智能化技術在綠色建筑資源節約中的應用

楊宇豪，賀盈乾

（西南交通大學建筑學院，四川 成都 610031）

0 引言

我國近年來十分重視資源節約型、環境友好型社會的建設。國家發改委發布的《“十四五”循環經濟發展規劃》提出我國到2025年要基本建立資源循環型產業體系、基本建成覆蓋全社會的資源循環利用體系等一系列目標。這些目標給建筑領域尤其是綠色建筑的可持續發展提出了更高要求。

1 概述

1.1 綠色建筑智能化內涵

建筑智能化是助推綠色建筑發展的持續動力。綠色建筑強調節能環保、可持續發展，對促進人與環境和諧共生的具體指標有相應要求；智能建筑強調運用科技手段實現建筑的信息化、工業化、可視化、集成化，著眼點在于使用者舒適度與便捷性，強調“效率”。綠色建筑智能化是將二者優點相結合，建筑不再單純著眼于環境友好或管理控制，而是運用智能化手段解決建筑的生態可持續問題。

1.2 綠色建筑與資源節約

綠色建筑在材料使用、能源消耗、環境影響等方面有著詳細要求，因此成為建筑領域建設資源節約型社會的重要組成部分。

在GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標準》（以下簡稱《標準》）發布之前，節約資源（節能、節地、節水、節材，簡稱“四節”）和保護環境是綠色建筑評價體系中的核心內容，由此可見節約資源之于綠色建筑的重要性。由于國家對綠色環保的高度重視以及新的時代背景，《標準》在原有基礎上對整個綠建評價體系進行了重新建構，以適應綠色建筑新的發展階段和發展目標。《標準》將原有的“四節一環保”拓展為“安全耐久”“健康舒適”“生活便利”“資源節約”和“環境宜居”5大指標，覆蓋建筑的綠色、安全、健康等多方面性能。《標準》中“資源節約”章節總分值為200分，在所有章節中排名第一。該章節從節地、節能、節水、節材4個方面進行了全面要求，細則規定也較之前版本有了完善補充，可見資源節約之于綠色建筑的重要性。

1.3 我國綠色建筑智能化現狀

1.3.1 對智能化的要求逐漸完善

相較于GB/T 50378—2014《綠色建筑評價標準》在“運營管理”章節“技術管理”部分對智能化作出的規定，如“智能化系統工作正常，符合設計要求”等，只有寥寥數語且極為籠統寬泛，調整后的《標準》在“生活便利”章節中單獨設立“智慧運行”部分，對智能化標準有了詳細規定。其中包含用能自動遠傳計量系統、空氣質量檢測系統、用水遠傳計量系統、管網漏水自動檢測、水質在線監測系統、智能化服務系統（包括家電控制、照明控制、安全報警、遠程監控、接入智慧城市等），幾乎涵蓋建筑的方方面面。

1.3.2 智能化要求缺乏強制性

JGJ/T 229—2010《民用建筑綠色設計規范》在“建筑電氣”章節中對智能化進行了少量規定，如“公共建筑宜設置建筑設備能源管理系統，并宜具有對主要設備進行能耗監測、統計、分析和管理的功能”等，并且只是采用“宜”“可”這樣的表示，沒有強制性的程度用詞，可見我國綠色建筑智能化尚處于提倡與普及階段，暫不具備強制執行性。

1.3.3 智能化技術在我國部分綠色建筑中得到應用

當前我國已有部分地區綠色建筑實現智能化管理，如杭州綠色建筑科技館（設計評價標識三星）、深圳建科大樓（設計評價標識三星）、臺北市立圖書館北投分館（臺灣首座綠建圖書館）等。

