智能科技助推绿色建筑发展——建筑能效智能监管系统设计技术研究

文｜ 上海现代建筑设计（集团）有限公司 赵济安

珠海派诺科技股份有限公司 徐 斌

智能科技助推绿色建筑发展
——建筑能效智能监管系统设计技术研究

文｜ 上海现代建筑设计（集团）有限公司 赵济安

珠海派诺科技股份有限公司 徐 斌

通过建立建筑能效系统运行监控平台，实现对建筑的综合能效管理，能有效地提升建筑设备系统的协调运行并优化建筑综合性能，从而为绿色建筑的建设提供基础条件。

智能化科技 助推 绿色建筑

建筑智能化集成系统技术应用的日趋深入，从而为绿色建筑的建设提供了基础技术条件，建立建筑能效系统监控平台，对建筑物实施能效智能化监管，将有效地提升建筑设备系统的协调运行并优化绿色建筑综合性能。本文作者通过系列示范工程的实践并以“建筑能效智能化监管系统设计技术研究”为专题进行探讨，从而归理出指导绿色建筑目标要求的智能化设计方法及技术要点。

1 绿色建筑智能化系统核心技术综述

1.1 绿色建筑智能化系统建设要求

建立建筑能效系统运行监控平台，实施对建筑物进行综合能效管理，能有效地提升建筑设施系统协调运行和优化建筑物的综合性能，实现能源更大化的降耗功能，为绿色建筑的综合性能提供技术保障。

1.2 绿色建筑智能化系统应用目标

基于建筑物的测控信息网络等基础设施，具有获取、处理、再生等运用建筑内外环境信息的综合智能化，建立提供高效、舒适、便利和安全的功能条件，从而形成良好的生态及节能行为的可持续性发展建筑。

1.3 建筑智能化系统绿色功效明细

（1）对建筑设备系统等运行信息进行积累，并基于历史数据的规律进行分析，使设备系统在不断优化的管理策略下运行，以形成更好的环境状态来感知环境。

（2）对设备运行的各类能耗参数进行监控，根据建筑物各功能空间的实际需要，实时地进行系统优化调控；根据具体需求适时地对智能化系统进行系统的配置整改及功能提升，使各建筑设备系统高效运行，对建筑物业的管理更合理科学。

（3）对能耗系统分项计量及统计的数据分析和研究，进行趋势预测，从而建立科学完善的有效节能运行模式与优化方案，以达到良好的降耗功效。

（4）对机电设备运行监测数据的累积，通过对系统能量负荷的平衡进行更优化核算，提供科学有效的运行策略，为提高建筑的综合性能提供技术保障。

（5）对建筑能耗设备高效管理和对太阳能、地源热能等可再生能源的有效利用，为实现低碳经济下的绿色环保建筑提供有效支撑。

2 绿色智能化系统技术依据

现行国家和地方关于智能化技术围绕绿色建筑的若干文件提出如下规定：

（1）《 绿 色 建 筑 评 价 标 准 》（GB/T 50378-2006）

第5.2.5条：新建的公共建筑，冷热源、输配系统和照明等各部分能耗进行独立分项计量。

第5.2.12条：建筑物处于部分冷热负荷时和仅部分空间使用时，采取有效措施节约通风空调系统能耗。

第5.6.9条：建筑通风、空调、照明等设备自动监控系统技术合理。

第5.5.14条：设置室内空气质量监控系统，保证健康舒适的室内环境。

（2）《 智 能 建 筑 设 计 标 准 》（GB/T 50314-2006）

第1.0.3条：智能化建筑工程建设，应贯彻国家关于节能、环保等方针政策，应做到技术先进、经济合理、实用可靠。

第2.0.1条：智能化建筑——以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。

（3）《公共建筑节能工程智能化化技术规程》（DG/TJ08-2040-2008）

第4.1.1条：公共建筑节能工程智能化系统应包括综合采用信息通信、计算机网络、自动化与智能化控制等智能化技术的建筑能效综合管理、空调节能监控、给排水节能监控、变配电节能监控、照明节能监控、可再生能源利用监控和遮阳及门窗启闭节能监控等智能化系统。

