試論生態(tài)建筑元素在智能建筑中的應(yīng)用

王磊，侯青

WANG Lei，HOU Qing

（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司陜西西北中心）(East China Architectural Design Research Institute Co., Ltd., Shaanxi Northwest Center)

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人與自然的矛盾越來(lái)越突出。自然是人類生存所需的基本物質(zhì)條件，如果不注意保護(hù)的話將會(huì)帶來(lái)不可挽救的損失。為了解決發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，需要全社會(huì)貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，才能兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展與自然生態(tài)保護(hù)。建筑行業(yè)能源消耗占據(jù)社會(huì)能源消耗總量的三分之一，因此更加需要加大節(jié)能減排力度。智能建筑是未來(lái)建筑發(fā)展的趨勢(shì)，是集現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)之大成的產(chǎn)物。其技術(shù)基礎(chǔ)主要由現(xiàn)代建筑技術(shù)、現(xiàn)代電腦技術(shù)現(xiàn)代通訊技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)所組成。智能建筑融合生態(tài)建筑元素可以各自發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保、健康、舒適的需求，滿足生態(tài)平衡。為建筑的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)帶來(lái)積極的影響。

2 生態(tài)智能系統(tǒng)的相關(guān)概念

生態(tài)建筑是社會(huì)發(fā)展到今天的必然選擇。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們追求經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)忽略了自然生態(tài)的保護(hù)，造成生態(tài)環(huán)境的不斷惡化。為了能夠有效的監(jiān)管和控制建筑，達(dá)到降低建筑能耗和減少環(huán)境污染的目的，需要采用生態(tài)智能技術(shù)，利用智能建筑的優(yōu)勢(shì)對(duì)生態(tài)建筑技術(shù)實(shí)施智能化管理。比如可以通過(guò)生態(tài)智能化技術(shù)對(duì)建筑室內(nèi)溫度、濕度和亮度等進(jìn)行感知和調(diào)節(jié)。生態(tài)智能系統(tǒng)是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)與外界環(huán)境交互的可調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，是以智能技術(shù)為支持的綠色節(jié)能建筑體系。

3 生態(tài)建筑元素在智能建筑中的應(yīng)用

3.1 智能化遮陽(yáng)系統(tǒng)的應(yīng)用

智能化遮陽(yáng)系統(tǒng)運(yùn)用智能化技術(shù)調(diào)節(jié)建筑遮陽(yáng)板，可以自動(dòng)識(shí)別太陽(yáng)光對(duì)建筑內(nèi)部的影響程度從而改善室內(nèi)光照情況，具體由太陽(yáng)能感應(yīng)器、控制系統(tǒng)、遮陽(yáng)簾等等因素組成。目前我國(guó)設(shè)計(jì)人員運(yùn)用智能化建筑技術(shù)的方式有以下兩種。第一是通過(guò)及集成技術(shù)更新原有的智能化遮陽(yáng)技術(shù)，將智能遮陽(yáng)技術(shù)融入到整體建筑智能化系統(tǒng)中。第二是采用DDC監(jiān)控技術(shù)智能化系統(tǒng)做統(tǒng)一的監(jiān)控管理。由于智能化遮陽(yáng)系統(tǒng)需要良好的感知能力，因此需要對(duì)氣候進(jìn)行測(cè)量，采集數(shù)據(jù)并結(jié)合電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化電機(jī)遮陽(yáng)。具體來(lái)講，氣候的監(jiān)測(cè)需要?dú)夂騻鞲衅鳎⑼ㄟ^(guò)對(duì)氣候數(shù)據(jù)的分析得到不同天氣狀況結(jié)果，根據(jù)判斷結(jié)果實(shí)現(xiàn)智能化遮陽(yáng)。比如當(dāng)風(fēng)速和降雨量超過(guò)一定數(shù)值后，就會(huì)引發(fā)智能系統(tǒng)升高遮陽(yáng)簾，當(dāng)室溫升高超過(guò)一定值后，智能建筑控制系統(tǒng)就會(huì)降低遮陽(yáng)簾，從而保持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定。通過(guò)在室內(nèi)安裝太陽(yáng)能傳感器，可以根據(jù)太陽(yáng)高度實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)簾高度的控制，避免室內(nèi)出現(xiàn)眩光，調(diào)節(jié)室內(nèi)光照強(qiáng)度。常用的智能遮陽(yáng)系統(tǒng)有時(shí)間電機(jī)遮陽(yáng)控制系統(tǒng)和氣候電機(jī)這樣控制系統(tǒng)。

