概述

當今節約型社會發展模式下(xià)，大(dà)型公共建築，如政府辦公樓宇、醫院、公共場(chǎng)館等，由于建築功能的(de)複雜(zá)性，不僅需要實現智能化(huà)控制管理(lǐ)，而且還(hái)應具備低碳性質，在其建造以及使用(yòng)運維的(de)整個(gè)建築壽命周期内，都必須做(zuò)到節能降耗，減少建築的(de)污染排放。 通(tōng)過先進、合理(lǐ)的(de)整體解決方案規劃設計，多(duō)領域、多(duō)方面采用(yòng)各類節能設備以及智能化(huà)控制系統，制定科學合理(lǐ)的(de)用(yòng)能策略，借助建築能源綜合管理(lǐ)系統和(hé)建築智能化(huà)系統集成平台，實現全方位節能降耗，對(duì)建設低碳型和(hé)諧社會具有重要的(de)意義。

基本理(lǐ)念

以提高(gāo)建築智能化(huà)服務功能爲基礎，以合理(lǐ)使用(yòng)及避免能源浪費爲目的(de)。

技術理(lǐ)念

在滿足建築設備智能化(huà)服務功能設計目标的(de)前提下(xià)，制定科學的(de)用(yòng)能策略，采取智能化(huà)控制技術手段，優化(huà)各類能源的(de)使用(yòng)管理(lǐ)，實現可(kě)持續節能降耗的(de)目的(de)。

智能建築節能是世界性的(de)大(dà)潮流和(hé)大(dà)趨勢，同時(shí)也(yě)是中國改革和(hé)發展的(de)迫切需求，這(zhè)是不以人(rén)的(de)主觀意志爲轉移的(de)客觀必然性，是21世紀中國建築事業發展的(de)一個(gè)重點和(hé)熱(rè)點。節能和(hé)環保是實現可(kě)持續發展的(de)關鍵。可(kě)持續建築應遵循節約化(huà)、生态化(huà)、人(rén)性化(huà)、無害化(huà)、集約化(huà)等基本原則，這(zhè)些原則服務于可(kě)持續發展的(de)最終目标。

從可(kě)持續發展理(lǐ)論出發，建築節能的(de)關鍵又在于提高(gāo)能量效率，因此無論制訂建築節能标準還(hái)是從事具體工程項目的(de)設計，都應把提高(gāo)能量效率作爲建築節能的(de)著(zhe)眼點。智能建築也(yě)不例外，業主建設智能化(huà)大(dà)樓直接動因就是在高(gāo)度現代化(huà)、高(gāo)度舒适的(de)同時(shí)能實現能源消耗大(dà)幅度降低，以達到節省大(dà)樓營運成本的(de)目的(de)。依據我國可(kě)持續建築原則和(hé)現階段國情特點，能耗低且運行費用(yòng)最低的(de)可(kě)持續建築設計包含了(le)以下(xià)技術措施：①節能;②減少有限資源的(de)利用(yòng)，開發、利用(yòng)可(kě)再生資源;③室内環境的(de)人(rén)道主義;④場(chǎng)地影(yǐng)響最小化(huà);⑤藝術與空間的(de)新主張;⑥智能化(huà)。

20世紀70年代爆發能源危機以來(lái)，發達國家單位面積的(de)建築能耗已有大(dà)幅度的(de)降低。與我國北(běi)京地區(qū)采暖度日數相近的(de)一些發達國家，新建建築每年采暖能耗已從能源危機前的(de)300kWh/m2降低至現在的(de)150kWh/m2左右。預計在今後不會很長(cháng)的(de)時(shí)間内，建築能耗還(hái)将進一步降低至30~50kWh/m2。

