數據進行匯總分析，其數據機房一般會建立在具備數據分析能力的單位的建筑中（以深圳大型公建項目為例，中心數據機房建立在深圳市建筑科學研究院大樓內），與各個建筑之間的數據傳輸只能通過網絡連接。

本項目采用的是浙江中易和公司的WNC-210型采集器，該采集器采用模塊結構化設計，支持GPRS/CDMA/ADSL/以太網等通信方式，具有無線遠程通信能力。

采集器本身也支持有線傳輸模式，但由于既有建筑配電房中均未有固定網絡覆蓋，為了方便施工，本項目在調試過程中大量采用了無線傳輸模式。

采用無線數據傳輸方式簡化了項目施工，加快了工程進度，但無線數據傳輸方式也存在缺陷：

①無線數據傳輸依靠移動通信網絡實現。根據深圳當地的實際情況，我公司采用的是中國移動的通信網絡；該移動網絡在樓內，特別是地下室的信號覆蓋相對較好。此外，配電房的信號屏蔽也很嚴重；因此為了得到較好的信號強度，施工中一般會將采集器移至配電房外，但即便如此，部分建筑配電房附近較差的信號覆蓋環境還是會造成短時內的掉線。

②本項目技術要求參照《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據采集技術導則》確定，一臺連接表計個數為M，采集點個數為F，數據發送周期為X分鐘，連接數據中心為N個的能耗數據采集器，其單日數據流量（單位為MB）為：

｛〔（0.2×M）+（0.4×F）+1.5〕/ X＋2｝×N

我公司標段內平均一棟建筑的配電監測點位為30個。以30個點為例，上式中各變量的數值為：

由此可得平均一棟建筑的單日數據流量為2.7MB，月流量約為80MB。

需要說明的是，這僅僅是單向數據上傳流量；如果考慮實時監測讀取（項目建成后將為業主方提供實時查詢功能），數據量將較之大幅增加。根據項目調試數據分析，最大單月流量曾一度達到200MB。

如此大的數據流量，不僅考驗移動網絡（GPRS）的承載能力，還極大加重了項目后期的維護資金壓力。以深圳市移動數據服務收費為例，150MB流量數據卡的包月費用為20元，則500棟建筑的數據通信維護費用為10000元/月，年維護費用將高達12萬元。如果考慮后期陸續增加庫內建筑數量或者細化建筑的計量分項，維護費用還將進一步攀升。

所以，能否保證數據傳輸的穩定性以及有效降低流量成本，將是決定一個區域性能耗監測平臺的建設是否成功的關鍵。

既要保證數據傳輸的穩定性，又要有效控制成本，最優選的方案當然是摒棄移動通信網絡模式，轉用固定網絡進行數據傳輸。

新建筑在設計初期，應當考慮到能耗監測系統網絡上傳功能的要求，通過在配電房預置網絡節點來實現后期采集器的固定網絡接入。

相對于新建筑，既有建筑的數據固網上傳較復雜一些。為了規避二次布線的問題，可以考慮采用無線橋接的方式，即通過兩個或多個AP點進行網絡的點對點連接，來解決配電房至固定網絡覆蓋區域的數據連接問題。為了保證信號的穩定，建議采用穩定性和保密性比2.5GHz無線產品更好的5.8GHz無線產品。該類產品采用正交頻分復用技術（OFDM）和點對多點、點對點的組網方式，單扇區的速率可以高達54Mbps。5.8GHz系統一般采用直接序列擴頻技術，信道較多、頻率較高，所以抗干擾能力相對2.5GHz系統更強一些。此外，在解決采集器側固定網絡接入的同時，它還可以滿足以高帶寬應用支持大量用戶的需要：八個不重疊信道使部署的可擴展性和靈活性更高，因此可以將八個接入點編成一組，提供高達432Mbps的共享吞吐量來支持配電房區域其他設備接入固定網絡的后續擴展需求。

4 結束語

區域性能耗監測平臺的建立，有效運用并整合了綠色智能建筑的計量子系統，實時為政府監管部門提供大量有價值的建筑能耗信息，承載對同一區域多個建筑的分行業、分功能的能耗橫向對比分析，為政府后續出臺綠色建筑的相關政策、法規奠定了理論基礎，同時也為綠色建筑事業的進一步拓展翻開了智能化的歷史新篇章。

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3 邵民杰.綠色環保與節能控制技術在現代建筑電氣領域中的應用.現代建筑電氣，2012（4）：5-8

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