樓宇智能化系統(tǒng)在節(jié)能建筑中的應(yīng)用

靳艷萍

(陜西華縣經(jīng)貿(mào)局，陜西渭南 714100)

0 引言

隨著我國“綠色、低碳、節(jié)能”三大主題在建筑行業(yè)里不斷的發(fā)展壯大，越來越多的地產(chǎn)開發(fā)商和建設(shè)者以及各個相關(guān)行業(yè)的從業(yè)者都在不斷的探索新的理念和新的技術(shù)，來響應(yīng)這一大勢所趨的潮流。筆者從事弱電智能化行業(yè)多年，深深的感受到近年來客戶對于“如何實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保”這個要求越來越關(guān)心。本文是以天津市泰達開發(fā)區(qū)的一座低碳示范辦公樓為例，介紹典型的弱電智能化子系統(tǒng)對于本大樓的節(jié)能建設(shè)所起到的作用。

本項目名稱是天津泰達H2低碳示范樓，位于天津市泰達現(xiàn)代服務(wù)產(chǎn)業(yè)區(qū)“MSD拓展區(qū)”H區(qū)內(nèi)。用地紅線面積4 840 m2，建筑面積21 306 m2，地上10層，地下2層，作為一座國際甲級寫字樓，定位為全國低碳節(jié)能綠色建筑的示范項目，從建筑材料、機電設(shè)備選型、弱電智能化建設(shè)等多方面都做到了低碳節(jié)能的設(shè)計(見圖1)。包括如下方面:

1)建筑外墻采用雙層呼吸式幕墻。

2)采用光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生電能。

3)采用地板送風、毛細管空調(diào)、溶液調(diào)濕新風機組等節(jié)能暖通設(shè)備。

4)辦公區(qū)域電動窗簾和燈光的智能控制。

5)辦公區(qū)域窗戶狀態(tài)與空調(diào)風機的連鎖控制。

6)地下室垂直光導(dǎo)管和8層展廳水平光導(dǎo)管的應(yīng)用。

圖1 某低碳示范樓效果圖

1 設(shè)計范圍

該建筑作為一棟辦公樓，不但包括常規(guī)的弱電子系統(tǒng)，以保證營造一個舒適、安全的工作環(huán)境，針對本大樓的節(jié)能目標，筆者將重點介紹如下子系統(tǒng):建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、燈光及窗簾控制系統(tǒng)以及能效管理系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。它們都通過以監(jiān)測、控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、策略制定等手段共同為大樓的低碳節(jié)能起到一定的作用。下文將對各個系統(tǒng)進行設(shè)計方案以及功能介紹。

2 建筑設(shè)備管理系統(tǒng)

在建筑項目中，需要大量的機電設(shè)施協(xié)同運轉(zhuǎn)才能為工作人員提供舒適的辦公環(huán)境，這也是建筑設(shè)備管理系統(tǒng)的建設(shè)目標。為實現(xiàn)整個建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)最佳的節(jié)能需求，在設(shè)計建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)時，充分考慮了全年不間斷地運行需求、電磁環(huán)境的影響、當?shù)貧夂蛱攸c等問題。

以下為核心設(shè)備的控制方案。

1)熱泵式溶液調(diào)濕機組。

熱泵式溶液調(diào)濕新風機組不是普通意義上的新風機組，它集冷熱源、全熱回收段、空氣加濕、除濕處理段、過濾段、風機段為一體，具備對空氣冷卻、除濕、加熱、加濕、凈化等多種功能，獨立運行即可滿足全年新風處理要求。

本項目通過接口集成方式，讀取溶液調(diào)濕機組控制器的數(shù)據(jù)，顯示/控制機組的主要運行參數(shù)，包括室內(nèi)溫濕度、送/排風機頻率、送風溫濕度、室內(nèi)CO2濃度、過濾器報警等。

