分析智能建筑节能与技术

谢明辉

【摘要】笔者经过多年的实践探究，探讨分析了建筑智能化技术和节能的本质，深入诠释了建筑智能化技术和节能的最佳实现途径。

【关键词】建筑智能化技术；节能；设计

电能供需是二次能源，但是近年的矛盾却是越来越严重，能源的极度缺乏已经非常严重的限制了我国的经济发展。建筑节约用电，就可以非常好的起到节约能源作用。建筑的照明节能设计和控制、电动机以及风机的节能设计、建筑的空调系统等等来进行节约能源，就可以达到建筑智能化。

1建筑智能化技术和节能设计的发展目的以及历程

智能化建筑指的是，对于整个建筑的结构系统和服务以及管理之间内在的关联采用最佳性能来考虑，创造一个投资合理，又具备高效利用的温馨、舒适的居住环境。

1.1智能化建筑的历史

智能化建筑源于上世纪美国的80年代初期，美国的康涅狄格州的哈特福特市的智能化大楼实现自动化的综合管理，整栋大楼建筑物的防火系统、放盗系统、供水系统、供电系统都是通过计算机进行系统的控制，整栋建筑物就是一个智能化综合体。随之的几年，欧洲和日本都对智能化建筑做了相应的研究工作。德国和法国都在上世纪80年代末期和上世纪90年代初期建立起了智能化建筑物。中国的香港和台湾也在上世纪80年代末期和上世纪90年代初期建立起了具备高标准的智能化建筑物[1]。

1.2智能化的目的

智能化建筑就是采用智能计算机技术、数据控制技术、通讯技术、多媒体技术以及现代建筑技术有机的结合在一起，采用相关的设备对其进行自动监控，将信息资源进行综合管理，将居住者的生活信息和建筑物环境完美的结合，投资合理，建成后的智能建筑具备舒适、安全、便利、高效的特点。

2智能建筑的节能控制

目前，国内对智能建筑本身的节能性还没有得到足够的认识和重视，智能建筑各系统的效能实现并未达到最优化；同时，对于已建成项目，由于设备系统服务商的后期支持与维护滞后，加之管理人员的不专业性，也是阻碍智能建筑价值发挥的一大瓶颈。[2]

通过对写字楼、酒店等商业建筑的统计，其照明、空调系统的耗能情况大致为：

（1）照明系统：写字楼照明耗能占总耗能的比例为25%—55%，平均35%；酒店照明耗能占总耗能的比例为30%。

（2）空调系统：写字楼空调耗能占总耗能的比例平均为60%，其下限为50%，上限不高于70%；酒店HVAC（热、通风和空调控制）耗能占总耗能的比例为40%—50%。

下面就以照明、空调系统为例，探讨智能建筑的节能控制途径，以求系统的效能整合与资源的充分利用。

2.1照明系统的管理控制

照明监控系统主要监视照明配电系统的工作状态，以便对照明系统进行有效的管理，保证其正常工作，实现设计要求；同时，根据一定的程序控制各类灯具的开启、关闭和调光、感应，从而达到节能的目的。其控制方式可以根据设定好的时间和程序，设定控制建筑物内外的各种照明器具启停和顺序，另外，在有特殊情况出现时，使照明设备做出相应的联动。[3]

（1）定时控制方式

将每个区域的照明设备分为若干回路，各回路均受照明开关控制器的控制。用软件编制各组照明灯具开启、关闭的时间表，以满足不同时间段照明的需要。对那些有规律的使用场所，按预定的时间自动的开启、关闭不同组别的灯具，避免其长期点亮带来的能源浪费。

（2）智能控制方式

采用计算机、通讯、网络技术，通过探测器和传感器检测照明区域的某些信息，照明控制器以此作为依据，对照明系统实行智能化集中控制，从而根据不同的需求（如调节照明灯具的开启、关闭、亮度）和条件（如合成照度控制、定时控制、人员活动检测控制）实现各种运行参数、模式的设定及修改。

（3）合成照度控制

根據日光对室内的影响程度，将空间划分成若干个照明区域，在每个区域内依据照明负荷或面积分成不同的供电回路，采用光线传感器与功率调光器，依照室外阳光强度和室内照度相结合控制电灯的开闭和调整灯光亮度。这样既可充分利用自然光，达到节能的目的，又可提供一个基本不受季节与外部环境影响的相对稳定的视觉环境，以满足舒适照明的需要。

（4）人员活动检测控制

在照明区域内安装有声、光、红外元件构成的传感器（或智能化面板开关），用于检测该区域内是否有人员活动。一旦人员离开该区域，控制装置按程序中预先设定的时间延时后，自动切断照明电源或控制照度维持在最低限度，从而节省能源。同时，该传感器也可以兼作可疑行动或非法人侵报警探测用途。

2.2空调及通风系统的节能控制

空调通风系统通常由制冷系统、冷却水系统、空气处理系统及热力系统组成，其作用是保证建筑物内具有舒适的工作、生活环境和良好的空气品质。由于系统设备种类多、数量大、分布广，消耗了建筑物近一半的电能，所以其监控系统的主要任务就是采用自动化装置监测各种参数和设备的工作状态，并根据负荷情况及时控制各设备运行，以节约能源。[4]