第4.1.2条：公共建筑节能工程智能化系统工程设计，应根据建筑规模、节能精度与效率等目标以及物业管理的需求，选择配置相关智能化系统及确定各系统节能监控的要求。

3 设计技术流程研究

绿色建筑智能化设计流程一般包括系统可行性前期设计、系统规划方案设计、系统技术设计、系统实施设计等阶段。

（1）系统可行性前期设计

◆ 确立绿色建筑工程技术目标；

◆ 对建筑环境及机电设施等基础建设提出符合监控工艺条件的基础要求；

◆ 编制绿色建筑智能化系统建设可行性技术报告（技术及经济）。

（2）系统方案设计

◆ 归理智能化系统基础条件，依据有关技术规范要求设计；

◆ 规划项目绿色建筑智能化系统信息构架模型，确立信息采集装置、通信平台、综合管理的信息处理原则；

◆ 制定绿色建筑能效智能化监管技术策略。

（3）系统技术设计

◆ 树立项目绿色建筑智能化系统设计目标；

◆ 确立智能化系统的功能、范围、控制响应与精度等综合技术指标；

◆ 构建智能化系统技术框架及控制策略细则；

◆ 制定智能化系统测控网络及各控制环节技术的明细要求。

（4）系统实施设计

◆ 编制系统技术原理图、网络拓扑图；

◆ 编制系统通信原理图、电气接口原理图；

◆ 编制该项目系统监控及受控设备建筑平面布置图、安装图、接线图等；

◆ 编制系统监控设备分类及控制点位统计表；

◆ 编制系统信息显示、传输、打印等状态图表；

◆ 编制系统运行程序技术说明文件。

4 系统设计技术要点

4.1 系统目标设计技术要点

（1）系统设计：应做好对各类机电设备运行实施绿色监控及优化管理的后续智能化技术配接，以符合国家对绿色建筑工程的整体要求。

（2）系统配置：应根据建筑的使用功能、建筑规模、能耗特征及运行管理方式等状况，落实高效节能及确保建筑生态环境的系列智能化技术措施。

4.2 系统前期设计技术要点

（1）系统应通过对该类建筑内各能耗设施实施信息采集、显示、分析、处理、维护及优化管理。

（2）系统应具有实时性、全局性、系统性、制约性的综合能效管理。

（3）系统应达到建筑内各能耗设施可测控性、能源优化使用及经济性最佳组合。

4.3 系统规划设计技术要点

绿色建筑智能化系统的构成一般应包括建筑设备能耗信息通信平台、信息采集装置及能效综合管理软件系统，并建立完善的信息模型和能耗信息的处理措施。

（1）能耗信息采集装置要求

◆ 所采集信息应满足建筑物业管理及建筑节能的目标；

◆ 应分别对空调、给排水、变配电、照明及其他各类能耗设备系统，采集以数据方式输出并真实反映能源使用、转换以及损耗等运行状况的信息；

◆ 信息模型应包括冷热源系统；送排风系统；给排水系统；太阳能利用（光伏发电、太阳能热水）系统；污水源、江水源、地源热泵系统；变配电系统；照明系统；风能利用（风力发电）系统；门窗启闭监测系统；蓄能系统（冰蓄能）；回收利用（雨水收集、污水利用）系统等；