杭州綠色建筑科技館曾因其運用了眾多先進節能技術，被稱為中國“最綠建筑”。其全年能耗量只有相同類型建筑的1/4，引領了中國建筑節能新技術的創新與發展。為了滿足日常科研辦公、綠色展示等綜合需求，在節能技術運用上，項目設計團隊始終貫徹可持續發展理念，集成采用了當今最先進的智能節能技術系統，其中包括由英國德·蒙特福特大學專家團隊設計的主動及被動式通風系統、輸送能耗極低的地源熱泵系統、智能化外遮陽、通風百葉系統（見圖1）、以索樂圖日光照明技術為支撐的綠色照明系統、屋頂風光互補發電系統、相較普通電梯節能達70%的再生電梯系統、雨水收集系統及樓宇自控系統等。

圖1 智能化機翼型外遮陽百葉

2 綠色建筑資源節約中智能化技術的應用

2.1 智能化技術與節地

2.1.1 室外環境監測系統

室外環境監測系統利用傳感技術和通信設備，可以監測揚塵、PM2.5、PM10、噪聲、環境溫度、環境濕度、風速風向等各項室外環境數據。管理員可以通過任意聯通互聯網的設備，登錄云平臺，實現室外環境的智慧化管理。系統具有遠程監測功能，可實現現場設備數據的實時監測，同時系統嵌入了智能報警系統模塊，為用戶提供準確、及時和科學的預警、報警提醒，從而極大程度上降低管理難度，并對整個系統的各項數據進行智能分析，獲取高效準確的信息支撐。

在綠色建筑施工階段，施工人員可運用該系統及時掌握工地與建筑的周邊環境現狀、可視化的天氣變化情況，從而對施工做出動態、精準、科學的決策，避免人力、物力資源浪費。

2.1.2 停車場管理系統

合理高效的停車場管理能成為建筑節地的助推器。隨著互聯網的快速發展，智能終端技術的快速提高，傳統停車場管理系統無法滿足市場需求，而智能停車場管理系統搭載物聯網技術，使用用戶智能終端，其建造周期短、成本低，能快速滿足市場需求，因此有著廣闊的發展前景。

整個系統由停車場多個節點安裝的成套設備組成，包括入口設備、出口設備、收銀管理設備、圖像對比設備和車庫指示設備。入口和出口設備以智能化識別、無人值守的方式控制固定住戶和臨時訪客的車輛進出；收銀管理設備負責發放月卡及臨時停車卡和生成移動端支付二維碼等；圖像對比設備能準確識別車牌，并將每輛車的進出圖像實時顯示在管理屏幕上。車庫指示系統可以在車場出入口位置動態實時顯示各區或各層的車位使用情況，并對車輛進行預測性指示。

2.2 智能化技術與節能

2.2.1 空調節能系統

當前，綠色建筑多以大型樓棟為主，空調節能系統是樓宇自動化管理的一部分。智能建筑空調節能系統的核心手段是自控，自控需要由一套整體的控制系統實現，包括空調機組控制、新風機組控制、變風量末端（VAV）控制等。這一系列自控設備能智能化地完成溫度、濕度、風力調節，并且以低能耗維持整套系統運行，達到功能與經濟效益的最大化平衡。

空調節能對于家用、公共建筑使用、廠房使用的情況各不相同，但相同的是智能空調節能系統必然是基于空調的日常使用數據進行自動分析，并實現相應模式變化。

2.2.2 綠色照明控制系統

照明設備作為建筑電氣中的基礎設備在建筑耗電中占比巨大。智能照明控制系統主要包括智能照明模塊（開關模塊、調光模塊）、光亮照度傳感器、人體檢測傳感器、遙控接收器、通信網絡、接口網關、管理控制終端等，不但可以遠程控制控制照明模式與照明區域，同時可對單體照明設備進行個性化調節，精準把控照明需求，不浪費照明資源。該系統在保證基本照明要求的同時，可以達到降低照明設備安裝密度的目的，直接實現自動延時控制和感應自動控制，從而實現低能耗及節能目標。

智能化照明控制系統具有集成化、智能化、網絡化的特點，它集計算機技術、網絡通信技術、自動控制技術、微電子技術、數據庫技術和系統集成技術于一體，除自動感應調節外，還可與智能手機、手表、平板等移動設備相匹配，適應并融入日常生活。

