智能化技术在绿色建筑资源节约中的应用

杨宇豪，贺盈乾

（西南交通大学建筑学院，四川 成都 610031）

0 引言

我国近年来十分重视资源节约型、环境友好型社会的建设。国家发改委发布的《“十四五”循环经济发展规划》提出我国到2025年要基本建立资源循环型产业体系、基本建成覆盖全社会的资源循环利用体系等一系列目标。这些目标给建筑领域尤其是绿色建筑的可持续发展提出了更高要求。

1 概述

1.1 绿色建筑智能化内涵

建筑智能化是助推绿色建筑发展的持续动力。绿色建筑强调节能环保、可持续发展，对促进人与环境和谐共生的具体指标有相应要求；智能建筑强调运用科技手段实现建筑的信息化、工业化、可视化、集成化，着眼点在于使用者舒适度与便捷性，强调“效率”。绿色建筑智能化是将二者优点相结合，建筑不再单纯着眼于环境友好或管理控制，而是运用智能化手段解决建筑的生态可持续问题。

1.2 绿色建筑与资源节约

绿色建筑在材料使用、能源消耗、环境影响等方面有着详细要求，因此成为建筑领域建设资源节约型社会的重要组成部分。

在GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》（以下简称《标准》）发布之前，节约资源（节能、节地、节水、节材，简称“四节”）和保护环境是绿色建筑评价体系中的核心内容，由此可见节约资源之于绿色建筑的重要性。由于国家对绿色环保的高度重视以及新的时代背景，《标准》在原有基础上对整个绿建评价体系进行了重新建构，以适应绿色建筑新的发展阶段和发展目标。《标准》将原有的“四节一环保”拓展为“安全耐久”“健康舒适”“生活便利”“资源节约”和“环境宜居”5大指标，覆盖建筑的绿色、安全、健康等多方面性能。《标准》中“资源节约”章节总分值为200分，在所有章节中排名第一。该章节从节地、节能、节水、节材4个方面进行了全面要求，细则规定也较之前版本有了完善补充，可见资源节约之于绿色建筑的重要性。

1.3 我国绿色建筑智能化现状

1.3.1 对智能化的要求逐渐完善

相较于GB/T 50378—2014《绿色建筑评价标准》在“运营管理”章节“技术管理”部分对智能化作出的规定，如“智能化系统工作正常，符合设计要求”等，只有寥寥数语且极为笼统宽泛，调整后的《标准》在“生活便利”章节中单独设立“智慧运行”部分，对智能化标准有了详细规定。其中包含用能自动远传计量系统、空气质量检测系统、用水远传计量系统、管网漏水自动检测、水质在线监测系统、智能化服务系统（包括家电控制、照明控制、安全报警、远程监控、接入智慧城市等），几乎涵盖建筑的方方面面。

1.3.2 智能化要求缺乏强制性

JGJ/T 229—2010《民用建筑绿色设计规范》在“建筑电气”章节中对智能化进行了少量规定，如“公共建筑宜设置建筑设备能源管理系统，并宜具有对主要设备进行能耗监测、统计、分析和管理的功能”等，并且只是采用“宜”“可”这样的表示，没有强制性的程度用词，可见我国绿色建筑智能化尚处于提倡与普及阶段，暂不具备强制执行性。

1.3.3 智能化技术在我国部分绿色建筑中得到应用

当前我国已有部分地区绿色建筑实现智能化管理，如杭州绿色建筑科技馆（设计评价标识三星）、深圳建科大楼（设计评价标识三星）、台北市立图书馆北投分馆（台湾首座绿建图书馆）等。

杭州绿色建筑科技馆曾因其运用了众多先进节能技术，被称为中国“最绿建筑”。其全年能耗量只有相同类型建筑的1/4，引领了中国建筑节能新技术的创新与发展。为了满足日常科研办公、绿色展示等综合需求，在节能技术运用上，项目设计团队始终贯彻可持续发展理念，集成采用了当今最先进的智能节能技术系统，其中包括由英国德·蒙特福特大学专家团队设计的主动及被动式通风系统、输送能耗极低的地源热泵系统、智能化外遮阳、通风百叶系统（见图1）、以索乐图日光照明技术为支撑的绿色照明系统、屋顶风光互补发电系统、相较普通电梯节能达70%的再生电梯系统、雨水收集系统及楼宇自控系统等。

图1 智能化机翼型外遮阳百叶

2 绿色建筑资源节约中智能化技术的应用

2.1 智能化技术与节地

2.1.1 室外环境监测系统

室外环境监测系统利用传感技术和通信设备，可以监测扬尘、PM2.5、PM10、噪声、环境温度、环境湿度、风速风向等各项室外环境数据。管理员可以通过任意联通互联网的设备，登录云平台，实现室外环境的智慧化管理。系统具有远程监测功能，可实现现场设备数据的实时监测，同时系统嵌入了智能报警系统模块，为用户提供准确、及时和科学的预警、报警提醒，从而极大程度上降低管理难度，并对整个系统的各项数据进行智能分析，获取高效准确的信息支撑。

在绿色建筑施工阶段，施工人员可运用该系统及时掌握工地与建筑的周边环境现状、可视化的天气变化情况，从而对施工做出动态、精准、科学的决策，避免人力、物力资源浪费。

2.1.2 停车场管理系统

合理高效的停车场管理能成为建筑节地的助推器。随着互联网的快速发展，智能终端技术的快速提高，传统停车场管理系统无法满足市场需求，而智能停车场管理系统搭载物联网技术，使用用户智能终端，其建造周期短、成本低，能快速满足市场需求，因此有着广阔的发展前景。

