上海地区公共建筑能源智能管控技术的思考

顾丽韵

上海市建筑科学研究院有限公司

0 引言

近年来，随着我国公共建筑规模及平均能耗强度的增长，公共建筑能耗已经成为建筑运行消耗中占比最大的部分[1]。据《中国建筑节能年度发展研究报告2020》发布，2018 年全国公共建筑（不含北方地区供暖）能耗为3.32 亿tce，在四个建筑用能分项中的占比约33%，而依据《2019 上海统计年鉴》粗略测算，由于上海经济发展水平在全国居领先地位，且不存在冬季采暖能耗，上海地区2018 年公共建筑能耗占民用建筑能耗比例不低于60%，公共建筑节能降耗的空间仍十分显著。

在占据建筑物大部分生命期的运行阶段，融合了信息、决策、控制等要素的智能化、信息化是确保建筑内各系统相互匹配、协调运作，最终实现节能目标所不可或缺的技术手段，作为一种低消耗、高产出的“智力密集型”技术，其作用不可低估、无法替代。因此，充分应用智能化技术提高公共建筑能源管理水平，满足节能运行的做法势在必行。

智能化技术在公共建筑内的主要应用形式有两类：一类是能源分项计量系统；另一类是传统的建筑设备控制系统。前者满足能耗数据的分类分项采集传输与统计分析的要求，但缺乏对设备的优化控制和管理功能，无法直接产生节能效果。后者主要管控建筑内分散设备的运行质量及安全状况，并不能实现以建筑能源优化利用为目的、对建筑用能系统的有效管理与控制。两类系统似乎都无法解决智能化节能的问题。那么，建筑能源智能管控技术的最新发展状况及趋势如何、未来是否具备推广应用的可行性？本文以该问题为驱动，对国内公共建筑设备控制系统及能源管理系统开展调研，以上海地区为例，走访不同类型公共建筑，实地了解其能源智能管控技术的应用情况，并在此基础上，对技术的研究与发展提出对策与建议，以为相关标准及政策的研究制定提供依据。

1 公共建筑能源智能管控技术发展现状与趋势

1.1 标准规范

在近10～15 年内，我国相继发布了相关的国家标准及行业标准，以推广公共建筑能源智能管控技术，并规范其设计、实施与验收，包括《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005、《建筑设备监控系统工程技术规范》JGJ/T334-2014、《建筑节能工程施工质量验收规范》GB 50411-2007 等。上海市建设和交通委员会也在2008 年发布了《关于进一步加强本市民用建筑设备专业节能设计技术管理的通知》（沪建交〔2008〕828 号）。本文通过对上述标准和文件进行调研分析后，将我国主要推广应用的能源智能管控技术进行了总结归纳(见表1)。

1.2 国内外智控产品的研发成果

国内外楼宇设备自控系统厂商对新产品的研发，除实现传统意义上的系统集成、数据交换、数据库整合功能之外，也开始注重引入节能、环保、舒适的绿色理念，持续加强设备能耗监测情况、优化各系统节能运行策略、设施设备生命期管理的功能设计，并针对不同建筑类型的用能需求和运行规律推出相应的管控功能，例如美国Johnson Controls 针对商业建筑VAV 系统设计的“变静压控制”“变静压设定值控制”“定静压控制”以及“总风量控制”策略，加拿大Delta Controls 提供的医疗建筑节能解决方案，同方泰德科技公司针对城市综合体推出的智能灯控、空调机房群控、空调输配系统变频控制功能等。

表1 我国相关国家标准对能源智能管控技术的设计要求[2]

1.3 新一代信息技术驱动下的楼宇智控技术应用新模式

近5年来，随着新一代信息技术的蓬勃发展，大数据及人工智能技术和思维模式逐渐被运用至楼宇智能化节能技术的研究中。肖建平提出了采用搜索与规划技术而不依靠人类工程师设计的控制逻辑和策略对中央空调的冷热源进行控制的方法，从而能自主灵活地应对日常使用需求，并在该方法基础上使用机器学习手段根据各种数据预测建筑物空调负荷需求，以减少空调的过量供应、降低空调能耗[3]。王宏等人以AIoT（人工智能和物联网等技术）在实际绿色智能建筑楼宇自控中的融合应用为目标，研究了基于AIoT 的智能建筑楼宇自控系统总体层级架构、智能自动照明系统的节能优化控制及其故障诊断与预测方法[4]。姜子炎从自然界生态系统和人体神经系统的运行规律中得到启发，提出了在智能建筑中构建“无中心控制系统”的设想，将智能群落的基本空间看作一个单元，然后思考它们之间怎么相互协作，实现整个建筑的节能降本运维。

2 上海地区公共建筑能源智能管控技术的应用状况

为掌握公共建筑能源智能管控技术应用现状，本文以上海地区为例，选取了不同建设年代、建筑功能、建筑体量及运营模式的7 栋公共建筑、1 个办公园区、1 个医院园区和1 个科研实验园区的设备监控系统及能源管理系统开展实地调研，并对调研结果进行汇总分析如下。

