节能建筑设计中楼宇智能化技术的应用分析

节能建筑设计中楼宇智能化技术的应用分析

严文凯

南京恒天伟智能技术有限公司江苏南京210000

摘要：节能建筑设计中楼宇智能化技术涉及建智能化设计理论、集成化设计理论及可持续建筑设计理论。节能建筑智能化设计主要围绕环境舒适性原则、高效集成原则与资源节约原则而开展。笔者根据智能建筑设备运行节能状态与智能建筑节能设计原则，对建筑内空调系统能耗、照明系统能耗与给排水能耗进行了分析，并重点探讨了EIB节能控制系统在楼宇智能化建设方面的应用。

关键词：节能建筑；智能化；技术；应用

伴随科技的迅猛发展与时代的快速更替，建筑节能智能化设计内涵日益丰富，这对建筑节能技术与智能化技术的相互结合提出了更高的要求。根据建筑节能智能化设计内涵，大致包含两点内容：其一，节能建筑智能化设计必须以节能技术、智能化控制技术为基础，从而实现建筑的低能耗、高舒适度、高智能化特点；其二，必须满足国家对节能建筑提出的相关标准，从而取得更高的经济效益、更好的环境效益与社会效益。

一、基于楼宇内设备系统运行的节能简述

建筑智能化功能的实现是以各类设备系统的运行为基础，设备类型越多，功能分类越完善，设备运行监控等级便越复杂，设备能源消耗量越大。21世纪是各类能源急剧紧缺的时代，对智能建筑节能技术进行探究具有重要的现实意义。

智能建筑集成控制系统能够对建筑节能提供监测与实施功能。根据调查资料显示，建筑能耗主要集中在电梯运行、空调设备、照明设备、给排水系统方面，其中，照明系统、给排水系统、空调系统能耗约占智能建筑能耗总量的2/3，空调系统能耗约占上述三类系统能耗量的2/3，这表明，不同性质的智能建筑在能源消耗方面也有所区别【1】。

二、节能建筑中智能化技术的应用原则分析

1、资源节约原则

《节能中长期专项规划》对新建筑节能做出了严格规定，“建筑节能设计指标不得低于50%，在北京等少数大城市，建筑节能要求指标不得低于65%。但从技术层面而言，节能建筑的实现，仍需智能建筑厂商不断革新节能技术，把尖端节能技术应用在建筑整体建设过程中。具体表现在从建筑初期规划到竣工验收环节，规划好环境与单体建筑之间的融合关系，力求减少污染，节能减排；善于改造传统建筑，尤其是对监测系统的改造等。

2、高效集成原则

高效集成体原则的实现依赖于信息技术、自动化集成技术、智能化控制技术等的发展。节能建筑内部系统的模块化与标准化是智能建筑臻至成熟的表现形式，也是人、建筑、环境三大要素相互互动的保障。功能模块的全面性有利于满足用户和管理者的个性化使用需求，采用一站式登录模式改变了传统资格审查模式的困扰，极大地提高了用户的使用效率。

3、环境舒适原则【2】

节能建筑空间设计的目标是借助系统集成设计模式，通过信息处理技术、通信技术、计算机技术等，实现室内空间整体的有机化设计。在该过程中，人是最重要、最基本的构成要素，设计必须时刻以人的感受、人的需求为主。具体表现在三方面：良好的室内声环境、采光环境、热环境。

三、建筑内各设备系统能耗量分析

（一）空调系统能耗分析

空调系统能量供给源于冷热源系统，最终经风系统把热风或冷风传递到被被调节空间，以满足室内的温度、湿度需求。在全部能量输送阶段，水系统输送消耗能量为泵的电能（EP）；冷热源系统消耗的是电能（EW）；风系统输送消耗能量为风机电能（Ef），空调系统总耗能为E，是风机电能、泵的电能与冷热源耗能的能量和。节能中智能技术的应用就是以目标负荷为标准，有效控制能耗量【3-5】。

