摘要：本文從智能建筑可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、智能建筑節(jié)能規(guī)劃、工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析等方面分析了智能建筑節(jié)能問題，提出了系統(tǒng)優(yōu)化的原則和幾個(gè)節(jié)能措施，并對(duì)智能建筑BAS系統(tǒng)控制方案優(yōu)化方法進(jìn)行了探討。
Abstract: this article from the intelligent building, intelligent building energy conservation planning of sustainable development strategy, engineering and technical economy analysis aspects of intelligent building energy saving problem is analyzed, system optimization principle and several energy saving measures are put forward, and the BAS system of intelligent building control scheme optimization methods are discussed in this paper.
關(guān)鍵詞：智能建筑 Intelligent building 可持續(xù)發(fā)展 The sustainable development 節(jié)能分析 Energy saving analysis BAS系統(tǒng)優(yōu)化 BAS system optimization 節(jié)能措施Energy saving measures
時(shí)代在發(fā)展，社會(huì)在進(jìn)步，在這個(gè)進(jìn)程中，很多東西應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)今社會(huì)隨處都體現(xiàn)著優(yōu)勝劣汰的自然規(guī)律， 順應(yīng)趨勢的事物才能得以長久的發(fā)展。智能建筑就是這個(gè)發(fā)展的產(chǎn)物之一，使建筑在很多方面都比較便捷，給使用者提供一個(gè)非常舒適的環(huán)境。與此同時(shí)，一個(gè)更加值得我們考慮的事情需要列入日程，那就是我們所提倡的可持續(xù)發(fā)展。我們所能使用的資源很多都是不可再生的，因而我們就必須考慮節(jié)能，在生活的方方面面，智能建筑也不例外?？紤]到智能建筑的性質(zhì)，其實(shí)，智能建筑本身就是一種節(jié)能構(gòu)造。
智能建筑節(jié)能是世界性的大潮流和大趨勢，同時(shí)也是中國改革和發(fā)展的迫切要求，這是不以人的主觀意志為轉(zhuǎn)移的客觀必然性，是21世紀(jì)中國建筑事業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)。節(jié)能和環(huán)保是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。可持續(xù)建筑應(yīng)遵循：節(jié)約化、生態(tài)化、人性化、無害化、集約化等基本原則。這些原則服務(wù)予可持續(xù)發(fā)展的最終目標(biāo)。
創(chuàng)造健康、舒適、方便的生活環(huán)境是人類的共同愿望，也是建筑節(jié)能的基礎(chǔ)和目標(biāo)。為此，21世紀(jì)的智能型節(jié)能建筑應(yīng)該是：a．冬暖夏涼。b．通風(fēng)良好。c．光照充足。盡量采用自然光，天然采光與人工照明相結(jié)合。d．智能控制。采暖、通風(fēng)、空調(diào)、照明、家電等均可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，既可按預(yù)定程序集中管理，又可局部手工控制。既滿足不同場合下人們不同的需要，又可少用資源。
一、智能建筑節(jié)能的現(xiàn)狀及發(fā)展方向
1．1智能建筑節(jié)能現(xiàn)狀
