分析智能建筑節能與技術

謝明輝

【摘要】筆者經過多年的實踐探究，探討分析了建筑智能化技術和節能的本質，深入詮釋了建筑智能化技術和節能的最佳實現途徑。

【關鍵詞】建筑智能化技術；節能；設計

電能供需是二次能源，但是近年的矛盾卻是越來越嚴重，能源的極度缺乏已經非常嚴重的限制了我國的經濟發展。建筑節約用電，就可以非常好的起到節約能源作用。建筑的照明節能設計和控制、電動機以及風機的節能設計、建筑的空調系統等等來進行節約能源，就可以達到建筑智能化。

1建筑智能化技術和節能設計的發展目的以及歷程

智能化建筑指的是，對于整個建筑的結構系統和服務以及管理之間內在的關聯采用最佳性能來考慮，創造一個投資合理，又具備高效利用的溫馨、舒適的居住環境。

1.1智能化建筑的歷史

智能化建筑源于上世紀美國的80年代初期，美國的康涅狄格州的哈特福特市的智能化大樓實現自動化的綜合管理，整棟大樓建筑物的防火系統、放盜系統、供水系統、供電系統都是通過計算機進行系統的控制，整棟建筑物就是一個智能化綜合體。隨之的幾年，歐洲和日本都對智能化建筑做了相應的研究工作。德國和法國都在上世紀80年代末期和上世紀90年代初期建立起了智能化建筑物。中國的香港和臺灣也在上世紀80年代末期和上世紀90年代初期建立起了具備高標準的智能化建筑物[1]。

1.2智能化的目的

智能化建筑就是采用智能計算機技術、數據控制技術、通訊技術、多媒體技術以及現代建筑技術有機的結合在一起，采用相關的設備對其進行自動監控，將信息資源進行綜合管理，將居住者的生活信息和建筑物環境完美的結合，投資合理，建成后的智能建筑具備舒適、安全、便利、高效的特點。

2智能建筑的節能控制

目前，國內對智能建筑本身的節能性還沒有得到足夠的認識和重視，智能建筑各系統的效能實現并未達到最優化；同時，對于已建成項目，由于設備系統服務商的后期支持與維護滯后，加之管理人員的不專業性，也是阻礙智能建筑價值發揮的一大瓶頸。[2]

通過對寫字樓、酒店等商業建筑的統計，其照明、空調系統的耗能情況大致為：

（1）照明系統：寫字樓照明耗能占總耗能的比例為25%—55%，平均35%；酒店照明耗能占總耗能的比例為30%。

（2）空調系統：寫字樓空調耗能占總耗能的比例平均為60%，其下限為50%，上限不高于70%；酒店HVAC（熱、通風和空調控制）耗能占總耗能的比例為40%—50%。

下面就以照明、空調系統為例，探討智能建筑的節能控制途徑，以求系統的效能整合與資源的充分利用。

2.1照明系統的管理控制

照明監控系統主要監視照明配電系統的工作狀態，以便對照明系統進行有效的管理，保證其正常工作，實現設計要求；同時，根據一定的程序控制各類燈具的開啟、關閉和調光、感應，從而達到節能的目的。其控制方式可以根據設定好的時間和程序，設定控制建筑物內外的各種照明器具啟停和順序，另外，在有特殊情況出現時，使照明設備做出相應的聯動。[3]

（1）定時控制方式

將每個區域的照明設備分為若干回路，各回路均受照明開關控制器的控制。用軟件編制各組照明燈具開啟、關閉的時間表，以滿足不同時間段照明的需要。對那些有規律的使用場所，按預定的時間自動的開啟、關閉不同組別的燈具，避免其長期點亮帶來的能源浪費。

（2）智能控制方式

采用計算機、通訊、網絡技術，通過探測器和傳感器檢測照明區域的某些信息，照明控制器以此作為依據，對照明系統實行智能化集中控制，從而根據不同的需求（如調節照明燈具的開啟、關閉、亮度）和條件（如合成照度控制、定時控制、人員活動檢測控制）實現各種運行參數、模式的設定及修改。

（3）合成照度控制

根據日光對室內的影響程度，將空間劃分成若干個照明區域，在每個區域內依據照明負荷或面積分成不同的供電回路，采用光線傳感器與功率調光器，依照室外陽光強度和室內照度相結合控制電燈的開閉和調整燈光亮度。這樣既可充分利用自然光，達到節能的目的，又可提供一個基本不受季節與外部環境影響的相對穩定的視覺環境，以滿足舒適照明的需要。

（4）人員活動檢測控制

在照明區域內安裝有聲、光、紅外元件構成的傳感器（或智能化面板開關），用于檢測該區域內是否有人員活動。一旦人員離開該區域，控制裝置按程序中預先設定的時間延時后，自動切斷照明電源或控制照度維持在最低限度，從而節省能源。同時，該傳感器也可以兼作可疑行動或非法人侵報警探測用途。

2.2空調及通風系統的節能控制

空調通風系統通常由制冷系統、冷卻水系統、空氣處理系統及熱力系統組成，其作用是保證建筑物內具有舒適的工作、生活環境和良好的空氣品質。由于系統設備種類多、數量大、分布廣，消耗了建筑物近一半的電能，所以其監控系統的主要任務就是采用自動化裝置監測各種參數和設備的工作狀態，并根據負荷情況及時控制各設備運行，以節約能源。[4]