1）被调研建筑（园区）的设备监控系统使用率为100%，且系统对用能设备控制基础功能的涵盖范围比较完整、开通运行率也很高，除某学校外，其它被调研对象均实现了包括冷热源、空调机组、新风机组、照明等在内的全部用能系统的参数监测、手动、远程控制和故障报警功能。

2）就能源智能管控技术的应用深度而言，各调研对象的状况参差不齐，其采用的控制技术措施分布情况如表2所示。

其中，电分项计量技术、空调机组或新风机组控制，被运用得最多，这与政府部门近年内大力推动公共建筑能耗监测以及人流量变化较大的综合、商场、医疗类建筑对室内环境舒适度、健康性能的要求较高有关。调研同时发现楼宇内的电分项计量系统大都为独立运行，未与建筑设备控制系统实现协同运行，传统的楼宇自控系统需要人工干预，未实现根据既定输入参数的自控（见图1）。

3）就设备控制系统应用模式而言，本次调研对象的情况可分为三类，如表3所示。

表3 各调研对象设备控制系统应用模式分类

其中，采用模式 II 的 B 综合体、I 医院园区、J 科研实验园区，建立了独立的中央空调管控平台，对设备采用主动式、集成寻优控制，最终实现综合能耗最低的目标。采用模式III 的C 商场，拥有1 套智能化管理平台和1 套楼宇自控系统，前者主动对接后者，实现楼宇设备运行数据的集成以及对各机电系统的远程操控。

3 问题分析与对策建议

通过一系列文献及案例调研，本文对上海地区该项技术应用过程中存在的问题进行了分析，并提出对策和建议。

表2 各调研对象能源智能管控技术措施应用状况分布表

图1 各调研对象能源智能管控技术措施应用状况

3.1 问题分析

1）建筑能源智能管控新技术与实际应用间存在脱节

当前，建筑能源智能管控技术的新理念、新产品层出不穷，但与楼宇的实际应用之间仍存在脱节的现象。分析原因，一方面由于新技术、新产品从研发到产业化需要一个逐步成熟、完善、普及的过程。另一方面建筑节能目前仍以采用多少最先进的技术和设备为导向，全社会对于利用智能管控手段促进建筑节能仍未引起足够重视，缺少相关政策扶持和管理制度推动。

2）公共建筑已安装上线的设备监控系统应用不充分

本次调研的公共建筑都具备设备监控系统，但系统主要发挥了数据监视及统计的作用，如以促进节能降耗的标准去衡量，大部分系统无法实现用能系统的协调控制与节能运行。部分公共建筑业主受节能降耗目标的激励，另行斥资构建中央空调智控系统或楼宇综合性能源管理平台，虽然发挥了一定作用，但也造成了楼宇内不必要的数据资源冗余及经济资源浪费。

3）建筑能源智能管控技术的应用缺乏有效的行业引导

建筑能源智能管控是一项多专业融合的工作，涉及自动控制、计算机、通信、暖通空调、建筑设备设施管理等多专业学科，在绿色可持续发展目标的牵引下，建筑运营管理部门面临的任务、挑战相较于传统物业行业愈加重大。但是，目前关于以节能为导向的建筑设备监控系统应用方法缺少权威有效、能够直接指导操作的行业标准或管理程序文件，建筑行业对该项工作的技术支撑力度不足。

3.2 对策和建议

上海作为国内经济发展领跑城市和公共建筑能耗占比较高的地区，应当在智能化节能技术发展与应用方面为全国提供示范经验。为此，本文对本市建筑能源智能管控技术的发展提出三项建议。

1）建立健全智能化节能领域新技术、新产品的激励政策

应加大对智能化节能技术的激励力度，包括对节能服务企业给予税收优惠，以产业化项目或技术服务平台的形式对智能化节能产品研发给予资金补贴，设立专门奖项奖励智能化技术研发成果、咨询成果及工程应用等，在行业内建立示范效应，更好地推动本领域科技创新与产业化应用。

2）加强公共建筑运营管理人才队伍建设

在全社会节能减排的背景下，公共建筑运营团队的认知度、专业能力甚至工作责任心是实现建筑能源资源节约的重要保障，面向建筑智能化的高科技属性和运营管理的关键任务，应着力打造高素质人才队伍，让了解建筑运行规律、熟悉用能设备特征、具备智能化运营能力的人员充分发挥岗位关键作用。

3）加快制订公共建筑能源智能管控技术应用规范性文件

应构建涵盖数据采集指标、分析评价指标的建筑能源智能管控指标体系，提出建筑设备控制系统内各层级的适用技术、制订优化提高建筑能源使用效率的优化管控策略，最终形成目标清晰、兼容性强、易理解、可操作的技术应用规范性文件，为工程实施及建筑长期运营管理提供有效的指导与支撑。