基于策略的綠色建筑智能化控制系統

李 世 峰

(中外建工程設計與顧問有限公司山西分公司，山西 太原 030000)

基于策略的綠色建筑智能化控制系統

李 世 峰

(中外建工程設計與顧問有限公司山西分公司，山西 太原 030000)

提出了基于策略的建筑智能化控制系統，分析建筑用能系統運行過程中能耗軟件模擬值與實測值之間的差別，利用能耗軟件對設計方案及用能系統進行模擬，設置合理的控制參數及閾值范圍，匹配能耗軟件模擬曲線，達到合理的節能效果。

建筑能耗，控制系統，能耗模擬

0 引言

資源短缺和環境問題已經引起人們的強烈關注，而建筑的全壽命周期，即建筑建造、使用和拆除過程中消耗大量的能源，造成巨大的污染。根據有關統計數據，建筑能耗約占社會終端能耗的30%。綠色建筑作為降低建筑能耗的重要手段，重視度日益提高。資料顯示，與傳統建筑相比，綠色建筑節約能耗10%～80%，節能減排效果明顯。

低碳技術是綠色建筑的基本要素，從建筑的規劃、設計、施工、運營及拆除全壽命周期分析建筑能耗，建筑運營能耗約占據建筑能耗的30%～75%，如何有效的降低建筑運營能耗強度，一是在優化用能系統設計思路，二是良好的建筑設備控制策略，后者是我們建筑電氣設計者引以為重的內容。

1 建筑運行能耗設計與實測的差別

根據山西省建筑科學研究院編制的《山西省建筑能效測評試點研究報告》，可知，居住建筑與公共建筑能耗強度在能耗軟件模擬計算與實測數值上有較大的偏差[1]，具體表現如下。

1.1 軟件模擬建筑能耗強度

1)能耗模擬過程中，依據設計文件設置參數，但有些參數設計沒有涉獵，如鍋爐運行效率、循環水泵耗電輸熱比，則在模擬中依據竣工圖中的節能設計標準取值。

2)建立能耗模型過程中，不采暖陽臺的兩種建模方式，與實際的節能設計有些偏差。

3)能耗分析參數中發電煤耗每年都會變動，但這個數據無法修改，變相會加大熱源耗電量，降低建筑相對節能率。

1.2 建筑能耗強度實測分析

1)居住建筑能耗強度與人為舒適度調整、室外溫度及個人用能等隨動性因素息息相關，任意相關因素的調節都可能導致建筑能耗強度的變動。

2)公共建筑能耗強度與用能系統設計優化水平、建筑運行管理水平、人流密度及個人舒適度緊密相關；且多數公共建筑多采用空調系統分區設置，照明實施自控同時強化制度嚴格個人節能意識，導致公共建筑能耗強度隨季節室外溫度及用戶使用習慣波動，目前的能耗分析軟件尚無法精確刻畫此種細節。

2 能耗分析軟件的應用

利用模擬軟件對設計方案及用能系統進行模擬，尋求最優化設計方案，通過對溫度梯度場的分析，力求最優控制手段。

2.1 設計方案軟件模擬

利用建筑模擬軟件分析的設計方案，建立三維可視模型，如圖1所示，通過抽象模型、建立模型、參數設置和指標評價等方法對建筑模型進行室內外風環境、光環境、聲環境、室內顆粒物分布及能耗的模擬。

2.2 用能系統軟件模擬

用能系統主要指建筑運行中的空調用能系統及照明用能系統，其他動力設備及輔助用能系統，不在本論文分析范圍之內，可以通過設備選型及強調個人用能進行約束。

根據有關資料，公共建筑能耗強度中，空調系統能耗所占達到40%左右，比例最大，其次為照明系統，所占達到20%左右；因此，本論文將空調用能系統及照明用能系統的方案優化設計及策略控制放置重要位置。

空調用能系統三環節“冷熱源—管網輸配—末端”緊密相關，將空調用能系統的冷熱源、管網輸送、末端裝置等關鍵環節的系統能效提升關鍵技術通過數值模擬進行方案優化，選取經濟節能的優化用能系統方案。

由圖2可知，空調用能系統三環節相互關聯相互影響，若只對單一環節進行能效提升，而非系統整體匹配，節能效果極其有限，甚至無法滿足設計效果。因此，從空調用能系統出發，將關鍵環節的匹配技術有機結合，以期最優效果。

目前，空調用能系統在冷熱源、管網輸送、用能末端等單項節能技術較為成熟，技術類型多種多樣，如可再生能源建筑利用、高效變流量管網輸配技術及低溫末端散熱裝置等，但較少融合運用于整個系統[2]。

利用能耗模擬軟件對空調用能系統進行全工況模擬分析，優化用能系統方案。某項目辦公樓選用兩臺型號為PSRHH1901C-Y的螺桿熱泵機組為該建筑物提供冬季熱負荷及夏季冷負荷，末端為風機盤管加新風機組空調系統及地板輻射采暖系統。熱泵系統的主要設備技術參數見表1。

