基于策略的绿色建筑智能化控制系统

李 世 峰

(中外建工程设计与顾问有限公司山西分公司，山西 太原 030000)

基于策略的绿色建筑智能化控制系统

李 世 峰

(中外建工程设计与顾问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统，分析建筑用能系统运行过程中能耗软件模拟值与实测值之间的差别，利用能耗软件对设计方案及用能系统进行模拟，设置合理的控制参数及阈值范围，匹配能耗软件模拟曲线，达到合理的节能效果。

建筑能耗，控制系统，能耗模拟

0 引言

资源短缺和环境问题已经引起人们的强烈关注，而建筑的全寿命周期，即建筑建造、使用和拆除过程中消耗大量的能源，造成巨大的污染。根据有关统计数据，建筑能耗约占社会终端能耗的30%。绿色建筑作为降低建筑能耗的重要手段，重视度日益提高。资料显示，与传统建筑相比，绿色建筑节约能耗10%～80%，节能减排效果明显。

低碳技术是绿色建筑的基本要素，从建筑的规划、设计、施工、运营及拆除全寿命周期分析建筑能耗，建筑运营能耗约占据建筑能耗的30%～75%，如何有效的降低建筑运营能耗强度，一是在优化用能系统设计思路，二是良好的建筑设备控制策略，后者是我们建筑电气设计者引以为重的内容。

1 建筑运行能耗设计与实测的差别

根据山西省建筑科学研究院编制的《山西省建筑能效测评试点研究报告》，可知，居住建筑与公共建筑能耗强度在能耗软件模拟计算与实测数值上有较大的偏差[1]，具体表现如下。

1.1 软件模拟建筑能耗强度

1)能耗模拟过程中，依据设计文件设置参数，但有些参数设计没有涉猎，如锅炉运行效率、循环水泵耗电输热比，则在模拟中依据竣工图中的节能设计标准取值。

2)建立能耗模型过程中，不采暖阳台的两种建模方式，与实际的节能设计有些偏差。

3)能耗分析参数中发电煤耗每年都会变动，但这个数据无法修改，变相会加大热源耗电量，降低建筑相对节能率。

1.2 建筑能耗强度实测分析

1)居住建筑能耗强度与人为舒适度调整、室外温度及个人用能等随动性因素息息相关，任意相关因素的调节都可能导致建筑能耗强度的变动。

2)公共建筑能耗强度与用能系统设计优化水平、建筑运行管理水平、人流密度及个人舒适度紧密相关；且多数公共建筑多采用空调系统分区设置，照明实施自控同时强化制度严格个人节能意识，导致公共建筑能耗强度随季节室外温度及用户使用习惯波动，目前的能耗分析软件尚无法精确刻画此种细节。

2 能耗分析软件的应用

利用模拟软件对设计方案及用能系统进行模拟，寻求最优化设计方案，通过对温度梯度场的分析，力求最优控制手段。

2.1 设计方案软件模拟

利用建筑模拟软件分析的设计方案，建立三维可视模型，如图1所示，通过抽象模型、建立模型、参数设置和指标评价等方法对建筑模型进行室内外风环境、光环境、声环境、室内颗粒物分布及能耗的模拟。

2.2 用能系统软件模拟

用能系统主要指建筑运行中的空调用能系统及照明用能系统，其他动力设备及辅助用能系统，不在本论文分析范围之内，可以通过设备选型及强调个人用能进行约束。

根据有关资料，公共建筑能耗强度中，空调系统能耗所占达到40%左右，比例最大，其次为照明系统，所占达到20%左右；因此，本论文将空调用能系统及照明用能系统的方案优化设计及策略控制放置重要位置。

空调用能系统三环节“冷热源—管网输配—末端”紧密相关，将空调用能系统的冷热源、管网输送、末端装置等关键环节的系统能效提升关键技术通过数值模拟进行方案优化，选取经济节能的优化用能系统方案。

由图2可知，空调用能系统三环节相互关联相互影响，若只对单一环节进行能效提升，而非系统整体匹配，节能效果极其有限，甚至无法满足设计效果。因此，从空调用能系统出发，将关键环节的匹配技术有机结合，以期最优效果。

目前，空调用能系统在冷热源、管网输送、用能末端等单项节能技术较为成熟，技术类型多种多样，如可再生能源建筑利用、高效变流量管网输配技术及低温末端散热装置等，但较少融合运用于整个系统[2]。

利用能耗模拟软件对空调用能系统进行全工况模拟分析，优化用能系统方案。某项目办公楼选用两台型号为PSRHH1901C-Y的螺杆热泵机组为该建筑物提供冬季热负荷及夏季冷负荷，末端为风机盘管加新风机组空调系统及地板辐射采暖系统。热泵系统的主要设备技术参数见表1。