冷热源为水系统提供冷（热）量供给

QW=μW*QA，公式中，μW表示水系统热量损失系数，具体包括：输入水的能量损失、过剩水量输送损失、供热泵发热损失等。

风系统接收水系统的冷（热）量

QA=μA*QR，公式中，μA表示风系统热量损失系数，具体包括：风能输送损失（如管道泄露、管道保温、新风过剩损失等）、输送风所获得的能量（如供暖风机发热损失）。

空调房间接收到的风系统的冷（热）量

QR=μR*QL，公式中，μR表示室内能量损失系数，具体包括：室内能量损失（如过热损失、过冷损失等）、室内获得能量的损失（如设备发热损失）。

上述三个公式中的能量系数为输入能量和实际利用能量的比值。

在设计规范中明确规定【6】：μA<1.08，μR<1.05，μW<1.03。空气输送系数ATF*=QA/Ef，通常取值范围为4~10。其中，QA表示供给风系统的能量，Ef表示空调系统在空气输送过程中需要耗费的动力源（如排风机、送风机等）。

若仅进行显热计算，那么空气输送系数则为ATF*=QA显/Ef，其中，QA显表示供给风系统的显热能耗量。

水输送系数WTF=QW/Ep，其中，QW、Ep分别表示供给水系统的能量与输送水所消耗的动力。

空调系统总能耗则为E=EW+EP+Ef，公式中，E、EW、EP、Ef分别代表空调总耗能、冷热源系统耗能、泵的电能与风机电能。

通常围护结构空调负荷多见于居住建筑中，而公共建筑空调负荷以室内热源为主，新风冷负荷约占24%~51%。

（二）给排水系统耗能分析

1、建筑物供水量计算

智能建筑给水耗能可分为消防用水耗能与生活给水耗能，生活给水系统包括洗涤、日常饮用水、烹调等；消防给水包括自动喷水灭活给水系统、消火栓给水系统等。具体计算可见下述公式【7-9】：

建筑内最高生活用水量Qd=mqd，公式中，m、qd分别代表设计单位数、单位用水指标。

建筑内最低生活用水量Qh=（Qd/T）*Kh，公式中，T、Kh分别代表每天使用时间、小时内变化系数等。

2、智能建筑中给排水系统能耗损失分析【10】

智能建筑中，给排水系统耗能主要体现在如下几方面：（1）用水终端损耗，如抽水马桶可能因质量或者设计因素而导致用水耗损；（2）给水管道网发生渗漏，通常给水管道网敷设以暗埋为主，受水管质量、给水压力等因素影响，增大了管道漏水监测难度；（3）水泵运转时的电能消耗，通常情况下，当建筑物整体高度超出30m时，必须采用二次水泵进行供水，水泵的电能消耗与建筑内部用水具有直接关联性。

（三）照明系统能耗分析

建筑照明耗电总量的计算多根据建筑物需要的照度值与其它条件，确定好灯具数量与灯具容量后，再进行照明耗电总量的计算。笔者以单位容量法对照耗电量进行计算。

房间内总照明量ΣP=WS，公式中，ΣP、W、S分别表示室内照明灯具安装总量、最低照度单位安装功率、房间面积【11】。

四、节能建筑设计中楼宇智能化技术的应用分析

这对上述设备系统能耗分析，笔者以EIB系统智能技术的应用为研究对象进行分析。

（一）EIB系统简述

EIB（EuropeanInstallationBus）是一项节能减排系统，主要应用在电能控制方面，是电气布线领域的产品标准，在2007年成为中国国标GB/Z20965-2007。

EIB系统的首要特点为具有单一多芯特性，能够有效取代传统分离的控制电缆与电力电缆，并保障各开关之间能够相互传递控制指令，故而总线电缆既可以是星型铺设，也可以是树型、线型，且容易改装与容量扩大。EIB系统元件的智能化特点可以利用编程模式对使用功能进行重改，既能够独立完成监视、控制、开关等工作，也能够根据用户需求进行功能组合，灵活性极高。

