樓宇智能化系統在節能建筑中的應用

靳艷萍

(陜西華縣經貿局，陜西渭南 714100)

0 引言

隨著我國“綠色、低碳、節能”三大主題在建筑行業里不斷的發展壯大，越來越多的地產開發商和建設者以及各個相關行業的從業者都在不斷的探索新的理念和新的技術，來響應這一大勢所趨的潮流。筆者從事弱電智能化行業多年，深深的感受到近年來客戶對于“如何實現節能環保”這個要求越來越關心。本文是以天津市泰達開發區的一座低碳示范辦公樓為例，介紹典型的弱電智能化子系統對于本大樓的節能建設所起到的作用。

本項目名稱是天津泰達H2低碳示范樓，位于天津市泰達現代服務產業區“MSD拓展區”H區內。用地紅線面積4 840 m2，建筑面積21 306 m2，地上10層，地下2層，作為一座國際甲級寫字樓，定位為全國低碳節能綠色建筑的示范項目，從建筑材料、機電設備選型、弱電智能化建設等多方面都做到了低碳節能的設計(見圖1)。包括如下方面:

1)建筑外墻采用雙層呼吸式幕墻。

2)采用光伏發電系統產生電能。

3)采用地板送風、毛細管空調、溶液調濕新風機組等節能暖通設備。

4)辦公區域電動窗簾和燈光的智能控制。

5)辦公區域窗戶狀態與空調風機的連鎖控制。

6)地下室垂直光導管和8層展廳水平光導管的應用。

圖1 某低碳示范樓效果圖

1 設計范圍

該建筑作為一棟辦公樓，不但包括常規的弱電子系統，以保證營造一個舒適、安全的工作環境，針對本大樓的節能目標，筆者將重點介紹如下子系統:建筑設備管理系統、燈光及窗簾控制系統以及能效管理系統三個子系統。它們都通過以監測、控制、數據統計、策略制定等手段共同為大樓的低碳節能起到一定的作用。下文將對各個系統進行設計方案以及功能介紹。

2 建筑設備管理系統

在建筑項目中，需要大量的機電設施協同運轉才能為工作人員提供舒適的辦公環境，這也是建筑設備管理系統的建設目標。為實現整個建筑設備監控系統最佳的節能需求，在設計建筑設備監控系統時，充分考慮了全年不間斷地運行需求、電磁環境的影響、當地氣候特點等問題。

以下為核心設備的控制方案。

1)熱泵式溶液調濕機組。

熱泵式溶液調濕新風機組不是普通意義上的新風機組，它集冷熱源、全熱回收段、空氣加濕、除濕處理段、過濾段、風機段為一體，具備對空氣冷卻、除濕、加熱、加濕、凈化等多種功能，獨立運行即可滿足全年新風處理要求。

本項目通過接口集成方式，讀取溶液調濕機組控制器的數據，顯示/控制機組的主要運行參數，包括室內溫濕度、送/排風機頻率、送風溫濕度、室內CO2濃度、過濾器報警等。

2)地板送風空調機組(變頻)。

溫度控制:通過對安裝于水盤管回水側二通電動調節閥的自動調整，實現對被控溫度的控制。控制器會監測回風溫度并將它與設定的溫度值(可供用戶調節)作比較，進行PID運算，然后輸出至冷水或熱水閥門，以作溫度調節。另外冷水或熱水閥門會與風機狀態連鎖，在沒有風機狀態的情況下，夏天將冷水閥門關死，冬季保留熱水閥門一定的開度。這樣，既滿足了節能的需要，又能對水盤管起到保護作用。

風閥控制:調節新/回風閥門，回風閥與新風閥門進行反向連鎖，冬夏季節在保證滿足空調空間新風量需求的前提下，盡量減少室外新風的引入，以達到充分節能的目的;在過渡季節，通過調節新、回風閥門，充分利用室外新風，一方面可推遲用冷/熱水的時間，可達到節能的目的，另一方面可增加空調區域內人員的舒適感。

連鎖控制:風機與新風風閥連鎖控制，停風機時自動關閉新風閥。

變頻監控:監測變頻器運行狀態、故障報警，進行變頻控制并監測其反饋狀態。空調機組的運行可按照時間程序自動啟停，并通過管理工作站進行設置。

3)地板送風機。

結合地板送風空調機組及地板送風機的控制策略。

地板送風空調控制:采用變風量運行，根據室內終端機一次風需求量，改變風機頻率，調節送風量。

新風量控制:新風VAV BOX根據CO2濃度信號調節新風量，風閥設最小開度，保證足夠的新風量送入房間。

地板送風控制:空調機送風(一次風)自地板下進入終端機組，與房間回風混合后再送入室內;一次風閥根據房間回風溫度調節風閥開度，調節進入終端機組的一次風流量，實現分區域獨立調節室內溫度的功能。一次風閥設最小開度，保證足夠的新風量送入房間。

窗開閉狀態聯動控制:根據窗開閉狀態聯動控制相關區域地板送風系統的啟停。

過渡季節通風:過渡季辦公區域地板送風系統通過加大新風量來負擔室內負荷。

4)毛細管輻射系統。

毛細管空調系統從根本上改變傳統空調的原理，由原來靠“吹風”帶來冷熱變為靠“輻射”調節室內溫度。模擬人體毛細血管調節人體體溫的原理，打造真正的高舒適、低能耗生態空調系統。

根據室內溫度控制管路上電動兩通閥的開關，以控制室內溫度;系統設防結露保護控制，當室內濕度超過設定值上限時，相關回路上的電動兩通閥關閉。同時監測毛細管空調分集水器上的供水溫度及回水溫度。

