綠色建筑智能控制系統

王少華

【摘 要】伴隨著信息化和城鎮化步伐的加快，新興的建筑也在逐漸取代傳統建筑。在當前信息化全面到來的時代背景下，以“綠色”為理念，“智能”為手段，綠色建筑成為當今世界建筑的新“趨勢”。在綠色建筑中，以通信技術、控制原理和建筑知識等相結合，作為智能控制系統的設計基礎，從而實現我們對室內環境、家用電器等進行智能檢測與操控。根據我們的生活實際，選擇合理的控制系統中硬件設備的布局方案，包括傳感器的布局、以及執行機構的分布，采用太陽能光伏系統供電和交流電源混合模式，利用感應器以及傳感器，確保信息收集全面、數據傳輸途徑最優、控制策略有效。

【關鍵詞】綠色建筑;智能控制;最優策略

中圖分類號： TU855 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）34-0117-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.34.052

0 引言

伴隨著科學技術的發展，全球經濟得到了快速的進步、科技也有了很大的成果，但是有很多全球環境問題仍然得不到有效的控制。所以，如何使資源、環境、經濟三者友好和諧的發展就成了當今世界急需解決的問題，加快了各個國家攜手發展綠色可持續發展的步伐。建筑方面的產業對我國的社會經濟快速發展有著非常大的貢獻，在做出貢獻的同時，也消耗了大量的能源，成為我國最耗能源的產業之一。目前，我國大部分的新建建筑都有高能耗的特征，而且已存建筑中綠色建筑覆蓋面積小，建筑能源的有效利用率比較低，造成浪費比較大，除此之外，據新的統計年鑒統計顯示我國建筑能源的消耗總量從2010到2013年一直在上升，其占全國能源消耗總量比重也在不斷上升。建筑產業在很大程度上促進了我國的經濟發展的，與此同時，建筑業也需要有一些轉型發展與改革創新，使我國的建筑產業向著低能耗、綠色化、低碳化的方向發展。

1 綠色建筑在國內外發展現狀

作為世界上最大的發展中國家，中國經濟的快速發展也對環境產生了不可逆轉的影響，特別長一段時間以來，我國的經濟一直以高耗能、高損耗、高成本、低壽命、低利用的粗獷型模式發展。如今以環境污染為代價的經濟發展模式已然不適合當今世界發展的趨勢，也與我國當前的發展方向不相符。因此，為了盡快改變當前建筑業的現狀，盡早實現建筑產業的低碳化、生態化，我們必須做到（1）要以特別快的行動去規范建筑業的綠色發展;（2）增加環保建筑的覆蓋規模;（3）創建長期并且有效的綠色建筑產業。綠色建筑智能控制系統的設計和開發是適應時代發展的產物，可以利用當下發展成熟的技術，自動準確的調整建筑物內的各項指標，調節快速準確高效，成本低，做到經濟迅速發展的同時，還不耽誤我們保護我們的生存環境。

綠色建筑的概念最先是由歐美等國的一些專家提出的，由于20世紀六十年代末，西方國家的經濟得到快速發展后，建筑行業的能源耗損問題也相伴而生。而當時的綠色建筑主要有以下特征：（1）資源低消耗;（2）符合所在地環境要求;（3）用可循環的材料進行建造。智能建筑的概念起源最早的應該是美國，這個概念是在第三次科技革命后的產物，它是在計算機技術和通信技術發展相對成熟后被提出的。隨著世界經濟全球化的發展，許多國家開始實行低碳排放和貫徹可持續發展戰略。現在存在的可信度比較高，而且使用范圍廣，評價結果比較容易被大眾所接受的是美國的《綠色建筑評估體系》，就是我們常見的LEED體系，相比于在綠色智能建筑的研究方面，我國在該領域的研究時間較短，但是由于現在能源、環境與經濟發展等方面的問題日益突出，我國政府對這方面的研究極其重視，為了推動綠色智能建筑的發展，我國政府不僅向全國呼吁綠色節能的發展模式，更是頒布了一些相關政策來扶持綠色智能建筑的發展。

2 系統總體架構設計

綠色建筑智能控制系統的設計，最終的目的是滿足用戶在綠色建筑中對生活及工作等方面的需求。所以我們在設計過程中，需要考慮到用戶對于室內環境的需求、對家用電器的控制、以及其他需求，運用移動互聯網嵌入式平臺以及傳感器等技術，在設計中我們采用模塊化的結構方式，把整個建筑上的控制系統按照各個部分所控制的功能的不同，分成若好幾個子模塊，讓各部分之間減少相互之間的耦合，增加各模塊之間的內聚程度，給用戶帶來更滿意的體驗。在設計過程中，設計原則：從上到下;而開發原原則：從下到上。可信度最高、適用度最廣、評價結果比較容易被人們接受的設計綠色建筑的智能控制系統。