2)地板送風空調(diào)機組(變頻)。

溫度控制:通過對安裝于水盤管回水側(cè)二通電動調(diào)節(jié)閥的自動調(diào)整，實現(xiàn)對被控溫度的控制。控制器會監(jiān)測回風溫度并將它與設(shè)定的溫度值(可供用戶調(diào)節(jié))作比較，進行PID運算，然后輸出至冷水或熱水閥門，以作溫度調(diào)節(jié)。另外冷水或熱水閥門會與風機狀態(tài)連鎖，在沒有風機狀態(tài)的情況下，夏天將冷水閥門關(guān)死，冬季保留熱水閥門一定的開度。這樣，既滿足了節(jié)能的需要，又能對水盤管起到保護作用。

風閥控制:調(diào)節(jié)新/回風閥門，回風閥與新風閥門進行反向連鎖，冬夏季節(jié)在保證滿足空調(diào)空間新風量需求的前提下，盡量減少室外新風的引入，以達到充分節(jié)能的目的;在過渡季節(jié)，通過調(diào)節(jié)新、回風閥門，充分利用室外新風，一方面可推遲用冷/熱水的時間，可達到節(jié)能的目的，另一方面可增加空調(diào)區(qū)域內(nèi)人員的舒適感。

連鎖控制:風機與新風風閥連鎖控制，停風機時自動關(guān)閉新風閥。

變頻監(jiān)控:監(jiān)測變頻器運行狀態(tài)、故障報警，進行變頻控制并監(jiān)測其反饋狀態(tài)。空調(diào)機組的運行可按照時間程序自動啟停，并通過管理工作站進行設(shè)置。

3)地板送風機。

結(jié)合地板送風空調(diào)機組及地板送風機的控制策略。

地板送風空調(diào)控制:采用變風量運行，根據(jù)室內(nèi)終端機一次風需求量，改變風機頻率，調(diào)節(jié)送風量。

新風量控制:新風VAV BOX根據(jù)CO2濃度信號調(diào)節(jié)新風量，風閥設(shè)最小開度，保證足夠的新風量送入房間。

地板送風控制:空調(diào)機送風(一次風)自地板下進入終端機組，與房間回風混合后再送入室內(nèi);一次風閥根據(jù)房間回風溫度調(diào)節(jié)風閥開度，調(diào)節(jié)進入終端機組的一次風流量，實現(xiàn)分區(qū)域獨立調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的功能。一次風閥設(shè)最小開度，保證足夠的新風量送入房間。

窗開閉狀態(tài)聯(lián)動控制:根據(jù)窗開閉狀態(tài)聯(lián)動控制相關(guān)區(qū)域地板送風系統(tǒng)的啟停。

過渡季節(jié)通風:過渡季辦公區(qū)域地板送風系統(tǒng)通過加大新風量來負擔室內(nèi)負荷。

4)毛細管輻射系統(tǒng)。

毛細管空調(diào)系統(tǒng)從根本上改變傳統(tǒng)空調(diào)的原理，由原來靠“吹風”帶來冷熱變?yōu)榭俊拜椛洹闭{(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。模擬人體毛細血管調(diào)節(jié)人體體溫的原理，打造真正的高舒適、低能耗生態(tài)空調(diào)系統(tǒng)。

根據(jù)室內(nèi)溫度控制管路上電動兩通閥的開關(guān)，以控制室內(nèi)溫度;系統(tǒng)設(shè)防結(jié)露保護控制，當室內(nèi)濕度超過設(shè)定值上限時，相關(guān)回路上的電動兩通閥關(guān)閉。同時監(jiān)測毛細管空調(diào)分集水器上的供水溫度及回水溫度。

窗開閉狀態(tài)聯(lián)動控制:根據(jù)窗開閉狀態(tài)聯(lián)動控制相關(guān)區(qū)域毛細管空調(diào)系統(tǒng)的啟停。

5)地源熱泵機組。

監(jiān)測機組的運行狀態(tài)、故障信號報警、遠程/就地狀態(tài)，并控制啟停;