表1 熱泵系統的主要設備技術參數表

能耗分析軟件對設備包括制冷機、冷卻塔、空調機組及系統運行如末端運行形式進行建模分析，通過模擬設定室內溫度，進行節能分析。對該項目，考慮其為公共建筑，部分功能區域人員流動較大，因此，在模擬過程中，對人員流動區域設置獨立的冷熱源系統分區設置，一是便于過渡季部分負荷多使用自然風，二是人員的多少直接影響空調負荷，從控制角度考慮便于操作。同時利用變頻技術及設置合理的熱泵啟停溫度，達到理想的節能效果。

3 策略性的智能控制系統

設置合理的智能控制系統，匹配能耗軟件模擬曲線，通過對用能系統設置合理的控制參數及閾值范圍，達到合理的節能效果。

3.1 照明控制系統

1)混合照明控制系統，以太陽光照明為主，人工光源進行輔助照明。利用光學纖維技術，利用太陽能技術對建筑物進行照明，一擴大太陽能的利用范圍，二可節省常規能源。

在建筑局部區域利用光導采光系統傳輸自然光，以照度為控制參數，若自然光照度達不到設計要求時，利用人工光源有效補充，形成照度分布為自然光及人工光源照度耦合矢量場。但是，自然光受外界條件影響較大，則人工照明可采用分階調光控制或連續調光控制等調光控制策略。

2)功能分區照明控制系統，根據人流量、利用時間段及工作模式細分功能場合，實現關閉非必要的照明，自動開啟必須照明，實現不同功能場合的燈具選配，實現多樣化的控制模式。在保證必要照明的前提下，既可減少燈具工作時間，又可延長燈具的壽命。

以某現代辦公樓的照明為例，可實現照明系統全自動運行，通過時間控制器實現系統按設置切換各種工作狀態，如，上班時間將至，系統自動開燈且光照調節至合適水平。通過分區設置控制參數，可實現靠窗區域，盡可能利用自然光，若天氣晴朗，光源自動調暗；若天氣陰暗，光源自動調亮，以保證照度要求。

特別的，通過區域功能劃分，實現公共區域的燈具協調工作，如在公共走道及樓梯間設置控制器件，當晚上辦公區有員工加班，公共區域保持基本亮度，當所有員工離開時，將燈具關掉；進一步，可實現公共區域燈光的場景設置，當區域無人員行走時，照度維持在安全照度，當有人員行走，通過感應器件，照度恢復至設計照度。

對重點區域，設置適合的控制策略，可實現良好的照明效果。如辦公前臺是公司的眼睛，其設置充分考慮照明的氣氛及照明與建筑周邊的協調，營造出一個舒適的迎賓環境。辦公區通過時間分段，也可在各辦公室設置手動控制面板，可人為調節適合自己的照度水平。會議室作為辦公的組成部分，采用多回路控制手段，實現會議室在不同的使用場合不同的燈光效果，可與投影儀聯動，需要播放投影時，照度自動緩慢調暗；投影儀關閉，照度自動調節至設定效果。

3.2 空調用能控制系統

空調用能控制系統各環節相互影響、制約，但又相互獨立，在不同時段、區域、參數優先級控制策略下，確保空調用能設備處于高效運行狀態。

空調用能其控制系統應統籌系統各參數環節，而非單個參數調控技術的堆砌。而目前主流的模糊控制能較好的適應空調用能的特征，利用模糊規則預判系統運行方式，實現各受控參量的優化控制。

特別的，利用能耗模擬軟件，進行系統預判，設置合理的運行區間及運行參數閾值，如空調水系統通常以末端變流量方式運行，同時空調負荷的隨機性變化，減少由于水泵實際工作點與設計工作點發生偏移而造成的運載負荷增加。變頻調速水泵在部分負荷狀態下低轉速、低能耗運轉，可使其流量、揚程及消耗的功率作出相應變化。

通過模擬軟件進行預判控制列表，實現系統高效運行，確保系統在任何負荷條件下，保持較高的系統能效比，實現系統協調運行和綜合性能優化。

4 結語

基于能耗模擬優化的策略控制技術，分析用能設備能耗運行薄弱環節，改變目前建筑用能系統的離散控制，從宏觀上預判建筑設備運行狀況，根據負荷實時在線修正及調整設備運行狀態，達到能耗合理化配置。

[1] 郭克鋒.山西省建筑能效測評工作所遇問題探討[J].山西建筑,2015，41(32):182.

[2] 辛麗琴.暖通空調系統的冷熱源節能探討[J].山西建筑,2015，41(29):187.

[3] GB/T 50314—2006,智能建筑設計標準[S].

Green building intelligent control system on basis of strategies

Li Shifeng

(ShanxiBranchCompany,China&ForeginConstructionEngineeringDesignandConsulttingCo.,Ltd,Taiyuan030000,China)

This paper proposes the control system of green building, analysis the difference of building energy consumption between energy simulation software and test value, set reasonable and reasonable control parameters and threshold range, matched energy consumption software simulation curve, achieve reasonable energy-saving effect.

building energy consumption, control system, energy simulation

1009-6825(2017)21-0185-03

2017-05-13

李世峰(1982- )，男，助理工程師

TU201.5

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