雖然建設(shè)智能化大樓直接原因就是在高度現(xiàn)代化、高度舒適的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)能源消耗大幅度降低，以達(dá)到節(jié)省大樓營運(yùn)成本的目的。然而實(shí)際上在智能化目標(biāo)定位中明確提出節(jié)能要求的不多，建成的確有節(jié)能功效的智能建筑更是罕見。主要原因有以下幾點(diǎn)：房地產(chǎn)投資商認(rèn)為能源建設(shè)是政府業(yè)績和投資環(huán)境的標(biāo)志之一，建筑節(jié)能看不見摸不著，所以寧可在建筑的豪華和設(shè)施的先進(jìn)上花巨資，卻不愿為節(jié)能多花一分錢；系統(tǒng)與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的控制集成成功率不高，相關(guān)系統(tǒng)結(jié)合“接口”界面如通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一性不夠；物業(yè)管理水平跟不上，運(yùn)行優(yōu)化無從談起；沒有從通過可再生資源利用技術(shù)來提高建筑的可持續(xù)性戰(zhàn)略高度重視智能建筑的節(jié)能；缺少正確有效的建筑設(shè)備能耗評(píng)估方法，限制了智能建筑節(jié)能研究更好地開展。
1．2智能建筑節(jié)能的發(fā)展方向
中國的建筑節(jié)能工作已經(jīng)走過了20多年，在市場經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，隨著住房體制改革的前進(jìn)，房屋用能費(fèi)用理所當(dāng)然地要由住戶承擔(dān)，節(jié)約建筑用能勢必逐漸成為廣大居民的自覺要求，加上改善大氣環(huán)境愈來愈迫切要求減輕建筑用能帶來的污染，建筑節(jié)能將是大勢所趨，人心所向，是國家民族利益的需要。
智能建筑節(jié)能是一門新興科學(xué)，與原有專業(yè)分工不同，它包含有建筑、施工、采暖、通風(fēng)、空調(diào)、電器、家電、建材、熱工、能源、環(huán)境、檢測、計(jì)算機(jī)軟件等許多專業(yè)內(nèi)容，是許多專業(yè)學(xué)科邊緣交叉并結(jié)合形成的，在社會(huì)需要的推動(dòng)下，許多高等院校、科研院所和生產(chǎn)單位都在圍繞不同方面進(jìn)行研究開發(fā)，正在出現(xiàn)蓬勃發(fā)展的新局面。
二、智能建筑的節(jié)能分析和評(píng)價(jià)原則
2．1做好智能建筑的節(jié)能規(guī)劃
節(jié)能規(guī)劃要從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度出發(fā)，采用新方法、新思路。節(jié)能要從原先的拾遺補(bǔ)缺，變?yōu)樵诩夹g(shù)經(jīng)濟(jì)分析可行后優(yōu)先考慮的方案，要以提高能源利用效率和利用效益為中心。總的節(jié)能目標(biāo)要根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源平衡、能源消費(fèi)彈性系數(shù)和節(jié)能率來編制。建筑節(jié)能方面，建筑物的設(shè)計(jì)和建造應(yīng)當(dāng)依照有關(guān)法律、行政法規(guī)的規(guī)定，采用節(jié)能型的建筑結(jié)構(gòu)、材料、器具和產(chǎn)品，提高保溫隔熱性能，減少采暖、制冷、照明的能耗。逐步開展建筑物的節(jié)能認(rèn)證。目前建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)可以分為兩大類，即規(guī)定性標(biāo)準(zhǔn)和效益型的標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定性的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)給出一定的節(jié)能指標(biāo)要求，如外墻的最大傳熱系數(shù)和最大窗墻比等；效益型的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一些指標(biāo)并不規(guī)定過死，只要所設(shè)計(jì)的建筑物總能耗滿足標(biāo)準(zhǔn)要求即可，所以設(shè)計(jì)人員有更大的設(shè)計(jì)靈活性。
2．2智能建筑的經(jīng)濟(jì)性分析應(yīng)堅(jiān)持節(jié)能原則
對(duì)智能建筑進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析是評(píng)價(jià)智能建筑節(jié)能效益的依據(jù)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)就是用盡可能少的勞動(dòng)消耗和勞動(dòng)占用為社會(huì)提供更多、更好的使用價(jià)值，即要求以最少的勞動(dòng)消耗和勞動(dòng)占用，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，從資源利用、工藝流程、總體布置、設(shè)備選型、能源消耗及工程效益等等的考慮，無不關(guān)系到技術(shù)經(jīng)濟(jì)，所以技術(shù)經(jīng)濟(jì)在工程設(shè)計(jì)中所占的地位自然是十分重要的。不重視技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析研究和評(píng)價(jià)，或者不始終做好技術(shù)經(jīng)濟(jì)工作，就會(huì)導(dǎo)致建成投產(chǎn)的項(xiàng)目效益不高，花了不少投資而沒有達(dá)到預(yù)期的效益。
