建筑智能化管理系统在绿色建筑中的作用

绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源 (节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。
　　建设部科技司司长赖明把智能与绿色建筑概括为“为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作和活动空间，同时实现高效率地利用资源、最低限度地影响环境的建筑物”。“智能与绿色建筑”是中国对欧美叫法的综合;在欧洲，人们更加重视智能建筑;在美国，人们更喜欢叫绿色建筑。
　　“智能与绿色建筑”将环保技术、节能技术、信息技术、网络技术渗透到居民生活的各个方面，即用最新的理念，最先进的技术和最快的速度去解决生态节能与居住舒适度问题。这是一个有机的整体概念，这一概念应贯穿于建筑物的规划、设计、建筑、使用以及维护的全过程，覆盖建筑物的整个生命周期。其内容包括：绿色建材，建筑设施，建筑智能化系统，智能化家居及小区管理系统，建筑和交通监控管理系统，建筑环保，管理和辅助决策系统。总之“智能与绿色建筑”不仅仅是遮风避雨，享受环境和振作精神的场所，也不光是与周围环境相隔绝的包厢，而是成为环境的一部分，与之共同构成和谐的有机系统，不管是城市还是郊区都是如此。
　　一、绿色建筑对智能化与信息化的需求
　　绿色建筑涉及的技术、工程与政策表


　　由表中所列项目可见，在建筑设备、资源利用、管理信息、生态等领域，有大量需要解决的智能控制与信息管理的课题。如果不能有效地实现各类设备系统的智能控制，不能完备地进行建筑物建设、运行与更新过程的信息管理，绿色建筑的主要目标是不可能达到。对此，中国的建设工程界给予了高度的重视，2005年3月建设部召开了首届国际智能、绿色建筑与建筑节能大会并发表了《北京宣言》，2006年3月建设部、科技部、国家发改委和环保总局将联合举办第二届国际智能、绿色建筑会议;浙江省正在编制的《绿色建筑标准》同样把建筑智能化系统列为绿色建筑的主要组成部分。
　　绿色建筑向智能系统工程提出的挑战。由于智能系统与绿色建筑共生同存，绿色建筑要实现的大部分目标及实现方案都离不开智能系统，但是建设中的智能系统与传统工业系统的工作环境和要求有很大差别，因而面临着许多新的课题。
　　1.1 绿色建筑的智能系统虽然其结构为多子系统组合的大系统，但对于监控管理系统则要求低成本，高可靠性。
　　1.2 绿色建筑的智能系统大多是由没有专业技能的人群来直接操控的，因此，系统的人机界面不仅需个性化、可视化、更要人性化、简易化。
　　1.3 绿色建筑中大量使用的检测器件，涉及到各类物理量、化学量、生物量，这些器件不仅要求长期(几年，十几年)准确可靠工作，而且成本要低。
　　1.4 为能增强安全系统功能，生物特征信息处理与数字图像分析应用需要有进一步的实破。
　　1.5 为实现低能耗与零能耗建筑，在能源与资源管理上，在区域能源供应方面，结合设备系统功能实行负荷预报控制与能源优化控制。
　　1.6 对绿色建筑众多设备系统进行在线故障诊断，实行容错控制，以增强设备系统的安全性，保证居住使用者的便利。
　　二、建筑设备管理
　　在楼宇自动化系统中，往往需要对温度、湿度、压力、流量、浓度、液位等参数进行检测和控制，使之处于最佳的工作状态，以便用最少的材料及能源消耗，获得较好的经济效益;同时，也要对建筑内部关系到人身安全、设备与系统运行安全、环境与财产安全的因素与状态进行全面监视，及时发现危险源或险情，并采取有效的防范措施，保证建筑环境的质量与安全，最大限度地保护人身与财产安全。
　　楼宇自动化控制系统(BAS)应用于建筑物的环境监测与控制。BAS通过监测建筑物外部和内部的环境参数，根据建筑物的使用情况，通过逻辑运算，进行自动化调节，即满足了人们对环境空间的使用需求，又能最大限度的节约能源。