（1）冷源系統的節能控制

通常空調系統中冷凍水泵和冷卻水泵的容量，是以建筑最大設計熱負荷選定并留有余量，其運行條件按照長期在固定最大水流量下工作考慮，而實際上由于季節、晝夜和用戶負荷的變化，空調熱負荷在絕大部分時間內遠低于設計負荷；并且冷凍水一般設計溫差為5—7℃、冷卻水溫差為4-5℃，在系統流量固定的情況下，全年絕大部分運行時間溫差僅為1—3℃，也就是說系統是長期處于低溫差、大流量狀態工作，這無疑增加了管路系統的能量損失、消耗了水泵運行的輸送能量。

通過采用隨熱負荷而改變水量的變流量空調水系統，經變頻器調節泵的轉速以調節水的流量，從而節約低負荷時水系統的輸送能量，其節能率通常都在40%以上。

（2）空氣處理系統的節能控制

空調系統的送風量通常是按夏季室內的最大余熱量設計的（以照明發熱量及圍護結構傳熱量為主），而實際上全年出現最大負荷量的時間很短，一般空調系統80%以上時間是在小于80%負荷下工作。通過采用變頻調速控制風機進行變風量運行，使之根據房間熱負荷變化，從而改變自身轉速與風量。

（3）最小新風量控制

對于建筑內活動的人群必須保證一定的新風量，但新風量取得過多，將增加新風耗能量（設計工況：夏季室外溫26℃、相對溫度60%，冬季室溫22℃、相對濕度55%下，處理一公斤室外新風量需冷量6.5kWh、熱量12.7kWh），故在滿足室內衛生要求的前提下，減少新風量，具有有顯著的節能效果。但在采用變風量控制的空調系統中，當送風量在運行過程中隨著負荷的減少而不斷減少時，新風量也將隨著送風量成比例減少，在負荷很低的情況下，就有可能出現新風量不足現象，因此必須對最小新風量進行控制，例如采用風閥跟蹤調節、送回風機控制、設置獨立新風機控制等。同時，對室內C02濃度的監測也是確定與自動調節新風量的一項重要指標（CO2：允許濃度值一般取0.1%（1000ppm））。

（4）提高室內溫、濕度控制精度

傳統建筑由于沒有采用樓宇自控系統，往往造成夏季室溫過冷（低于標準設定值）或冬季室溫過熱（高于標準設定值）現象，這不但不適宜對人體健康和舒適性的要求，同時也浪費能源。據美國國家標準局統計資料顯示：如果在夏季將設定值溫度下調1℃，將增加9%的能耗；如果在冬季將設定值溫度上調1℃，將增加12%的能耗。因此按照設定自動調節并根據室外變化情況，將室內溫、濕度控制在設定精度范圍內是空調節能的有效措施。[4]

（5）克服設計冗余增量

空調設計中的冗余現象大致有以下方面：（1）設計人員一般依據當地氣象資料的極端氣溫條件來計算各臺空調的負荷峰值，從而確定最大需求值與供能設備，但是在實際運行中由于系統并非始終處于極端條件，于是產生因靜態設計帶來的合理設計冗余；（2）空調系統在運行過程中各空間的最大負荷并非同時產生，在時間段上有一定參差，這種因供能不平衡而形成的冗余不可避免，或者說也是合理的；（3）因為對空調系統設計和認知缺乏足夠實踐，沿用經驗設計，甚至對所計算出的能量負荷不僅未考慮“同時使用系數”，反而僅憑估計乘以幾倍的“安全系數”，結果造成空調能耗的大幅增加，產生由于人為因素所導致的

不合理設計冗余。

通過采用智能監控系統，對空調供回水系統流量參數進行動態非線性控制，及時調整設備合理運行，克服設計冗余增量，從而達到調控與節能要求。

3智能化建筑物的節能價值

智能化建筑物和節能設計可以極大的降低控制環節，增強整個建筑物的穩定性能和可靠性能。智能化建筑物的投資是一種前期投資多后期收益長的方式，相比較傳統的前期投資少后期維護多的方式來看，不論是從節約能源還是從實際的經濟效益來看都具有至關重要的意義。智能化建筑物一般都是采用高新科技對建筑物進行多方位的控制和調整，采用高新技術實現建筑物設備最終的優化和集成，保障了高效的運行，實現了節能調控。

結語

智能化建筑物是建筑行業所共同追求的目標，是提升建筑行業必走之路。節能設計對于能源的可持續發展以及合理的利用都是非常關鍵的因素之一。合理利用資源，降低能源的損耗，長期走可持續發展路線，不僅可以促進建筑行業的大進步，還使得整個社會都產生了積極的影響。

參考文獻

[1]茅榮.探討建筑智能化與節能設計[J].科技專論，2012，11（5）：22-24.

[2]王珂.建筑智能化與節能設計[J].山東同圓集團設計有限公司專輯.2011，7（23）25-26.

[3]童立嵩.建筑智能化與節能設計[J].建筑科學.2010，12（3）18-20.