監(jiān)測水循環(huán)泵的運行狀態(tài)、故障信號報警、手自動狀態(tài)，并控制啟停;

測量各區(qū)域總管供/回水溫度;

測量各區(qū)域回水流量;

通過量度各區(qū)域的總供/回水溫度、回水流量、不利點壓力，計算出空調(diào)系統(tǒng)的冷負荷;

監(jiān)測補水箱的高/液位報警;

根據(jù)冬/夏季對不同閥門進行開關(guān)控制，進行冬/夏模式轉(zhuǎn)換;

根據(jù)機組啟停情況控制相關(guān)水泵及碟閥開關(guān);

機組、水泵運行時間累積。

3 燈光及窗簾控制系統(tǒng)

大樓照明系統(tǒng)耗費的電能也在整個大樓能耗系統(tǒng)中占有不可忽視的份額。本大樓的燈光控制系統(tǒng)服務(wù)于地下電梯廳和地上辦公層大開間公共區(qū)域，窗簾控制系統(tǒng)服務(wù)于地上辦公層大開間辦公區(qū)域。

燈光控制系統(tǒng)公共區(qū)域:在B1層和B2層客梯電梯廳設(shè)計紅外感應(yīng)傳感器，在B1層衛(wèi)生間設(shè)計紅外感應(yīng)傳感器，在地上辦公層各層電梯廳、走廊及衛(wèi)生間設(shè)計紅外感應(yīng)傳感器。上班時間段定時控制燈光開關(guān);下班時間段人體感應(yīng)控制燈光;與消防聯(lián)動，在出現(xiàn)消防報警時，實現(xiàn)公共區(qū)域燈光強切或強點功能。

燈光控制系統(tǒng)地上辦公區(qū):在3層～9層辦公樓層內(nèi)的大開間區(qū)域，近走廊一側(cè)的屋內(nèi)設(shè)計紅外感應(yīng)傳感器，在每間辦公室臨窗區(qū)域設(shè)計亮度傳感器。

敞開式辦公區(qū)域主要是給工作人員辦公的場所，根據(jù)設(shè)計要求中對于集中控制系統(tǒng)的具體要求，系統(tǒng)可以完成如下功能:

在調(diào)光區(qū)域:通過紅外感應(yīng)和亮度傳感器，當感應(yīng)到室內(nèi)有人，同時室內(nèi)照度達到500 lx，則燈具處于滅燈狀態(tài);通過紅外感應(yīng)和亮度傳感器，當感應(yīng)到室內(nèi)有人，同時室內(nèi)照度小于500 lx，則燈具自動打開并可在0%～100%范圍內(nèi)進行調(diào)光控制;不管室內(nèi)照度值是多少，只要沒有感測到區(qū)域內(nèi)有人，則燈具始終處于滅燈狀態(tài)。

非調(diào)光區(qū)域:通過紅外感應(yīng)傳感器，感應(yīng)到有人，則自動開燈，沒有感應(yīng)到人的存在，則自動滅燈，在人員離開的時候，可自動延時滅燈。

辦公區(qū)域可進行各種場景設(shè)置，例如上班場景、下班場景、午休場景等等。該功能主要用于結(jié)合照明、電器控制、窗簾控制為一體，實現(xiàn)一鍵操作。

電動窗簾控制系統(tǒng):電動窗簾控制主要是以遮陽為目的，即通過安裝在雙層玻璃幕墻中間的窗簾百葉的旋轉(zhuǎn)角度來實現(xiàn)房間內(nèi)部分區(qū)域熱量的控制。由室內(nèi)亮度探測器結(jié)合室外氣象參數(shù)統(tǒng)一對窗簾控制驅(qū)動器發(fā)出控制信號，對窗簾百葉角度進行調(diào)整，當室外氣象參數(shù)發(fā)生變化時，保證室內(nèi)熱量達到設(shè)定值，如果熱量過高，會給空調(diào)帶來額外能耗，而室內(nèi)照度的改變會聯(lián)動亮度傳感器進行室內(nèi)燈光調(diào)節(jié)，從而在自然光照度改變的前提下通過燈光亮度調(diào)節(jié)進行補償，保證工作區(qū)域照度恒定。