窗開閉狀態聯動控制:根據窗開閉狀態聯動控制相關區域毛細管空調系統的啟停。

5)地源熱泵機組。

監測機組的運行狀態、故障信號報警、遠程/就地狀態，并控制啟停;

監測水循環泵的運行狀態、故障信號報警、手自動狀態，并控制啟停;

測量各區域總管供/回水溫度;

測量各區域回水流量;

通過量度各區域的總供/回水溫度、回水流量、不利點壓力，計算出空調系統的冷負荷;

監測補水箱的高/液位報警;

根據冬/夏季對不同閥門進行開關控制，進行冬/夏模式轉換;

根據機組啟停情況控制相關水泵及碟閥開關;

機組、水泵運行時間累積。

3 燈光及窗簾控制系統

大樓照明系統耗費的電能也在整個大樓能耗系統中占有不可忽視的份額。本大樓的燈光控制系統服務于地下電梯廳和地上辦公層大開間公共區域，窗簾控制系統服務于地上辦公層大開間辦公區域。

燈光控制系統公共區域:在B1層和B2層客梯電梯廳設計紅外感應傳感器，在B1層衛生間設計紅外感應傳感器，在地上辦公層各層電梯廳、走廊及衛生間設計紅外感應傳感器。上班時間段定時控制燈光開關;下班時間段人體感應控制燈光;與消防聯動，在出現消防報警時，實現公共區域燈光強切或強點功能。

燈光控制系統地上辦公區:在3層～9層辦公樓層內的大開間區域，近走廊一側的屋內設計紅外感應傳感器，在每間辦公室臨窗區域設計亮度傳感器。

敞開式辦公區域主要是給工作人員辦公的場所，根據設計要求中對于集中控制系統的具體要求，系統可以完成如下功能:

在調光區域:通過紅外感應和亮度傳感器，當感應到室內有人，同時室內照度達到500 lx，則燈具處于滅燈狀態;通過紅外感應和亮度傳感器，當感應到室內有人，同時室內照度小于500 lx，則燈具自動打開并可在0%～100%范圍內進行調光控制;不管室內照度值是多少，只要沒有感測到區域內有人，則燈具始終處于滅燈狀態。

非調光區域:通過紅外感應傳感器，感應到有人，則自動開燈，沒有感應到人的存在，則自動滅燈，在人員離開的時候，可自動延時滅燈。

辦公區域可進行各種場景設置，例如上班場景、下班場景、午休場景等等。該功能主要用于結合照明、電器控制、窗簾控制為一體，實現一鍵操作。

電動窗簾控制系統:電動窗簾控制主要是以遮陽為目的，即通過安裝在雙層玻璃幕墻中間的窗簾百葉的旋轉角度來實現房間內部分區域熱量的控制。由室內亮度探測器結合室外氣象參數統一對窗簾控制驅動器發出控制信號，對窗簾百葉角度進行調整，當室外氣象參數發生變化時，保證室內熱量達到設定值，如果熱量過高，會給空調帶來額外能耗，而室內照度的改變會聯動亮度傳感器進行室內燈光調節，從而在自然光照度改變的前提下通過燈光亮度調節進行補償，保證工作區域照度恒定。

4 能效管理系統

能效管理系統(Energy Advisor)，以下簡稱EA系統，是一套樓宇能源管理軟硬件集成系統和機電一體化控制解決方案。EA系統不僅是常規的弱電子系統的一個系統集成平臺，它基于樓內機電設備系統綜合優化的控制原理，通過對整個系統的運行信息的全面采集及綜合分析處理，實現整個建筑各個機電能耗系統的匹配和協調運行，實現變負荷工況下整個系統綜合性能優化。

為了實現整個建筑EA系統對建筑設備的現代化管理，同時根據管理或辦公自動化系統的動態信息和指揮中心的統一調度，EA系統需要對多個系統進行集中管理，主要包括如下方面:

1)信息管理系統。

接受大樓時間安排等信息，從而為控制相應區域空調、照明系統的啟停提供依據;

向信息管理系統的物業管理模塊返回必要的機電設備信息，提供大樓內環境溫度、濕度等參數，空調、電梯等設備的運行狀態，用電、用水、通風和照明情況，為建筑內的設施管理提供有用的資源。

2)建筑設備管理子系統。

被監視的機電設備的運行狀態、故障報警以及參數變量值顯示;

室內室外環境的溫濕度狀態，以及區域環境的變化趨勢;

設備的運行記錄、維護狀態等;

能源消耗及占用狀況的統計信息和圖表;

根據運行時間而定的采暖、通風和空調運作安排。

3)火災自動報警及聯動系統。

消防系統分區報警的顯示;

消防系統主要設備的運行狀態顯示與記錄。

4)綜合安防系統。

調用閉路電視監控系統的攝像機視頻信息;

跟蹤安防報警系統探頭的正常與報警狀態;

監視門禁系統重要通道的狀態與報警。

5 結語

一座辦公樓的智能化建設非常復雜，包含的子系統也比較繁多，本文只是對有助于低碳節能實現效果的幾個典型的子系統進行了設計方案的簡單介紹，目的是讓讀者明白弱電系統對于一座大樓節能低碳建設所起到的重要作用。另外，本項目也申請了美國USGBC的LEED認證，以上各子系統也是LEED認證過程中不可缺少的得分點。

一座大樓是否能做到低碳節能，需要從前期規劃、建筑材料、機電設備、電氣設備這些基礎搭建外加合理有效的運營管理手段，以及其他方面多個因素有效的結合在一起，從而實現預估目標的節能要求，這其中，弱電智能化系統雖然不是占據主導地位，但卻是不可或缺的重要組成部分之一。