2.2.3 太陽能集熱系統

太陽能集熱系統的工作原理是將太陽輻射能轉換為熱能。系統通過太陽能集熱器加熱水循環并儲存在保溫水箱中，通過智能化設備將熱水運輸到住戶家中。傳統的太陽能集熱器主要有兩種：平板型太陽能集熱器和真空管型太陽能集熱器，前者多于工廠、醫院、酒店等大型場地，后者在小體量建筑中較常見。近幾年出現了一種新型太陽能空氣集熱系統——太陽能空氣集熱系統，相較于傳統的水集熱模式，其結構簡單，便于安裝，受極端天氣影響較小，可作為超低能耗居住建筑的有效輔助能源。

2.2.4 太陽能光伏發電系統

太陽能光伏發電系統指利用半導體器件的光伏效應原理，直接實現太陽能光電轉換的新型能源系統。在建筑領域通常采用屋頂光伏發電系統，其僅依靠太陽能作為發電“原料”且無噪聲無排放，具有極高的清潔環保性，近年來我國對光伏行業的扶持和推廣力度巨大。

該系統為組件，可快速安裝，主要為場地內的路燈、園林燈提供電能。太陽能光伏發電可與建筑單體相結合，依靠建筑外圍護結構（如坡屋頂向陽面、幕墻）直接產生電能，為建筑輸電，這種體系被稱為光伏建筑一體化。

2.2.5 能耗監測系統

智能樓宇能耗監測系統利用大數據、云計算、BIM（建筑信息模型）技術和IOT（物聯網）技術，基于統一的平臺，為綠色建筑提供實時、有效的能耗（耗電量、耗水量、耗氣量、集中供熱耗熱量、集中供冷耗冷量等）數據，并與城市綜合管理系統聯網，實現對建筑進行能耗數據采集、分析，處理，在降低維護和運營成本同時提高樓宇的舒適度及生產生活效率，使用人工智能組織創建安全高效的建筑場所。

2.3 智能化與節水

2.3.1 供水排水控制系統

供水排水控制系統可基于地理信息可視化場景實現多站點位置分布管理，結合視頻監控和數據分析進行資源統籌規劃。具體到建筑內部，系統平臺能實時監測設備的運行狀況和能耗水平，并以曲線圖、柱狀圖或自定義報表的形式展現出來，使運維人員既可及時掌握用水情況，又能科學決策。供水排水監測的形式包括攝像頭實時監控、感應器感應監控報警、智能化數據監控等。

2.3.2 管網漏損管理系統

管網漏損管理系統包括水量平衡分析系統、DMA（獨立計量區域）分區計量系統、壓力管理系統及漏損在線監測系統等。該系統能結合大數據自動在線分析小區或樓棟某一時段內的供水、用水和漏水量，與人工預先設置的指標閾值相比較生成系統的供水平衡模型，為用戶提供一系列人性化、可行的漏損解決方案。在發現異常時，系統會自動進行報警處理，同時不斷監測獨立計量區域中的水壓、流量等數據變化情況，謹防出現爆管事件。最后，系統會智能化根據預案自動控制閥門、水壓、流量等，第一時間啟動故障排查機制。

2.4 智能化與節材

考慮到建筑施工過程的復雜性，智能化施工系統通常是一系列相關系統的合集，包括施工監控系統、入侵報警系統、智能供電系統、建筑材料管理系統、設備管理系統等。建筑材料的支出在建筑工程總支出中占比較大，運用智能化手段可有效降低建筑材耗，掌握施工中建材的動態變化，將資源節約從建筑施工階段做起。

3 結語

當前，我國建筑能耗占社會總能耗的比例約為30%，建筑領域推動資源節約勢在必行。智能化與綠色建筑是建筑領域突破桎梏、不斷進步的必由之路，二者有機結合更體現了辯證、發展的設計觀。我國智能化技術在綠色建筑資源節約中的利用比例正逐年增多，相信隨著建筑科技的發展會繼續增加，為建成全社會的資源循環利用體系貢獻力量。