創造健康、舒适、方便的(de)生活環境是人(rén)類的(de)共同願望，也(yě)是建築節能的(de)基礎和(hé)目标，爲此，21世紀的(de)智能型節能建築應該是：①冬暖夏涼;②通(tōng)風良好;③光(guāng)照(zhào)充足。盡量采用(yòng)自然光(guāng)，天然采光(guāng)與人(rén)工照(zhào)明(míng)相結合;④智能控制。采暖、通(tōng)風、空調、照(zhào)明(míng)、家電等均可(kě)由計算(suàn)機自動控制，既可(kě)按預定程序集中管理(lǐ)，又可(kě)局部手工控制，既滿足不同場(chǎng)合下(xià)人(rén)們不同的(de)需要，又可(kě)少用(yòng)資源。

智能建築節能的(de)現狀及發展方向

1)智能建築節能現狀

雖然建設智能化(huà)大(dà)樓直接動因就是在高(gāo)度現代化(huà)、高(gāo)度舒适的(de)同時(shí)能實現能源消耗大(dà)幅度降低，以達到節省大(dà)樓營運成本的(de)目的(de)。然而實際上在智能化(huà)目标定位中明(míng)确提出節能要求的(de)不多(duō)，建成的(de)确有節能功效的(de)智能建築更是罕見。主要原因有以下(xià)幾點：房(fáng)地産投資商認爲能源建設是政府業績和(hé)投資環境的(de)标志之一，建築節能看不見摸不著(zhe)，所以甯可(kě)在建築的(de)(www.cnbaowen.net)豪華和(hé)設施的(de)先進性上花巨資，也(yě)不願爲節能多(duō)花一分(fēn)錢;系統與設備、設備與設備之間的(de)控制集成成功率不高(gāo)，相關系統結合“接口”界面如通(tōng)信協議(yì)、網絡構架的(de)标準化(huà)、統一性不夠;物(wù)業管理(lǐ)水(shuǐ)平跟不上，運行優化(huà)無從談起;沒有從通(tōng)過可(kě)再生資源利用(yòng)技術來(lái)提高(gāo)建築的(de)可(kě)持續性戰略高(gāo)度重視智能建築的(de)節能;缺少正确有效的(de)建築設備能耗評估方法，限制了(le)智能建築節能研究更好地開展。

2)智能建築節能的(de)發展方向

中國的(de)建築節能工作已經走過了(le)20多(duō)年的(de)艱苦路程。在市場(chǎng)經濟的(de)推動下(xià)，随著(zhe)住房(fáng)體制改革的(de)前進，房(fáng)屋用(yòng)能費用(yòng)理(lǐ)所當然地要由住房(fáng)承擔，節約建築用(yòng)能勢必逐漸成爲廣大(dà)居民的(de)自覺要求，加上改善大(dà)氣環境愈來(lái)愈迫切，要求減輕建築用(yòng)能帶來(lái)的(de)污染，建築節能将是大(dà)勢所趨、人(rén)心所向，是國家民族利益的(de)需要。

智能建築節能是一門新興科學，與原有專業分(fēn)工不同，它包含有建築、施工、采暖、通(tōng)風、空調、電器、家電、建材、熱(rè)工、能源、環境、檢測、計算(suàn)機軟件等許多(duō)專業内容，是許多(duō)專業學科邊緣交叉結合形成的(de)，在社會需要的(de)推動下(xià)，許多(duō)高(gāo)等院校、科研院所和(hé)生産單位都在圍繞不同方面進行研究開發，正在出現蓬勃發展的(de)新局面。