EIB系统具有双重面向特性，即，既能够面向用户展现个性化特点，又能够面向管理者，使用客户可依据个人需求对相关功能任意修改。另外，EIB系统还以Windows系统为基础自带软件平台，管理者（如车库管理处、小区物业中心等）把安装该套软件的计算机设备与EIB系统相互连接，随后即可对其控制和集中管理【12】。

（二）EIB系统在建筑空调设备中的应用分析

在当代智能建筑中，中央空调的能耗量相当惊人，笔者在上文中已经对空调能源消耗进行了详细分析，下面阐述的是EIB节能系统在中央空调中所发挥的节能作用。EIB系统可利用驱动模块来对整个空调的末端输送系统进行控制，包括对水阀流量的控制、风盘转动速度的控制等。该系统较为先进的地方在于具有液晶控制面板，操作简便。在控制面板上，用户可直接设置、调节室内温度、定时等，如此可有效避免空调机身内的风机转动盘始终维持在同一速度，根据使用者对温度的需求来调节转速，有利于节省冷源、热源、风机等所消耗的电能，从而降低空调设备的整体能源消耗量。

（三）节能建筑设计中EIB系统在照明系统方面的节能控制分析

在智能建筑内部，除却空调系统的能耗量惊人之外，照明系统所产生的能源消耗也是不可忽视的。照明系统同空调设备一样，需要长期的能源供给，因此，其节能潜力极佳。

通常建筑内部的照明系统主要分为公共地区照明与室内照明两部分。公共区域照明主要包括走廊、车库、公共卫生间、楼梯间、电梯间等，利用EIB系统能够将这类区域进行集中控制管理，如定时控制、节能控制等。和传统供电系统相比较，EIB系统能够为用户提供更为便捷的服务，更方便管理者根据建筑内的具体照明情况进行集中控制，设定所需灯具的实际数量、照明亮度与开关数量等，如此可有效避免无人区长时期亮灯而造成的能源消耗。对于室内照明仍存在人走灯亮的问题，人们的节能意识并未养成。EIB系统恰好帮助工作人员解决这类情况的发生，该系统内置节能感应系统，能够感知室内是否有人存在，当感应回馈结果显示无人时，照明系统会自动关闭，如此可有效达到节能减排的效果。

（四）EIB系统节能控制模式分析

与传统控电系统相比较，EIB控电系统就有较强的灵活多变性，可集中控制、远程遥控控制、地面板控制与移动感应控制等。而智能建筑较为常见且实用的控制方式为定时控制、移动感应控制和集中控制等，下面这对这三类进行详细阐述。

定时控制，在智能建筑内部，照明设备的类别十分多样，且作用各不相同，EIB系统的定时控制可专门针对这类照明设备进行节能，比如过节所用的彩灯、公共走廊等。

集中控制，智能建筑设计需考虑多方面的内容，管理过程相当繁琐，因此，对其进行集中管理是最具效率的管理模式，管理者仅需利用计算机软件系统即可对整栋建筑的照明情况进行管理，同时，在EIB系统的液晶控制面板能够为用户提供更加清晰的服务，例如，每个房间的用电情况、单位用电时间、电气回路开关次数、照明设备的损坏、电费缴纳情况等。目前较为常见的BA系统并不能实现对每一照明设备的控制，而EIB系统则有效弥补了这一缺陷，但从整体而言，两者结合使用更具有效性。

移动感应控制，移动感应控制多用于解决室内照明问题，这种控制方式可对室内外的人员经过情况进行感知。同时，该系统还具有照明恒照度控制功能，根据感应器决定是否需要开灯。

五、结语

在现代信息社会中，人们对建筑概念的认识也在不断改变，传统建筑所系统的服务已经严重滞后于社会发展与工作环境不断变化的需求。智能建筑的出现，使得每幢小楼变为一个浓缩的小社会，其内部既能够生活、居住，又能够从事各种商业行为。因此，如何将节能思想融入智能建筑中，以实现社会的持续健康发展是我们当前必须探讨的话题。在本文中，笔者基于智能建筑中节能的基本内容，围绕EIB节能技术进行了分析，以期推动智能建筑节能技术的发展。

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