◆ 信息模型一般来源于相关工艺图，但由于工艺信息通常不能准确反映能源状况，需补充一定的监测信息量，以完善信息模型并准确反映能源状况。

（2）信息通信平台建设要求

◆ 能耗信息采集装置应在采集信息基础上完成信息预处理、分析计算等工作，并将计算结果反馈给管理平台；

◆ 能耗信息应能够满足对平台下发指令的响应要求；

◆ 能耗信息预处理、分析计算等应满足采样的精度和周期要求；

◆ 能耗信息传输数据应无损失或符合测量精度。

（3）能效智能化监管分析、测试和控制模式等功能要求

◆ 可对建筑内所采集的各能耗设备实时运行的数据进行分析和处理，实现综合管理；

◆根据区域、类别、时段用户的需求，对能源信息进行汇集、统计、记录等功能；

◆ 具有CO2排放分析、冷热负荷分析、单位建筑面积能耗分析和区域能耗统计分析等功能；

◆ 按降低能耗的管理规程及提高设备能效的运行程序，对能耗设备、设施进行优化性能的提示及具有实时反馈运行限额、提示调整负载分配的功能；

◆ 能对各能耗设备运行的实时基础信息、分析控制信息进行数据记录和资料存储；

◆ 具有实现后台调用和分析功能，仿真测试模块的功能（采集对象的仿真环境要求可通过硬件模拟，实现测试数据采集、预处理、分析计算等反映信息采集装置的响应能力和精度保证的能力；采集对象的模型应包括新风机组COP计算模型、冷热源传输系统输送能效比计算模型、冷热源COP计算模型、PID控制模型、基于性能曲线的I/O控制模型。模型的计算精度与采集精度应给出相应的计算推导，以确保控制计算响应与精度要求；采集信息的传输及真实性验证仿真环境，应通过硬件传输手段对测试采集处理数据的传输效率及数据的真实性验证。信息采集装置应在本地存有不少于24小时的原始数据及预处理后的数据结果，信息采集装置和管理平台应能同时打印、存储和显示传输的数据，作为验证数据真实性的依据；能源管理平台仿真环境，应能接受信息采集装置传输的数据，并针对数据类型进行管理、存储和显示）。

4.4 系统技术设计技术要点

（1）绿色智能化系统的测控网络及各控制环节技术的关键，是系统的功能、范围、控制响应与系统精度等综合技术指标，以及具体工艺控制策略及方法。

（2）采集信息的信息预处理工作，应符合基本的采样理论要求，满足采样的精度和周期要求，并对因设备精度带来的采样误差进行处理。

（3）采集信息的分析计算工作，应能满足基于性能曲线的I/O控制、PID控制的要求，并对因分析计算带来的误差进行处理。

（4）采集信息的结果反馈工作，应能满足数据无损失传输到管理平台，能够保证数据的真实可靠性，同时宜在信息采集装置（本地）保留一定时间的原始数据作为验证数据。

（5）信息采集装置，应能够根据管理平台下发的指令做动态响应，包括模糊控制、比例控制等节能控制措施，同时采集设备运行状况的反馈信息。

（6）能耗管理控制策略及方法，应根据负荷时间表进行基于负荷管理和功能服务时间表协调的控制。

（7）能耗管理控制策略及方法，应根据工艺状态在工艺参数的允许范围内进行节能优化控制。

（8）能耗管理控制策略及方法，应基于模型的节能控制、新风机组COP计算模型、冷热源传输系统输送能效比计算模型、冷热源COP计算模型、水泵等功率环节的PID控制模型、性能曲线的I/O控制模型进行节能优化控制。

4.5 系统实施深化设计技术要点

为了有效指导绿色建筑智能化系统工程的实施，必须提供完整的技术文件，文件包括技术原理图、网络拓扑图、系统通信原理图、电气接口原理图、系统监控及受控设备建筑平面布置、安装、接线等图、系统监控设备分类及控制点位统计表、系统信息显示、传输等状态图表及系统运行程序技术说明文件等。

5 结束语

各类现代建筑中已普遍配置了建筑设备管理和物业管理及相关的智能化系统，因此，推广建立以实现绿色建筑为整体目标，凭借对耗能信息采集和管理平台的信息共享及协同工作构架方式的绿色建筑能效智能化监管系统，依据在建筑各类机电设备运行中所反映其能源传输、变换与消耗的特征，采纳系列智能化控制计策，实现绿色建筑能源更大化的节能减排功效和推动绿色建筑技术发展具有重要作用。本文在“建筑能效智能化监管系统设计技术研究”中，将建筑智能化技术与绿色设计理念相融合，更注重突出智能化功能和绿色功效，为推进智能化技术与绿色建筑一体化及策略化的协调发展，显著地提高了现代建筑建设质量在新科技应用方面所做的探索。