互聯(lián)網(wǎng)技術在智能建筑設備能源管理中的應用研究

劉楊+劉佳霓+周麗

摘 要：文章介紹了智能建筑的主要特征及智能建筑能源管理的主要需求，結合智能建筑能源管理系統(tǒng)的需求，研究了現(xiàn)階段可用于智能建筑節(jié)能領域的互聯(lián)網(wǎng)技術，并闡述了互聯(lián)網(wǎng)技術與建筑設備管理系統(tǒng)融合發(fā)展的方案。最后，文章以智能建筑中通風空調(diào)系統(tǒng)為例，簡單介紹了互聯(lián)網(wǎng)技術給建筑能源管理系統(tǒng)所帶來的變革。通過本課題的研究，可以得到的結論是：互聯(lián)網(wǎng)技術能夠與智能建筑有機地結合，并可成為智能建筑的節(jié)能提供有力的工具與手段。

關鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；智能建筑；設備能源；管理系統(tǒng)

1 節(jié)能建筑是社會發(fā)展的需要

我國在《智能建筑設計標準》GB/T 50314—2006 中對智能建筑的定義是“以建筑物為平臺，兼?zhèn)湫畔⒃O施系統(tǒng)、信息化應用系統(tǒng)、建筑設備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等，集結構、系統(tǒng)、服務、管理及其優(yōu)化組合為一體，向人們提供安全、高新、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境”。

建筑能耗占整個社會的能源消耗的較大份額，而其中建筑信息系統(tǒng)、建筑設備（空調(diào)、照明、電梯等）、建筑安防系統(tǒng)是建筑能源消耗中的主要部分。隨著社會的進步，人類生活水平的提高，節(jié)能意識的增強，舒適、節(jié)能及安全的智能建筑是未來社會發(fā)展的必然選擇與趨勢。新興發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術正是一種可以適應建筑智能化的發(fā)展趨勢，與建筑信息、設備、安防系統(tǒng)相融合的技術手段，能夠大幅提高建筑的能源管理水平，降低能源消耗。

2 智能建筑能源管理的目標

智能建筑能源管理的目標首先就是要提高建筑通信系統(tǒng)、建筑設備（空調(diào)、照明、電梯等）、建筑安防系統(tǒng)的能源消耗水平，通過自動控制，將不必要運行的設備、通道、線路及時置于休眠狀態(tài)，并提高現(xiàn)有運行設備的運行效率。而智能建筑與以往的舊有建筑相比的主要優(yōu)勢在于通過基于數(shù)字技術為基礎的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將以往各自為戰(zhàn)、互不相同的通信、設備、安防系統(tǒng)集成起來，形成一個共有的平臺，并通過互聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)建筑內(nèi)的各系統(tǒng)的遠程操控。互聯(lián)網(wǎng)技術在此提供強大的數(shù)據(jù)傳輸、計算及處理功能，打通了傳統(tǒng)的不同自動控制系統(tǒng)間信息交流和集成的諸多障礙。

依托于互聯(lián)網(wǎng)技術的智能建筑能源管理系統(tǒng)集成節(jié)能特點具體體現(xiàn)在對智能建筑BAS控制方案的優(yōu)化與融合，目標是為了對建筑的能耗實現(xiàn)精確的計量，進行能耗分類歸納匯總，計算單位平均能耗，查找高耗能點和挖掘節(jié)能潛力。對于智能建筑能耗集成管理的重點主要有兩方面：（1）對能源消耗信息的集中采集與監(jiān)測；（2）通過互聯(lián)網(wǎng)技術對建筑中各系統(tǒng)的集中的遠程監(jiān)控，在保證建筑功能服務水平的前提下提高智能建筑能耗水平。在能源消耗信息的集中采集與監(jiān)測方面，通過采用與互聯(lián)網(wǎng)兼容的數(shù)據(jù)收集單元全面采集對室內(nèi)外的溫度、濕度、CO2濃度等環(huán)境信息。在遠程監(jiān)控方面，在考慮了收集上來的不斷變化的室內(nèi)和室外環(huán)境信息，在允許的范圍內(nèi)系統(tǒng)的確定變量的控制，尋找最小的能耗輸入，遠程地控制照明、風機、水泵、空調(diào)機組，從而來滿足室內(nèi)舒適度和健康環(huán)境。

3 智能建筑節(jié)能技術與互聯(lián)網(wǎng)技術的融合發(fā)展

互聯(lián)網(wǎng)技術應用在智能建筑的能源管理系統(tǒng)中通常可以劃分為3個層次：感知層、網(wǎng)絡層和應用層，如圖1所示。

感知層主要就是完成采集數(shù)據(jù)的任務。通過各種傳感器、控制器等智能裝置自動采集物體的各種信息，實現(xiàn)物體識別、信息采集、數(shù)據(jù)上傳的功能。

智能建筑能源管理系統(tǒng)運用系統(tǒng)集成的方法和手段，借助樓宇自動化系統(tǒng)（Building Automation System，BAS），完成各個子系統(tǒng)的關鍵數(shù)據(jù)的采集和存儲。這類代表性的信息比如設備用電信息、環(huán)境信息、空間信息、時間信息等，從而建立智能建筑較完整的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)庫，為下一步的設備運行管理分析和能源管理分析作數(shù)據(jù)儲備。