智能建築建築節能分(fēn)析和(hé)評價原則

1)做(zuò)好智能建築的(de)節能規劃

節能規劃要從可(kě)持續發展的(de)戰略高(gāo)度出發，采用(yòng)新方法、新思路。節能要從原先的(de)拾遺補缺，變爲在技術經濟分(fēn)析可(kě)行後優先考慮的(de)方案，要以提高(gāo)能源利用(yòng)效率和(hé)利用(yòng)效益爲中心。總的(de)節能目标要根據經濟發展、能源平衡、能源消費彈性系數和(hé)節能率來(lái)編制。建築節能方面，建築物(wù)的(de)設計和(hé)建造應當依照(zhào)有關法律、行政法規的(de)規定，采用(yòng)節能型的(de)建築結構、材料、器具和(hé)産品，提高(gāo)保溫隔熱(rè)性能，減少采暖、制冷(lěng)、照(zhào)明(míng)的(de)能耗，逐步開展建築物(wù)的(de)節能認證。目前，建築節能标準可(kě)以分(fēn)爲兩大(dà)類，即規定性标準和(hé)效益型的(de)标準。規定性的(de)節能标準給出一定的(de)節能指标要求，如外牆的(de)最大(dà)傳熱(rè)系數和(hé)最大(dà)窗(chuāng)牆比等;效益型的(de)節能标準對(duì)一些指标并不規定過死，隻要所設計的(de)建築物(wù)總能耗滿足标準要求即可(kě)，所以設計人(rén)員(yuán)有更大(dà)的(de)設計靈活性。

2)智能建築的(de)經濟性分(fēn)析應堅持節能原則

對(duì)智能建築進行技術經濟性分(fēn)析是評價智能建築節能效益的(de)依據。

技術經濟就是用(yòng)盡可(kě)能少的(de)勞動消耗和(hé)勞動占用(yòng)爲社會提供更多(duō)、更好的(de)使用(yòng)價值，即要求以最少的(de)勞動消耗和(hé)勞動占用(yòng)，而取得(de)最大(dà)的(de)經濟效益。一個(gè)建設項目的(de)設計，從資源利用(yòng)、工藝流程、總體布置、設備選型到能源消耗及工程效益無不關系到技術經濟，所以技術經濟在工程設計中所占的(de)地位自然是十分(fēn)重要的(de)。不重視技術經濟的(de)分(fēn)析研究和(hé)評價，或者不始終做(zuò)好技術經濟工作，就會導緻建成投産的(de)項目效益不高(gāo)，花了(le)不少投資而沒有達到預期的(de)效益。

3)采用(yòng)層次分(fēn)析法對(duì)智能建築的(de)綜合評價也(yě)離不開節能原則

層次分(fēn)析法常常被用(yòng)在對(duì)智能建築的(de)綜合評價中。

層次分(fēn)析法是系統工程學中一種能處理(lǐ)具有複雜(zá)因素在内的(de)技術、經濟和(hé)社會問題，這(zhè)些問題往往很難用(yòng)定量的(de)模型或模拟來(lái)分(fēn)析，因爲其中所含定性因素很多(duō)，而且需要考慮決策者的(de)心理(lǐ)因素、知識經驗和(hé)決策水(shuǐ)平等。層次分(fēn)析法能通(tōng)過建立所謂判斷矩陣的(de)過程，逐步分(fēn)層地将衆多(duō)的(de)複雜(zá)因素和(hé)決策者的(de)個(gè)人(rén)因素綜合起來(lái)，進行邏輯思維，然後用(yòng)定量的(de)形式表示出來(lái)，從而使複雜(zá)問題從定性的(de)分(fēn)析向定量結果轉化(huà)。

利用(yòng)層次分(fēn)析法對(duì)智能建築評價采用(yòng)以下(xià)評價準則：①滿足用(yòng)戶需要的(de)程度;②建築物(wù)的(de)節能程度;③建築物(wù)使用(yòng)者舒适性;④建築物(wù)管理(lǐ)者管理(lǐ)的(de)方便程度;⑤在現有基礎上進行擴充的(de)可(kě)能性;⑥整個(gè)智能建築的(de)性能價格比。

智能建築BAS控制方案的(de)優化(huà)

1)智能建築能量控制與管理(lǐ)系統的(de)優化(huà)