利用層次分析法對(duì)智能建筑評(píng)價(jià)采用以下評(píng)價(jià)準(zhǔn)則：滿足用戶需要的程度；建筑物的節(jié)能程度；建筑物使用者舒適性；建筑物管理者管理的方便程度；在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充的可能性；整個(gè)智能建筑的性能價(jià)格比。
三、建筑節(jié)能的措施 我國的建筑能耗量約占全世界總用能量的1/4，居耗能首位。近年來我國建筑業(yè)得到了快速的發(fā)展， 需要大量的建造和運(yùn)行使用能源，尤其是建筑的采暖和空調(diào)耗能。中國對(duì)于全球氣候變暖承擔(dān)負(fù)著重大的責(zé)任、義務(wù)，而作為耗能大戶的建筑，其節(jié)能也就成為問題的關(guān)鍵所在。我國節(jié)能工作與發(fā)達(dá)國家相比起步較晚， 而能源浪費(fèi)現(xiàn)象又十分嚴(yán)重，如我國的建筑采暖耗熱量:外墻大體上為氣候條件接近的發(fā)達(dá)國家的4～5 倍；外窗為1～2 倍；門窗透氣性為2～5 倍；屋頂為2～5倍；總耗能是2.5～3.5 倍。由此可見，采取節(jié)能措施迫切所在，不然將來將會(huì)耗費(fèi)更多的人力、物力、財(cái)力來補(bǔ)這個(gè)缺漏。 3.1建筑墻體節(jié)能 墻體一般作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體, 以及內(nèi)部隔斷，其所用材料的保溫性能直接影響建筑整體的保溫和耗熱量。目前，我國用于墻體材料有磚砌體、石砌體、砌塊砌體,實(shí)心磚砌體保溫性能不能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。以外墻為例,jgj26-1995 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在建筑物形體系數(shù)(建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值)小于0.3時(shí),北京地區(qū)傳熱系數(shù)不超過1.16w/(m2k),而目前常用的內(nèi)抹灰磚墻,傳熱系數(shù)都大于上述節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，因而在節(jié)能的前提下，應(yīng)進(jìn)一步推廣空心磚墻及其復(fù)合墻體技術(shù)，現(xiàn)在大多建筑采用的是空心磚和砌塊砌體。 3.2門窗節(jié)能 外門窗是住宅等建筑能耗散失的最薄弱部位， 其能耗占建筑總能耗的比例較大，其中主要包括傳熱損失、冷風(fēng)滲透。所以在保證日照、采光、通風(fēng)、觀景要求的條件下，盡量減小住宅外門窗洞口的面積，提高外門窗的氣密性，減少冷風(fēng)滲透，盡可能提高外門窗本身的保溫性能，減少外門窗自身的散熱量。門窗節(jié)能措施主要有:（1）設(shè)置“溫度阻尼區(qū)”。所謂溫度阻尼區(qū)就是在室內(nèi)與室外之間設(shè)有一中間層次， 這一中間層次象熱閘一樣可阻止室外冷風(fēng)的直接滲透和室內(nèi)熱能的外流，減少外墻、外窗的熱耗損。目前已經(jīng)使用的方法有很多，在住宅中，將北陽臺(tái)的外門、窗全部用密封陽臺(tái)封閉起來，外門設(shè)防風(fēng)門斗，樓梯間計(jì)成封閉式的， 對(duì)屋頂上人孔進(jìn)行封閉處理等措施均能收到良好的節(jié)能效果。（2）改善住宅門窗的保溫性能。門窗保溫性能的改善有很多方法，主要有戶門與陽臺(tái)門應(yīng)在滿足防火、防盜要求的情況下，在門的空腹內(nèi)填充聚苯乙烯板或巖棉板，以增加其絕熱性能;窗戶最好采用鋼塑復(fù)合窗和塑料窗，這樣可避免金屬窗產(chǎn)生的冷橋，并可設(shè)置雙玻璃或三玻璃，增強(qiáng)其自身保溫性能等。
（3）提高住宅外門窗的氣密性，減少冷空氣滲透。可以設(shè)置泡沫塑料密封條，使用新型的、密封性能良好的門窗材料等，且門窗在這方面的措施是很相近的。
3.3照明節(jié)能
采用智能照明控制系統(tǒng)，定時(shí)及實(shí)時(shí)燈光自控及故障指示，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)合理的能源管理，節(jié)省能源，降低成本，保護(hù)燈具。
3.4智能變配電