整个系统由停车场多个节点安装的成套设备组成，包括入口设备、出口设备、收银管理设备、图像对比设备和车库指示设备。入口和出口设备以智能化识别、无人值守的方式控制固定住户和临时访客的车辆进出；收银管理设备负责发放月卡及临时停车卡和生成移动端支付二维码等；图像对比设备能准确识别车牌，并将每辆车的进出图像实时显示在管理屏幕上。车库指示系统可以在车场出入口位置动态实时显示各区或各层的车位使用情况，并对车辆进行预测性指示。

2.2 智能化技术与节能

2.2.1 空调节能系统

当前，绿色建筑多以大型楼栋为主，空调节能系统是楼宇自动化管理的一部分。智能建筑空调节能系统的核心手段是自控，自控需要由一套整体的控制系统实现，包括空调机组控制、新风机组控制、变风量末端（VAV）控制等。这一系列自控设备能智能化地完成温度、湿度、风力调节，并且以低能耗维持整套系统运行，达到功能与经济效益的最大化平衡。

空调节能对于家用、公共建筑使用、厂房使用的情况各不相同，但相同的是智能空调节能系统必然是基于空调的日常使用数据进行自动分析，并实现相应模式变化。

2.2.2 绿色照明控制系统

照明设备作为建筑电气中的基础设备在建筑耗电中占比巨大。智能照明控制系统主要包括智能照明模块（开关模块、调光模块）、光亮照度传感器、人体检测传感器、遥控接收器、通信网络、接口网关、管理控制终端等，不但可以远程控制控制照明模式与照明区域，同时可对单体照明设备进行个性化调节，精准把控照明需求，不浪费照明资源。该系统在保证基本照明要求的同时，可以达到降低照明设备安装密度的目的，直接实现自动延时控制和感应自动控制，从而实现低能耗及节能目标。

智能化照明控制系统具有集成化、智能化、网络化的特点，它集计算机技术、网络通信技术、自动控制技术、微电子技术、数据库技术和系统集成技术于一体，除自动感应调节外，还可与智能手机、手表、平板等移动设备相匹配，适应并融入日常生活。

2.2.3 太阳能集热系统

太阳能集热系统的工作原理是将太阳辐射能转换为热能。系统通过太阳能集热器加热水循环并储存在保温水箱中，通过智能化设备将热水运输到住户家中。传统的太阳能集热器主要有两种：平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器，前者多于工厂、医院、酒店等大型场地，后者在小体量建筑中较常见。近几年出现了一种新型太阳能空气集热系统——太阳能空气集热系统，相较于传统的水集热模式，其结构简单，便于安装，受极端天气影响较小，可作为超低能耗居住建筑的有效辅助能源。

2.2.4 太阳能光伏发电系统

太阳能光伏发电系统指利用半导体器件的光伏效应原理，直接实现太阳能光电转换的新型能源系统。在建筑领域通常采用屋顶光伏发电系统，其仅依靠太阳能作为发电“原料”且无噪声无排放，具有极高的清洁环保性，近年来我国对光伏行业的扶持和推广力度巨大。

该系统为组件，可快速安装，主要为场地内的路灯、园林灯提供电能。太阳能光伏发电可与建筑单体相结合，依靠建筑外围护结构（如坡屋顶向阳面、幕墙）直接产生电能，为建筑输电，这种体系被称为光伏建筑一体化。

2.2.5 能耗监测系统

智能楼宇能耗监测系统利用大数据、云计算、BIM（建筑信息模型）技术和IOT（物联网）技术，基于统一的平台，为绿色建筑提供实时、有效的能耗（耗电量、耗水量、耗气量、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量等）数据，并与城市综合管理系统联网，实现对建筑进行能耗数据采集、分析，处理，在降低维护和运营成本同时提高楼宇的舒适度及生产生活效率，使用人工智能组织创建安全高效的建筑场所。

2.3 智能化与节水

2.3.1 供水排水控制系统

供水排水控制系统可基于地理信息可视化场景实现多站点位置分布管理，结合视频监控和数据分析进行资源统筹规划。具体到建筑内部，系统平台能实时监测设备的运行状况和能耗水平，并以曲线图、柱状图或自定义报表的形式展现出来，使运维人员既可及时掌握用水情况，又能科学决策。供水排水监测的形式包括摄像头实时监控、感应器感应监控报警、智能化数据监控等。

2.3.2 管网漏损管理系统

管网漏损管理系统包括水量平衡分析系统、DMA（独立计量区域）分区计量系统、压力管理系统及漏损在线监测系统等。该系统能结合大数据自动在线分析小区或楼栋某一时段内的供水、用水和漏水量，与人工预先设置的指标阈值相比较生成系统的供水平衡模型，为用户提供一系列人性化、可行的漏损解决方案。在发现异常时，系统会自动进行报警处理，同时不断监测独立计量区域中的水压、流量等数据变化情况，谨防出现爆管事件。最后，系统会智能化根据预案自动控制阀门、水压、流量等，第一时间启动故障排查机制。

2.4 智能化与节材

考虑到建筑施工过程的复杂性，智能化施工系统通常是一系列相关系统的合集，包括施工监控系统、入侵报警系统、智能供电系统、建筑材料管理系统、设备管理系统等。建筑材料的支出在建筑工程总支出中占比较大，运用智能化手段可有效降低建筑材耗，掌握施工中建材的动态变化，将资源节约从建筑施工阶段做起。

3 结语

当前，我国建筑能耗占社会总能耗的比例约为30%，建筑领域推动资源节约势在必行。智能化与绿色建筑是建筑领域突破桎梏、不断进步的必由之路，二者有机结合更体现了辩证、发展的设计观。我国智能化技术在绿色建筑资源节约中的利用比例正逐年增多，相信随着建筑科技的发展会继续增加，为建成全社会的资源循环利用体系贡献力量。