智能建築樓宇自控系統将建築内所有設備集成一個(gè)系統，實現信息共享，進行綜合管理(lǐ)，其作用(yòng)和(hé)效益是巨大(dà)的(de)，要實現這(zhè)些作用(yòng)和(hé)效益，就必須實施優化(huà)，建築智能化(huà)工程的(de)最優化(huà)設計與常規設計相比，有以下(xià)特點：①可(kě)以從系統的(de)各種可(kě)能結構和(hé)參數中找到最佳匹配，使整體效能最佳，從而提高(gāo)系統的(de)效率，降低投資和(hé)運行費用(yòng);②可(kě)以對(duì)系統及其過程進行定量化(huà)的(de)狀态模拟，減少控制環節，提高(gāo)可(kě)靠性與穩定性，發生故障概率降到最低可(kě)能限度，系統響應輸出最優化(huà);③它有不變條件下(xià)的(de)優化(huà)控制及優化(huà)控制條件的(de)兩種型式，通(tōng)過優化(huà)控制方案達到節能目的(de)的(de)是一種“主動節能”，它有别于牆體結構、門窗(chuāng)的(de)形式和(hé)設置的(de)改造的(de)“被動節能”。智能建築能量管理(lǐ)與控制系統優化(huà)的(de)基本出發點、優化(huà)原則及技術措施如表1所示。

2)基于節能策略的(de)智能建築BA系統優化(huà)方法(主要針對(duì)空調系統)

·控制策略的(de)優化(huà)

PID控制。空氣處理(lǐ)機的(de)DDC通(tōng)常采用(yòng)PID控制，選擇合适的(de)PID參數對(duì)空調系統的(de)穩定運行是非常關鍵的(de)。PID系數高(gāo)，空調對(duì)室内溫度波動的(de)反應特性曲線陡，達到設定溫度的(de)過渡過程較短;相反PID系數低，達到設定溫度的(de)過渡過程較長(cháng)。但并不是PID系數越高(gāo)越好，否則易引起DDC控制系統失穩，表現爲室内溫度的(de)振蕩和(hé)水(shuǐ)側的(de)電動調節閥周期性的(de)來(lái)回運動無法在固定開度上運行。PID能解決大(dà)部分(fēn)場(chǎng)合的(de)空調控制，但對(duì)于影(yǐng)劇院等大(dà)熱(rè)慣性空調場(chǎng)合，靠高(gāo)的(de)PID系數來(lái)提高(gāo)空調機組對(duì)負荷變化(huà)的(de)響應速度是不足以解決問題的(de)。這(zhè)時(shí)可(kě)以采用(yòng)雙級控制，即分(fēn)别在空調的(de)送風道和(hé)室内安裝溫度傳感器，室内的(de)溫度設定由主DDC控制器完成，水(shuǐ)閥的(de)驅動由副DDC根據風道溫度傳感器和(hé)主DDC的(de)指令完成，由于風道溫度變化(huà)速度快(kuài)于房(fáng)間溫度的(de)變化(huà)，這(zhè)一控制方式加速了(le)系統對(duì)溫度波動的(de)響應。必須注意的(de)是，爲防止水(shuǐ)閥被人(rén)爲關死或水(shuǐ)系統供水(shuǐ)不足等異常情況對(duì)控制系統産生影(yǐng)響，副DDC通(tōng)常隻需采用(yòng)比例控制算(suàn)法(P)，不可(kě)加入積分(fēn)分(fēn)量(I)。在實際的(de)工程設計中，BA系統對(duì)空調的(de)節能控制有多(duō)種手段可(kě)以采用(yòng)，例如室内外焓值比較法、二氧化(huà)碳等污染物(wù)濃度檢測法确定新風量，基于日程表的(de)定時(shí)操作等。工程設計中可(kě)以視需要靈活運用(yòng)，以達到最優的(de)效果。例如辦公、商場(chǎng)等場(chǎng)合，夏秋季在清晨時(shí)通(tōng)過程序啓動空氣處理(lǐ)機(或新風機)，利用(yòng)室外涼爽空氣對(duì)室内全面換氣預冷(lěng)，既節約新風能耗又提高(gāo)了(le)室内空氣質量。

·控制權的(de)優化(huà)