　　随着城市化进程的高速发展，住宅和公共建筑数量和规模越来越大;而建筑物在建造和使用过程中，消耗了大量的自然资源，同时也增加了环境负荷。在能源日趋紧张的今天，低碳生活、绿色建筑，是我们面临的主题。BAS系统在绿色建筑的管理使用过程中，起着至关重要的作用。
　　2.1 在项目设计时，BAS系统应采用开放式标准
　　采用开放式标准的BAS系统，能够保证BAS系统的持续使用，在建筑物维护或者扩容时，能够保证已有的投资不被浪费。采用开放式标准的BAS系统，能够与建筑物内主要的机电设备(如空调主机，锅炉，变配电，照明，电梯等)实现互联互通，进行数据共享，为BAS系统进行优化控制、最佳利用能源消耗提供有利的条件。随着信息技术的发展，物联网概念的推出，设备网络已经可以加入到信息网络中，实现从点到面、从面到云的跨越。这种技术的实现，可以使从单栋建筑的管理，到区域的建筑群管理，到国家的集中管理成为一种可能;而最终目的，是实现能源的统筹管理和利用。而要实现这种目标，BAS必须采用开放式标准。
　　20世纪80年代初期，DDC在楼宇自控领域得到了迅速的发展，出现了许多生产DDC的厂商。由于不同的厂商基本上采用专有技术，很快就出现了不同厂商DDC不兼容的间题，系统集成困难，即在一个系统中不同厂商的DDC产品基本上不能互操作。这种情况导致楼宇自控系统的各个子系统基本上只能由不同厂商的产品分别集成，从而形成多个彼此独立的厂商专有子系统。每个厂商专有子系统不仅具有各自的监控操作终端或工作站，而且每个子系统的运行、维护和升级都必须严格依靠或“受控”于原来的设备厂商，结果导致人员培训和运行费用居高不下。
　　BACnet标准就是为解决不同厂商楼宇自控产品的互操作性而提出的，正式名称为“ANSI/ ASHRAE 13 5-199 5 A data Communication Protocol for Building Automation and Control Network"，简称BACnet。翻译成中文为“ANSUASHRAE 135-1995楼宇自控网络数据通信协议。”BACnet协议于1995年6月作为ASHRAE的标准正式公布，于同年12月被批准为美国国家标准。目前，BACnet已被许多标准组织认可，在成为美国国家标准之后，已成为欧盟标准组织(CEN)的标准和国
　　际标准组织(ISO)唯一的楼宇自控领域标准(ISO 16484-5)。在亚洲，BACnet已被日本和韩国采用，并成为国家标准。我国是支持BACnet成为国际标准的国家之一。因此我国也是认可并使用BACnet的国家。



　　在图森市能源管理控制系统项目上，alerton和Climatec的开放式解决方案成功地高效的集成了众多的陈旧的，私有的硬件，保留了原有的功能和设备;在设备方面，节省了100多万美金。而且，该解决方案，也降低了维护保养的费用。
　　2.2 在项目实施时，优化BAS控制策略，节省能源消耗
　　通过楼宇自控的控制功能，能源得到充分合理使用、节省不必要能源消耗，使其能源费用以最经济方式开支，大厦可以节约15%-20%的能源。
　　2.2.1 室内温度浮动(新风补偿)控制
　　一般来讲，维持室内恒定的温湿度(如夏季26℃、50%RH)不变，往往导致室内外较大的温差(当夏季室外温度36℃时，温差为10℃)。人长时间停留在不变的低温环境和遇到室内外温差的较大突变，往往会引起皮肤汗腺收缩、血流不畅、神经功能紊乱等“空调适应不全症”(俗称“空调病”)，同时空调系统的运行能耗也会大大的提高。可以采用室外新风温度补偿调节策略，随着室外空气温度的变化适当提高夏季室内空气温度和降低冬季的室内空气温度，为室内提供健康、舒适的动态热环境，同时为空调制冷系统带来显著的节能效果。