網(wǎng)絡層主要就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的處理、傳輸和控制。網(wǎng)絡層作為互聯(lián)網(wǎng)體系架構的中間層，是互聯(lián)網(wǎng)的中心環(huán)節(jié)，包括Internet，3G/4G，WiFi 等有線和無線的通信網(wǎng)絡，同時還有基于以太網(wǎng) TCP/IP 等的通信控制網(wǎng)絡。

應用層的主要任務是對于已經(jīng)上傳的數(shù)據(jù)進行分析，并利用經(jīng)過分析處理的數(shù)據(jù)實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的功能。

應用層對于基礎的數(shù)據(jù)分析是根據(jù)智能建筑能源管理系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)完成設備查詢分析。應用層軟件將基于數(shù)據(jù)模型，并根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果，分析能源消耗數(shù)據(jù)與用能結構，通過對能量消耗狀況的掌握，能準確找到建筑物中能耗可能的控制點。根據(jù)事先建立的全國的同類建筑運行狀態(tài)和行業(yè)規(guī)定標準的能耗數(shù)據(jù)庫，建立標準的數(shù)據(jù)節(jié)能特征數(shù)模曲線，通過對比分析，找出能耗偏高的癥結所在，并給出科學的、合理的、可行的一套基本的優(yōu)化節(jié)能管理方案，從而達到節(jié)能的效果。

互聯(lián)網(wǎng)技術除了可以收集、分析能耗情況、遠程控制高能耗設備，還可以進行建筑設備的故障診斷、維護管理及自動調(diào)試。傳統(tǒng)的設備維護管理是按照維護計劃進行執(zhí)行，不能夠及時地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，設備無故障時也浪費了人力。而通過互聯(lián)網(wǎng)技術收集到的設備數(shù)據(jù)信息，可以有效地、有針對性地對可能產(chǎn)生問題數(shù)據(jù)的設備及時地進行維護，大幅提高了設備的維護水平，降低了維護成本，同時對于由于設備故障產(chǎn)生的高能耗問題預先進行解決。

通過互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采集到的基礎數(shù)據(jù)也可以用于對智能建筑的節(jié)能效果進行分析。通過實際能耗情況和節(jié)能計劃對比分析可以得到實際的節(jié)能效果。通過這種分析可以幫助用能單位后期更加詳細地制定能源消耗指標，并實時地加以監(jiān)督，及時地制定改進措施。最終通過節(jié)能分析，可以記錄并各項節(jié)能措施的節(jié)能量，并能夠清晰了解、展示節(jié)能改造的實際效果。

4 智能建筑節(jié)能技術與互聯(lián)網(wǎng)技術融合發(fā)展實例

互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用于智能建筑能源管理系統(tǒng)中，能夠讓建筑內(nèi)的通風空調(diào)系統(tǒng)運行在全自動狀態(tài)。智能控制方式可以預先設定若干基本工作狀態(tài)，根據(jù)天氣情況、房間內(nèi)的人員情況，自動地調(diào)整房間內(nèi)的供熱、供冷及通風量。例如，在上班時間到來前，可以根據(jù)預先設定的時間，提前開啟通風空調(diào)系統(tǒng)，使建筑物內(nèi)的污染物（如甲醛、CO2，Rn等）提前稀釋，達到人能夠正常工作的安全狀態(tài)。在下班后或人變少后能夠自動地降低通風量或關閉通風系統(tǒng)。再如，互聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)能夠時時控制房間內(nèi)的溫度、濕度，使房間內(nèi)的環(huán)境根據(jù)天氣預報，及時地調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和方式，從而達到節(jié)能降耗的作用。除此之外，互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的加入，能夠使房間內(nèi)的環(huán)境信息及時地傳遞給遠程的控制室，通過對于房間環(huán)境的掌握，從而可以遠程地對房間環(huán)境做出精準調(diào)節(jié)。當采用精確調(diào)節(jié)方式后，智能建筑的空調(diào)系統(tǒng)可以在過渡季節(jié)充分利用外界自然的冷暖空氣，減少機組的運行時間及負荷，最終達到節(jié)能降耗的目的。

通過互聯(lián)網(wǎng)技術+智能建筑，可以提高智能建筑的管理水平，減少建筑的維護費用。智能建筑智能通風空調(diào)控制系統(tǒng)將普通通風空調(diào)人為地控制空調(diào)系統(tǒng)轉換為智能化管理，不僅使大樓的管理者提高其管理意識和管理素質(zhì)，而且將大大減少大樓的運行維護費用，并帶來巨大的投資回報。

5 結語

互聯(lián)網(wǎng)技術與智能建筑能源管理系統(tǒng)的有機融合，能夠大幅提高智能建筑的能源管理水平，降低智能建筑的整體能耗。但在實踐中，仍有較大量的老舊建筑采用的是分散式的控制系統(tǒng)。照明、空調(diào)、給排水、電梯、消防、安防等控制系統(tǒng)仍是各自為陣，各系統(tǒng)之間的信息互不相同，且絕大多數(shù)情況下，各系統(tǒng)的信息傳遞標準仍不統(tǒng)一，改造成本也極其高昂。這就使建筑中的大量數(shù)據(jù)不能自動、及時地采集，極大地限制了互聯(lián)網(wǎng)技術在智能建筑中的應用。未來的互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，應該要將老舊建筑的系統(tǒng)統(tǒng)一納入可實行的范圍內(nèi)，并應努力降低此項工程的成本。