克服“只監(jiān)不控”，自動(dòng)調(diào)峰，調(diào)節(jié)負(fù)荷率，平峰填谷，三相平衡，降低運(yùn)行費(fèi)用。利用BA系統(tǒng)與冰球蓄冷設(shè)備、應(yīng)急發(fā)電機(jī)等配合，用電高峰卸除不重要機(jī)電設(shè)備，投入應(yīng)急發(fā)電機(jī)，釋放存儲(chǔ)冷量。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。
四、智能建筑BAS控制方案的優(yōu)化
4.1智能建筑能量控制與管理系統(tǒng)的優(yōu)化
智能建筑樓宇自控系統(tǒng)將建筑內(nèi)所有設(shè)備集成一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享，進(jìn)行綜合管理，其作用和效益是巨大的。要實(shí)現(xiàn)這些作用和效益，就必須實(shí)施優(yōu)化。建筑智能化工程的最優(yōu)化設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)相比，有以下特點(diǎn)：(1)可以從系統(tǒng)的各種可能結(jié)構(gòu)和參數(shù)中找到最佳匹配，使整體效能最佳，從而提高系統(tǒng)的效率，降低投資和運(yùn)行費(fèi)用；(2)可以對(duì)系統(tǒng)及其過程進(jìn)行定量化的狀態(tài)模擬，減少控制環(huán)節(jié)，提高可靠性與穩(wěn)定性，發(fā)生故障概率降到最低可能限度，系統(tǒng)響應(yīng)輸出最優(yōu)化；(3)它有不變條件下的優(yōu)化控制及優(yōu)化控制條件的兩種型式，通過優(yōu)化控制方案達(dá)到節(jié)能目的的是一種“主動(dòng)節(jié)能”，它有別于墻體結(jié)構(gòu)、門窗的形式和設(shè)置的改造的“被動(dòng)節(jié)能”。
4.2基于節(jié)能策略的智能建筑BA系統(tǒng)優(yōu)化方法(主要針對(duì)空調(diào)系統(tǒng))
PID控制：空氣處理機(jī)的DDC通常采用PID控制，選擇合適的PID參數(shù)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。PID系數(shù)高，空調(diào)對(duì)室內(nèi)溫度波動(dòng)的反應(yīng)特性曲線陡，達(dá)到設(shè)定溫度的過渡過程較短；相反，PID系數(shù)低，達(dá)到設(shè)定溫度的過渡過程較長。但并不是PID系數(shù)越高越好，否則易引起DDC控制系統(tǒng)失穩(wěn)，表現(xiàn)為室內(nèi)溫度的振蕩和水側(cè)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥周期性的來回運(yùn)動(dòng)無法在固定開度上運(yùn)行。PID能解決大部分場合的空調(diào)控制，但對(duì)于影劇院等大熱慣性空調(diào)場合，靠高的PID系數(shù)來提高空調(diào)機(jī)組對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)速度是不足以解決問題的。這時(shí)可以采用雙級(jí)控制，即分別在空調(diào)的送風(fēng)道和室內(nèi)安裝溫度傳感器，室內(nèi)的溫度設(shè)定由主DDC控制器完成，水閥的驅(qū)動(dòng)由副DDC根據(jù)風(fēng)道溫度傳感器和主DDC的指令完成，由于風(fēng)道溫度變化速度快于房間溫度的變化，這一控制方式加速了系統(tǒng)對(duì)溫度波動(dòng)的響應(yīng)。必須注意的是，為防止水閥被人為關(guān)死或水系統(tǒng)供水不足等異常情況對(duì)控制系統(tǒng)的影響，副DDC通常只需采用比例控制算法(P)，不可加入積分 分量(I)。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，BA系統(tǒng)對(duì)空調(diào)的節(jié)能控制有多種手段可以采用，例如室 內(nèi)外焓值比較法、二氧化碳等污染物濃度檢測法確定新風(fēng)量，基于日程表的定時(shí)操作等 等。工程設(shè)計(jì)中可以視需要靈活運(yùn)用，以達(dá)到最優(yōu)的效果。例如，辦公、商場等場合，夏秋季在清晨時(shí)通過程序啟動(dòng)空氣處理機(jī)(或新風(fēng)機(jī))，利用室外涼爽空氣對(duì)室內(nèi)全面換氣預(yù)冷，既節(jié)約新風(fēng)能耗又提高了室內(nèi)空氣品質(zhì)。
總之，在講求節(jié)約社會(huì)的今天，節(jié)能要從每一個(gè)方面做起，對(duì)于建筑這個(gè)耗能大頭，更應(yīng)該做好榜樣，從材料、結(jié)構(gòu)，技術(shù)等方面的一點(diǎn)一滴做好節(jié)能。
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