　　2.2.2 空调系统与冷冻站联机节能优化控制
　　空调制冷设备的容量配置一般是按最大负荷需求选择的，然而全年处于最大负荷状态下的时间是很少的。当空调负荷变小时，冷水机组应随之进行调节，才能既满足空调需求又节省运行能耗。
　　在项目实施时，建议将空调机组与冷冻站结合起来考虑其联机运行节能方案，为冷冻站提供量调节和质调节综合节能控制方案。
　　a) 量调节—改变冷冻水流量和冷水机组台数
　　量调节为冷冻站目前的常规控制，在冷冻供水温度(一般7℃)不变的前提下，根据空调侧冷冻供回水温差乘以冷冻水耗量，计算空调侧的实际耗冷量，以此判断冷水机组的台数群控。根据冷冻水供回水压差对冷冻水泵和旁通调节阀进行分程控制。实践表明，仅量调节方案存在如下不足：
　　·夏季空调表冷阀开度频繁大幅度波动，一会儿因室内温度太高，开大表冷阀，一会儿因除湿太多，要关小表冷阀。
　　·夏季表冷阀对空气除湿后，加湿阀还得打开对空气加湿。
　　·加湿季节，很难实现冷却降温过程。
　　·全年很多季节，表冷阀开度太小，换热盘管内冷冻水流速低，热交换效率下降。
　　b) 质调节—变冷冻水温度策略
　　冷水机组在冷凝温度一定的条件下，蒸发温度越高冷水机组效率越高，蒸发温度越低，冷冻效率越低。从离心式冷水机组的特性曲线图中(如右图所示)可知，当冷却水温度为32℃时，随着冷冻水出水温度的上升，在相同输入(功率)的情况下，可使输出(供冷量)能力提高;当然在保持相同输出(供冷)的情况下，随着冷冻水出水温度的提高，可使输入(消耗功率)下降。从冷水机组的性能图中可以看出，每提高1℃冷冻供水温度，大约可节能4%。
　　c) 软件策略与节能效果对比
　　改变冷冻水的供水温度应根据空调末端设备的负荷需求情况进行调节，控制策略对所有空调末端表冷阀的开度情况进行综合分析，判断空调末端的负荷需求状况。比如所有空调末端表冷阀中最大开度才70%，表明此时冷冻供水温度太低，应提高冷冻供水温度。软件流程图示例如下：
　　从上述节能效果对比图中可看出，在同样制冷量的需求条件下，采用8℃的冷冻供水温度比采用6℃时节能8%左右，而且表冷阀开度均有所增大，空调换热盘管换热效率更高。
　　2.3 在项目运行时，强化BAS管理功能
　　BAS系统应结合项目当地的自然条件，针对各个季节，制定控制策略，最好的利用环境的自然条件，减少对水、电的消耗。如过渡季节充分利用新风，夜间通风等方式。
　　BAS系统要集中管理空调冷水主机与各个末端，如空调机、新风机、风机盘管或者VAV BOX，使空调水系统、风系统能够最佳组合，是能源利用最佳化。
　　BAS系统要检测空调系统过滤装置的使用状态，提示定期清洗，保证空气质量。
　　BAS系统要检测建筑物空间的空气质量，保证人们使用空间的健康、舒适。
　　BAS系统能够对能源消耗进行统计分析，并按照需求进行负荷控制。
　　通过美国图森市能源管理案例及我们提供的节能数据可以看出：BAS系统在建筑物的运行使用过程中，对环境的检测、对设备的精确管理以及BAS的开放性(BACNET协议)都成为绿色智能化建筑必要因素，智能系统的功能、性能及运行成为绿色建筑不可分割的一部分。
　　主要参考文献：
　　1. 王再英, 韩养社, 高虎贤 《智能建筑楼宇自动化系统原理与应用》 电子工业出版社 2005年1月
　　2. 赵乱成 《智能建筑设备自动化技术》 西安电子科技大学出版社 2002年07月
　　3. 余志强, 胡汉章, 刘光平 《智能建筑环境设备自动化》 清华大学出版社 ; 北京交通大学出版社 2007年12月
　　4. 张勇 《智能建筑设备自动化原理与技术》 中国电力出版社 2006年1月
　　5. 中国建筑协会建筑师分会建筑技术专业委员会, 东南大学建筑学院 《绿色建筑与建筑技术》中国建筑工业出版社 2006年06月