3.2 太陽(yáng)能系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用

智能建筑中常用的太陽(yáng)能系統(tǒng)主要有太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和太陽(yáng)能光伏利用系統(tǒng)。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)主要通過(guò)集熱器吸收太陽(yáng)能并轉(zhuǎn)化為熱能，接著通過(guò)自然循環(huán)的方式加熱蓄水箱中的水，除了自然循環(huán)，還可以通過(guò)強(qiáng)迫循環(huán)的方式將熱能傳遞到蓄水箱達(dá)到加溫的目的。為了在太陽(yáng)光照不充足的情況下也可以利用這一系統(tǒng)加溫蓄水箱，可以采用輔助加熱裝置。智能建筑系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)的主要監(jiān)控內(nèi)容為水泵、輔助加熱裝置和集熱器出水口水溫，其主要控制的元件為上水泵、供水泵和電動(dòng)閥門。太陽(yáng)能光伏利用系統(tǒng)通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿姆绞接行У睦昧颂?yáng)能，主要組成器件為太陽(yáng)能光伏陣、蓄電池和配電柜等，其他還有柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源以備不時(shí)之需。當(dāng)太陽(yáng)能光伏利用系統(tǒng)發(fā)生故障無(wú)法工作時(shí)，城市電網(wǎng)和柴油機(jī)組無(wú)法同時(shí)向供電線路供電，因此蓄電池、光伏陣列、功率轉(zhuǎn)化器和柴油發(fā)電機(jī)組是智能建筑系統(tǒng)主要監(jiān)控的內(nèi)容，蓄電池狀況和逆變器的工作狀態(tài)是智能建筑系統(tǒng)主要控制內(nèi)容。就太陽(yáng)能光伏利用系統(tǒng)中的功率轉(zhuǎn)化器來(lái)講，其工作主要通過(guò)整流器和逆變器完成，通過(guò)整流器將柴油發(fā)電機(jī)組的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，接著逆變器將蓄電池中存儲(chǔ)的直流電轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)需要的交流電。智能建筑系統(tǒng)監(jiān)控時(shí)需要對(duì)功率轉(zhuǎn)化器的輸入和輸出電壓、電流與逆變器之間的功率因數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.3 地源熱泵系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用

地源熱泵系統(tǒng)的工作原理是依靠土壤、地層和地下水作為熱源，通過(guò)壓縮機(jī)、埋地?fù)Q熱器、水泵和熱交換器等組成系統(tǒng)為建筑提供熱能。系統(tǒng)的埋管可以布置在小區(qū)的草坪和花園中，或者埋在土壤、水池和地下水中，通過(guò)這一系統(tǒng)完成建筑的溫度調(diào)節(jié)，這與建筑空調(diào)系統(tǒng)類似。通過(guò)電壓縮機(jī)和熱交換器的工作可以將室溫提高完成供暖，夏季可以通過(guò)大地吸收室內(nèi)多余熱量實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的降溫。因此地源熱泵系統(tǒng)可以減輕建筑空調(diào)系統(tǒng)的壓力，有效的利用能源。為了能夠?qū)⒌卦礋岜孟到y(tǒng)融入智能建筑系統(tǒng)，需要將地源熱泵系統(tǒng)中的地埋水管列入智能建筑系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，埋地?fù)Q熱器是地埋管內(nèi)水溫和大地?zé)峤粨Q的場(chǎng)所，因此智能建筑系統(tǒng)對(duì)地埋管內(nèi)側(cè)水溫的監(jiān)測(cè)可以有效控制地源熱泵系統(tǒng)。

3.4 中水系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用

將中水系統(tǒng)融入智能建筑系統(tǒng)將大大提高建筑的節(jié)水效率，建筑系統(tǒng)中常用的中水系統(tǒng)主要有以下三種：中水原水系統(tǒng)、中水供水系統(tǒng)和中水處理系統(tǒng)。智能建筑中常用的中水系統(tǒng)是獨(dú)立性中水系統(tǒng)。其工作原理為：通過(guò)將優(yōu)質(zhì)雜排水作為中水水源，通過(guò)智能建筑系統(tǒng)監(jiān)控細(xì)柵格、濾網(wǎng)、調(diào)節(jié)池和潛水泵，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)池水位高低的判斷控制水泵輸送中水，在調(diào)節(jié)池水位較低的情況下停止輸送泵工作。

3.5 雨水利用系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用

雨水利用系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)雨水資源的再利用，達(dá)到節(jié)約水資源的目的。雨水利用系統(tǒng)的工作原理是通過(guò)對(duì)雨水進(jìn)行收集和凈化處理之后使得其能夠被重新利用。雨水通過(guò)自然滲透的方式滲入地下補(bǔ)充地下水，或者通過(guò)人工收集的方式達(dá)到雨水的集蓄，收集的雨水可以通過(guò)間接利用系統(tǒng)和綜合利用系統(tǒng)得到應(yīng)用。雨水集蓄利用系統(tǒng)可以有效的緩解我國(guó)水資源短缺的問(wèn)題，除此之外，由于促進(jìn)了雨水對(duì)地下水資源的補(bǔ)充，可以達(dá)到改善城市生態(tài)環(huán)境的目的。建筑中采用的雨水利用系統(tǒng)通過(guò)初期棄流裝置、儲(chǔ)水池和壓力濾等完成。智能建筑系統(tǒng)中的雨水利用系統(tǒng)通過(guò)對(duì)儲(chǔ)水池的水流狀態(tài)、儲(chǔ)水池的水位高低狀態(tài)和監(jiān)測(cè)泵的工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

4 結(jié)論

建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)、太陽(yáng)能系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)、中水系統(tǒng)和雨水利用系統(tǒng)都是生態(tài)建筑中常見的建筑技術(shù)，通過(guò)對(duì)生態(tài)建筑技術(shù)中重要的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)智能化的控制與調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)建筑技術(shù)智能化操作的目的。將生態(tài)建筑元素融入到智能建筑中可以大大提高生態(tài)建筑技術(shù)的工作效率，反之可以增加智能建筑的生態(tài)效益。

[1]艾密井.智能建筑材料在綠色生態(tài)節(jié)能建筑中的應(yīng)用[J].江西建材,2015（19）:278-279.

[2]智能跟蹤系統(tǒng)有效提升發(fā)電效率——帷盛光伏建筑生態(tài)園實(shí)現(xiàn)光伏應(yīng)用多元化[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu),2015（10）: 73.

[3]劉鵬.智能建筑材料在綠色生態(tài)節(jié)能建筑中的應(yīng)用[J].中國(guó)房地產(chǎn)業(yè),2015（08）:147.