通(tōng)常BA遵從的(de)是中央控制站集中管理(lǐ)的(de)原則，有時(shí)也(yě)有其不便的(de)一面。在某些場(chǎng)合(如會議(yì)室)将空調、通(tōng)風系統的(de)參數的(de)設定功能放置在現場(chǎng)可(kě)能更符合使用(yòng)者的(de)需要。DDC本身并不提供這(zhè)樣的(de)功能，需要專門部件來(lái)實現。例如HoneywellT7780A數字顯示牆挂式Lon分(fēn)站，可(kě)以在液晶面闆上顯示房(fáng)間的(de)溫度，通(tōng)過4個(gè)按鈕完成設定房(fáng)間溫度，風機速度、啓動/停止風機等功能，并能通(tōng)過LonTalk總線驅動空調箱的(de)DDC控制器執行相應的(de)動作。這(zhè)類功能接近VRV控制面闆的(de)設定器給房(fáng)間的(de)使用(yòng)者帶來(lái)極大(dà)的(de)便利和(hé)舒适性，必要時(shí)應積極采用(yòng)。

·直接數字控制器(DDC)的(de)優化(huà)

主流BA系統供貨商都能提供大(dà)、中、小不同處理(lǐ)能力的(de)DDC，冷(lěng)凍機房(fáng)、熱(rè)力站監控點是密集場(chǎng)合應優先采用(yòng)大(dà)型控制器，以減少故障率和(hé)控制器間的(de)通(tōng)訊。這(zhè)種控制器的(de)典型特征是有強大(dà)的(de)處理(lǐ)器(如摩托羅拉的(de)68302)和(hé)1MB以上的(de)RAM，尤其是能夠和(hé)I/O擴展模塊連接達到輸入輸出功能的(de)擴展，例如SIEMENSMBC可(kě)以挂接40個(gè)I/O模塊，TrendIQ251控制器允許有8x16點的(de)接口擴展能力。

對(duì)空氣處理(lǐ)機、新風機、通(tōng)風機一般采用(yòng)中型或小型的(de)控制器即可(kě)。近年來(lái)，可(kě)編程邏輯控制器件(PLC)進步很快(kuài)，其應用(yòng)不再局限于工業場(chǎng)合，在空調通(tōng)風的(de)現場(chǎng)設備控制工程中不應将其排斥在外。

·關于BACnet和(hé)LonWorks的(de)支持

ACnet和(hé)LonWorks的(de)提出是爲了(le)在不同層面解決控制系統的(de)互聯互操作問題。LonWorks采用(yòng)現場(chǎng)總線控制技術(FCS)，突破了(le)以往的(de)集散型控制技術(DCS)，它的(de)提出是BA技術的(de)一次飛(fēi)躍，是今後BAS發展的(de)技術趨勢。但目前受到各種條件限制LonWorks技術優勢還(hái)不能完全發揮出來(lái)，工程實現并不完善。若自控系統規模不是很龐大(dà)，最好不用(yòng)全面采用(yòng)LonWorks技術。如果仔細分(fēn)析目前主流的(de)BA産品，會發現其實它們在不同程度上部分(fēn)采用(yòng)或部分(fēn)支持現場(chǎng)總線技術，這(zhè)種取長(cháng)補短的(de)混合模式在當前是切合工程實際的(de)，可(kě)以實現技術的(de)平穩過渡。BACnet協議(yì)由美(měi)國ASHRAE制定并頒布，是現行美(měi)國國家标準及歐共體預備标準，運用(yòng)BACnet協議(yì)，可(kě)以使空調冷(lěng)熱(rè)源主機自帶的(de)控制器直接進入BAS控制網絡。但實施中應注意空調主機和(hé)BA供貨商對(duì)BACnet的(de)支持程度和(hé)技術協調，目前非标準的(de)數據通(tōng)訊格式仍大(dà)量存在于主機設備中。總之，在設計BA系統的(de)過程中切不可(kě)一味追求技術的(de)先進性。

·控制網絡優化(huà)