4 能效管理系統(tǒng)

能效管理系統(tǒng)(Energy Advisor)，以下簡稱EA系統(tǒng)，是一套樓宇能源管理軟硬件集成系統(tǒng)和機電一體化控制解決方案。EA系統(tǒng)不僅是常規(guī)的弱電子系統(tǒng)的一個系統(tǒng)集成平臺，它基于樓內(nèi)機電設(shè)備系統(tǒng)綜合優(yōu)化的控制原理，通過對整個系統(tǒng)的運行信息的全面采集及綜合分析處理，實現(xiàn)整個建筑各個機電能耗系統(tǒng)的匹配和協(xié)調(diào)運行，實現(xiàn)變負荷工況下整個系統(tǒng)綜合性能優(yōu)化。

為了實現(xiàn)整個建筑EA系統(tǒng)對建筑設(shè)備的現(xiàn)代化管理，同時根據(jù)管理或辦公自動化系統(tǒng)的動態(tài)信息和指揮中心的統(tǒng)一調(diào)度，EA系統(tǒng)需要對多個系統(tǒng)進行集中管理，主要包括如下方面:

1)信息管理系統(tǒng)。

接受大樓時間安排等信息，從而為控制相應(yīng)區(qū)域空調(diào)、照明系統(tǒng)的啟停提供依據(jù);

向信息管理系統(tǒng)的物業(yè)管理模塊返回必要的機電設(shè)備信息，提供大樓內(nèi)環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)，空調(diào)、電梯等設(shè)備的運行狀態(tài)，用電、用水、通風和照明情況，為建筑內(nèi)的設(shè)施管理提供有用的資源。

2)建筑設(shè)備管理子系統(tǒng)。

被監(jiān)視的機電設(shè)備的運行狀態(tài)、故障報警以及參數(shù)變量值顯示;

室內(nèi)室外環(huán)境的溫濕度狀態(tài)，以及區(qū)域環(huán)境的變化趨勢;

設(shè)備的運行記錄、維護狀態(tài)等;

能源消耗及占用狀況的統(tǒng)計信息和圖表;

根據(jù)運行時間而定的采暖、通風和空調(diào)運作安排。

3)火災(zāi)自動報警及聯(lián)動系統(tǒng)。

消防系統(tǒng)分區(qū)報警的顯示;

消防系統(tǒng)主要設(shè)備的運行狀態(tài)顯示與記錄。

4)綜合安防系統(tǒng)。

調(diào)用閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機視頻信息;

跟蹤安防報警系統(tǒng)探頭的正常與報警狀態(tài);

監(jiān)視門禁系統(tǒng)重要通道的狀態(tài)與報警。

5 結(jié)語

一座辦公樓的智能化建設(shè)非常復(fù)雜，包含的子系統(tǒng)也比較繁多，本文只是對有助于低碳節(jié)能實現(xiàn)效果的幾個典型的子系統(tǒng)進行了設(shè)計方案的簡單介紹，目的是讓讀者明白弱電系統(tǒng)對于一座大樓節(jié)能低碳建設(shè)所起到的重要作用。另外，本項目也申請了美國USGBC的LEED認證，以上各子系統(tǒng)也是LEED認證過程中不可缺少的得分點。

一座大樓是否能做到低碳節(jié)能，需要從前期規(guī)劃、建筑材料、機電設(shè)備、電氣設(shè)備這些基礎(chǔ)搭建外加合理有效的運營管理手段，以及其他方面多個因素有效的結(jié)合在一起，從而實現(xiàn)預(yù)估目標的節(jié)能要求，這其中，弱電智能化系統(tǒng)雖然不是占據(jù)主導(dǎo)地位，但卻是不可或缺的重要組成部分之一。