（1）冷源系统的节能控制

通常空调系统中冷冻水泵和冷却水泵的容量，是以建筑最大设计热负荷选定并留有余量，其运行条件按照长期在固定最大水流量下工作考虑，而实际上由于季节、昼夜和用户负荷的变化，空调热负荷在绝大部分时间内远低于设计负荷；并且冷冻水一般设计温差为5—7℃、冷却水温差为4-5℃，在系统流量固定的情况下，全年绝大部分运行时间温差仅为1—3℃，也就是说系统是长期处于低温差、大流量状态工作，这无疑增加了管路系统的能量损失、消耗了水泵运行的输送能量。

通过采用随热负荷而改变水量的变流量空调水系统，经变频器调节泵的转速以调节水的流量，从而节约低负荷时水系统的输送能量，其节能率通常都在40%以上。

（2）空气处理系统的节能控制

空调系统的送风量通常是按夏季室内的最大余热量设计的（以照明发热量及围护结构传热量为主），而实际上全年出现最大负荷量的时间很短，一般空调系统80%以上时间是在小于80%负荷下工作。通过采用变频调速控制风机进行变风量运行，使之根据房间热负荷变化，从而改变自身转速与风量。

（3）最小新风量控制

对于建筑内活动的人群必须保证一定的新风量，但新风量取得过多，将增加新风耗能量（设计工况：夏季室外温26℃、相对温度60%，冬季室温22℃、相对湿度55%下，处理一公斤室外新风量需冷量6.5kWh、热量12.7kWh），故在满足室内卫生要求的前提下，减少新风量，具有有显著的节能效果。但在采用变风量控制的空调系统中，当送风量在运行过程中随着负荷的减少而不断减少时，新风量也将随着送风量成比例减少，在负荷很低的情况下，就有可能出现新风量不足现象，因此必须对最小新风量进行控制，例如采用风阀跟踪调节、送回风机控制、设置独立新风机控制等。同时，对室内C02浓度的监测也是确定与自动调节新风量的一项重要指标（CO2：允许浓度值一般取0.1%（1000ppm））。

（4）提高室内温、湿度控制精度

传统建筑由于没有采用楼宇自控系统，往往造成夏季室温过冷（低于标准设定值）或冬季室温过热（高于标准设定值）现象，这不但不适宜对人体健康和舒适性的要求，同时也浪费能源。据美国国家标准局统计资料显示：如果在夏季将设定值温度下调1℃，将增加9%的能耗；如果在冬季将设定值温度上调1℃，将增加12%的能耗。因此按照设定自动调节并根据室外变化情况，将室内温、湿度控制在设定精度范围内是空调节能的有效措施。[4]

（5）克服设计冗余增量

空调设计中的冗余现象大致有以下方面：（1）设计人员一般依据当地气象资料的极端气温条件来计算各台空调的负荷峰值，从而确定最大需求值与供能设备，但是在实际运行中由于系统并非始终处于极端条件，于是产生因静态设计带来的合理设计冗余；（2）空调系统在运行过程中各空间的最大负荷并非同时产生，在时间段上有一定参差，这种因供能不平衡而形成的冗余不可避免，或者说也是合理的；（3）因为对空调系统设计和认知缺乏足够实践，沿用经验设计，甚至对所计算出的能量负荷不仅未考虑“同时使用系数”，反而仅凭估计乘以几倍的“安全系数”，结果造成空调能耗的大幅增加，产生由于人为因素所导致的

不合理设计冗余。

通过采用智能监控系统，对空调供回水系统流量参数进行动态非线性控制，及时調整设备合理运行，克服设计冗余增量，从而达到调控与节能要求。

3智能化建筑物的节能价值

智能化建筑物和节能设计可以极大的降低控制环节，增强整个建筑物的稳定性能和可靠性能。智能化建筑物的投资是一种前期投资多后期收益长的方式，相比较传统的前期投资少后期维护多的方式来看，不论是从节约能源还是从实际的经济效益来看都具有至关重要的意义。智能化建筑物一般都是采用高新科技对建筑物进行多方位的控制和调整，采用高新技术实现建筑物设备最终的优化和集成，保障了高效的运行，实现了节能调控。

结语

智能化建筑物是建筑行业所共同追求的目标，是提升建筑行业必走之路。节能设计对于能源的可持续发展以及合理的利用都是非常关键的因素之一。合理利用资源，降低能源的损耗，长期走可持续发展路线，不仅可以促进建筑行业的大进步，还使得整个社会都产生了积极的影响。

参考文献

[1]茅荣.探讨建筑智能化与节能设计[J].科技专论，2012，11（5）：22-24.

[2]王珂.建筑智能化与节能设计[J].山东同圆集团设计有限公司专辑.2011，7（23）25-26.

[3]童立嵩.建筑智能化与节能设计[J].建筑科学.2010，12（3）18-20.