表1 热泵系统的主要设备技术参数表

能耗分析软件对设备包括制冷机、冷却塔、空调机组及系统运行如末端运行形式进行建模分析，通过模拟设定室内温度，进行节能分析。对该项目，考虑其为公共建筑，部分功能区域人员流动较大，因此，在模拟过程中，对人员流动区域设置独立的冷热源系统分区设置，一是便于过渡季部分负荷多使用自然风，二是人员的多少直接影响空调负荷，从控制角度考虑便于操作。同时利用变频技术及设置合理的热泵启停温度，达到理想的节能效果。

3 策略性的智能控制系统

设置合理的智能控制系统，匹配能耗软件模拟曲线，通过对用能系统设置合理的控制参数及阈值范围，达到合理的节能效果。

3.1 照明控制系统

1)混合照明控制系统，以太阳光照明为主，人工光源进行辅助照明。利用光学纤维技术，利用太阳能技术对建筑物进行照明，一扩大太阳能的利用范围，二可节省常规能源。

在建筑局部区域利用光导采光系统传输自然光，以照度为控制参数，若自然光照度达不到设计要求时，利用人工光源有效补充，形成照度分布为自然光及人工光源照度耦合矢量场。但是，自然光受外界条件影响较大，则人工照明可采用分阶调光控制或连续调光控制等调光控制策略。

2)功能分区照明控制系统，根据人流量、利用时间段及工作模式细分功能场合，实现关闭非必要的照明，自动开启必须照明，实现不同功能场合的灯具选配，实现多样化的控制模式。在保证必要照明的前提下，既可减少灯具工作时间，又可延长灯具的寿命。

以某现代办公楼的照明为例，可实现照明系统全自动运行，通过时间控制器实现系统按设置切换各种工作状态，如，上班时间将至，系统自动开灯且光照调节至合适水平。通过分区设置控制参数，可实现靠窗区域，尽可能利用自然光，若天气晴朗，光源自动调暗；若天气阴暗，光源自动调亮，以保证照度要求。

特别的，通过区域功能划分，实现公共区域的灯具协调工作，如在公共走道及楼梯间设置控制器件，当晚上办公区有员工加班，公共区域保持基本亮度，当所有员工离开时，将灯具关掉；进一步，可实现公共区域灯光的场景设置，当区域无人员行走时，照度维持在安全照度，当有人员行走，通过感应器件，照度恢复至设计照度。

对重点区域，设置适合的控制策略，可实现良好的照明效果。如办公前台是公司的眼睛，其设置充分考虑照明的气氛及照明与建筑周边的协调，营造出一个舒适的迎宾环境。办公区通过时间分段，也可在各办公室设置手动控制面板，可人为调节适合自己的照度水平。会议室作为办公的组成部分，采用多回路控制手段，实现会议室在不同的使用场合不同的灯光效果，可与投影仪联动，需要播放投影时，照度自动缓慢调暗；投影仪关闭，照度自动调节至设定效果。

3.2 空调用能控制系统

空调用能控制系统各环节相互影响、制约，但又相互独立，在不同时段、区域、参数优先级控制策略下，确保空调用能设备处于高效运行状态。

空调用能其控制系统应统筹系统各参数环节，而非单个参数调控技术的堆砌。而目前主流的模糊控制能较好的适应空调用能的特征，利用模糊规则预判系统运行方式，实现各受控参量的优化控制。

特别的，利用能耗模拟软件，进行系统预判，设置合理的运行区间及运行参数阈值，如空调水系统通常以末端变流量方式运行，同时空调负荷的随机性变化，减少由于水泵实际工作点与设计工作点发生偏移而造成的运载负荷增加。变频调速水泵在部分负荷状态下低转速、低能耗运转，可使其流量、扬程及消耗的功率作出相应变化。

通过模拟软件进行预判控制列表，实现系统高效运行，确保系统在任何负荷条件下，保持较高的系统能效比，实现系统协调运行和综合性能优化。

4 结语

基于能耗模拟优化的策略控制技术，分析用能设备能耗运行薄弱环节，改变目前建筑用能系统的离散控制，从宏观上预判建筑设备运行状况，根据负荷实时在线修正及调整设备运行状态，达到能耗合理化配置。

[1] 郭克锋.山西省建筑能效测评工作所遇问题探讨[J].山西建筑,2015，41(32):182.

[2] 辛丽琴.暖通空调系统的冷热源节能探讨[J].山西建筑,2015，41(29):187.

[3] GB/T 50314—2006,智能建筑设计标准[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，助理工程师

TU201.5

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