2.1 中央控制子系統

在整個綠色建筑智能控制系統中，相比之下最核心的部分應該就是中央控制子系統了，這個子系統負責處理別的模塊收集的各種信息，從而控制節點的開閉，在使用過程中，還需要不斷學習用戶的行為習慣，然后完成對整個系統的調度和控制。

2.2 室內環境子系統

在室內環境子系統中，我們打算在地上鋪設蓄熱盤管來達到對室內溫度的控制目的，這種方法最大的優點就是綠色、環保、節能。當我們需要調高室內溫度的時候，系統的工作方式可以分為以下四種：

（1）當水箱的溫度、水位高低都合適時：需要運行電磁閥V3同時打開水暖循環系統P2，利用水泵的壓力將暖水流抽到蓄熱盤管中，在此期間對進水口的溫度和水流量進行觀察并記錄有效數據，當溫度達到我們的要求后，就可以關閉電磁閥，結束升溫過程。

（2）水位不夠：在此情況下，需先打開電磁閥給蓄水箱注水，順便記錄累計用水量，蓄水過程直到滿足系統要求為止，接著關閉電磁閥V1，開啟升溫過程。

（3）水位合適，溫度較低：就得打開V2和太陽能集熱循環泵P1，在這個過程中，導入蓄水箱的水要先流經太陽能進行加熱，這個時候我們還需記錄下太陽能集熱器入口處的溫度T1、流量F1以及循環后的溫度T5和流量T5。

（4）日照條件差：當天氣條件不好時，太陽能不能提供我們所需的溫度，這時就需要用電來啟動電加熱器，等蓄水箱內水溫升高到合適的溫度再開始升溫。

當我們需要降低室內溫度時，系統分為以下三種方式進行工作：

（1）溫度合適，水量足夠：抽冷水到盤管內，記錄盤管進出水口的溫度，流量，當室內溫度達到用戶要求時，關閉電磁閥，停止降溫。

（2）初始水位比較低：需打開電磁閥引自來水到蓄水箱中，記錄水箱累計用水的水量，到水量滿足用戶的要求為止，接著關閉電磁閥V1，用冷水進行降溫。

（3）蓄水液位合適，溫度較高：關閉電加熱器，待降到合適溫度時，再開始降溫過程。

由上述內容可以看出，我們升降溫過程的關鍵是電磁閥和水泵的配合，通過這一方法，可實現綠色建筑智能控制系統中對溫度的要求，除此之外，還可節約能源，減少建筑排放量。

2.3 硬件部分設計

室內環境子系統的主要任務就是采集室內的空氣溫度、空氣濕度還有采集光照度，然后根據設定的閾值對相關環境參數進行控制。室內空氣溫濕度采集使用了上海羽聲智能科技有限公司生產的YS8116B型的數字溫濕度傳感器。該傳感器為RS485總線式溫濕度傳感器，通過使用標準的Modbus-RTU通信協議達到多點同時監測的目的，還有組網并遠距離傳送數據的功能，并且具有以下特點：（1）測量范圍寬;（2）精度高;（3）線性度好;（4）防護性能好;（5）安裝比較方便等特點。此傳感器的主要參數為：溫度量程：-40～120℃，測溫精度：±0.5℃，分辨率達到了0.1℃;濕度量程為0～100%RH，精度為±2%RH，分辨率為0.1%RH。這個傳感器采用單總線數據傳輸模式，其接口電路如圖1所示。

3 結束語

針對國內綠色建筑智能控制系統與發達國家相比還有較大差距的現狀，對綠色建筑智能控制系統進行了研究和設計。通過設計使綠色建筑智能控制系統能夠較好地滿足用戶的需求，還在很大程度上保護了環境，更重要的是響應了國家可持續發展的戰略，讓可持續發展不僅要處于意識形態層面，還要適用于生活實踐。通過將綠色建筑和智能控制相結合，使未來的建筑變得更加高級，更人性化，更接近人們的實際生活，最主要的還是要使人們的生活更加方便。實現綠色建筑的智能控制還有很長的路要走，我們應該更加努力，為可持續發展以及節能減排做出自己的一份貢獻。

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