在滿足擴展性和(hé)靈活性的(de)前提下(xià)，控制網絡的(de)拓撲結構應盡可(kě)能簡化(huà)、清晰，無論基于RS485總線或基于LonTalk總線的(de)控制網絡都是如此。分(fēn)支、分(fēn)級多(duō)的(de)網絡管理(lǐ)複雜(zá)、可(kě)靠性低。LonTalk總線在理(lǐ)論上可(kě)以組成任意拓撲結構的(de)網絡，這(zhè)種布線設計的(de)随意性如果運用(yòng)不當，在工程實踐中仍然是有技術風險的(de)，并可(kě)能增加系統的(de)投資。小型工程盡可(kě)能運用(yòng)基于RS485總線的(de)控制網絡，采用(yòng)“手拉手”的(de)布線方式，大(dà)型工程可(kě)以考慮樓層網絡分(fēn)級。

·BAS監控中心

BAS監控中心負責監控整個(gè)空調、通(tōng)風、動力系統，一般與消防控制、安保監控等合用(yòng)一室。由于該機房(fáng)通(tōng)常遠(yuǎn)離冷(lěng)凍機房(fáng)、鍋爐房(fáng)，在這(zhè)裏遠(yuǎn)程操作這(zhè)些關鍵設備是不合适的(de)。推薦的(de)做(zuò)法是在凍機房(fáng)和(hé)鍋爐房(fáng)現場(chǎng)控制室另設置一台監控分(fēn)站，由該分(fēn)站負責冷(lěng)凍機、鍋爐監控功能，并且該分(fēn)站功能受權局限爲冷(lěng)熱(rè)源設備。

總之，智能建築節能是一門新興科學，與原有專業分(fēn)工不同，它包含建築、施工、采暖、通(tōng)風、空調、電器、家電，建材、熱(rè)工、能源、環境、檢測、計算(suàn)機軟件等許多(duō)專業内容，是許多(duō)專業學科邊緣交叉并結合形成的(de)。對(duì)智能建築的(de)分(fēn)析和(hé)評價應堅持節能的(de)原則，确立智能建築能量管理(lǐ)與控制系統優化(huà)的(de)基本出發點、優化(huà)原則及技術措施對(duì)于智能建築節能實現具有重要的(de)現實意義。

BAS系統是實現智能建築節能的(de)有效途徑之一。智能建築BAS控制方案的(de)優化(huà)是整個(gè)智能建築節能優化(huà)方案實施的(de)具體體現，它包含了(le)建築物(wù)内部主要耗能單元的(de)節能優化(huà)。通(tōng)過對(duì)BA控制系統(主要是暖通(tōng)空調系統)的(de)傳感器、執行器、控制器、網絡等若幹環節的(de)探討(tǎo)，力圖使BA系統更好地服務于受控的(de)空調通(tōng)風系統，最大(dà)限度地節約能源。

低碳智能建築節能降耗之技術措施

根據使用(yòng)特點進行用(yòng)能計量監測規劃

·能耗分(fēn)類計量： 用(yòng)電計量、用(yòng)水(shuǐ)計量、燃氣計量、燃油計量、燃煤計量、蒸汽計量、供熱(rè)計量、供冷(lěng)計量

·能耗分(fēn)項計量： 動力計量、空調計量、照(zhào)明(míng)計量、特殊計量

·能耗分(fēn)區(qū)計量： 部門計量、樓層計量、區(qū)域計量、房(fáng)間計量

·溫濕度分(fēn)區(qū)監測：空調系統用(yòng)能區(qū)域，實行溫、濕度傳感器動态監測

·空氣質量分(fēn)區(qū)監測：在人(rén)流密集場(chǎng)所、或地下(xià)車庫等區(qū)域，安裝傳感器動态監測空氣質量

科學利用(yòng)能源，制定合理(lǐ)的(de)用(yòng)能策略

在監測分(fēn)析的(de)基礎上，制定合理(lǐ)的(de)用(yòng)能策略，科學利用(yòng)各類能源，有效降低能源使用(yòng)過程中的(de)浪費現象。

建立建築能耗動态監測與管理(lǐ)平台

對(duì)建築使用(yòng)的(de)各類能源，包括電、水(shuǐ)、蒸汽、燃氣、燃油、燃煤等，建立動态監測與審計分(fēn)析的(de)管理(lǐ)平台。