智能建筑的電氣自動化技術研究

劉 勇 樊麗娜

（1.國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心 2.中建科技集團股份有限公司）

0 引言

智能建筑是隨著人類對建筑內外信息交換、安全性、舒適性、便利性和節能性的要求產生的。智能建筑及節能行業強調用戶體驗，具有內生發展動力。建筑智能化能提高客戶工作效率，提升建筑適用性，降低使用成本，智能建筑的不斷發展應用已經成為發展趨勢［1－2］。

隨著計算機、互聯網和大數據技術的發展，建筑物的各種管理操作朝著智能化的方向發展，以提高建筑物內用戶的生活質量或工作性能。通常，現有智能建筑管理系統強調獨立子系統之間的集成，例如訪問控制系統、照明系統、空調系統等，以及使用友好的圖形界面提供集成信息和鏈接控制的功能，例如當用戶到達家時同時激活照明系統和空調系統，以使用戶增加可訪問性。然而，隨著建筑物數量的增加，需要考慮的條件，例如各種建筑物及其輔助設備的設備類型、通信協議、控制方法等，變得越來越復雜。一個建筑物可以在內部具有多個子系統，諸如照明系統、空調系統等，并且一個項目可以同時具有多個建筑物，諸如同一區域中的一個公司的多個工廠，并且一個項目經理可能需要管理多個項目。在這種情況下，現有的管理系統可能不足以滿足實際需求［3－5］。

另外，現有建筑會根據功能需要分別設置各系統的軟硬件控制平臺，各子系統之間相互孤立，數據信息無法交流，無法了解整體建筑內的設備運行及維保情況、能源使用情況。對使用人員來說操作煩瑣，各子系統之間聯動和數據交互很少。

為此，本文提出一種智能建筑集成管理系統，能夠解決現有的系統集成平臺大部分只解決了系統界面的集成，缺乏對后臺數據的整合和應用的開發，無法更好地為業主使用需求服務的問題。

1 智能建筑集成管理系統結構與主要單元

智能建筑集成管理系統包括用于設置能耗管理對象和管理者等信息的系統設置單元，用于采集能耗管理對象的能耗數據采集單元，用于審計能耗管理對象的能源審計管理單元，用于以設備為單位的實時監測和管理的設備能耗管理單元，用于以區域為單位的實時檢測和管理的區域能耗管理單元，用于進行能耗數據統計與分析的能源預測管理單元，用于根據單位的負荷組、負荷和容量信息進行需量控制的能耗報警及需量控制單元，用于優化能源調度和平衡、節約能源和改善無功功率的消耗量的能源評估單元，用于根據目前的能源使用情況作出合理的能源使用計劃的能源計劃單元，用于存儲管理者、建筑物、建筑物的樓層、能耗管理對象、計量表、系統參數、關鍵參數、能耗設備日歷運行計劃、能耗基本數據、專家知識庫、優先控制能耗對象裝置數據表等能耗數據庫，各單元的連接關系如下圖所示。

圖 智能建筑能源管理系統

系統設置單元，用于設置能耗管理對象、管理者等相關信息，系統提供用戶權限管理、系統通知、系統錯誤信息、系統操作記錄、能耗術語解釋以及系統參數設置等功能；所述的系統參數設置包括外部供入能源的選擇、設備按日歷計劃運行的狀態（包括開／停與負荷率），關鍵參數的設定值（包括室內環境參數，設備運行參數等）以及其他影響系統能耗的因素；能耗數據采集單元，用于采集能耗管理對象的能耗數據。要求系統采用不同協議的現場計量設備進行通信，對建筑各種耗能設備和節能設備的相關數據進行采集，并自動在模擬圖塊上顯示能耗設備的實時動靜態屬性；能源審計管理單元，用于審計能耗管理對象的能耗狀態，包括無功功率的大小和相位角；自動采集各耗能設備實時運行參數，并自動保存到數據庫，如發生異常運行狀況，系統自動報警；設備能耗管理單元，用于對以設備為單位的實時監測和管理；系統具備自動統計各耗能設備歷史數據和能源形態歸類綜合數據能力，以坐標曲線、格式報表的形式顯示、輸出和打印；區域能耗管理單元，用于以區域為單位的實時監測和管理。區域可以是單幢建筑物，也可以是群體建筑物。可以是集中的群體建筑物，也可以是分散的群體建筑物。區域能耗管理單元按時間段、基準時間及規范標準能耗的數據進行比較，得出區域中各耗能設備比較數據。具備當年時期數據與上年時期能耗，其他建筑物同類能耗之間的可比性，得出環比數據，并自動生成能耗報告形成能耗管理文件。能耗管理文件，用于給用戶提供各能源管理組逐時、逐日、逐月、逐年能耗值報告，幫助用戶掌握自己的能源消耗情況，找出能源消耗異常值。單位面積能耗（EUI）等多種相關能耗指標報告為能耗統計、能源審計提供數據支持。溫度、濕度參考功能幫助分析能耗數據與環境數據的相關性，幫助管理人員分析和尋找節能的途徑和方法；能源預測管理單元，用于對區域進行能耗數據統計與分析。提供各分類分項能耗數據的逐時、逐日、逐月、逐年的統計圖表和文本報表，以及各類相關能耗指標的圖表，各級管理人員對能源的班用量、日用量、月用量進行比對，分析能源使用過程中的漏洞和不合理情況，調整能源分配策略。能耗報警及需量控制單元用于根據單位的負荷組、負荷和契約容量信息進行需量控制。需量控制系統自動預測下一個時刻需量，根據負荷卸載優先級別卸載或恢復負荷，確保系統需量不超過峰值契約容量。

2 智能建筑監控系統的結構與主要單元

本文還在區域建筑智能控制中增加了監控系統，該系統包括攝像頭、罩體、風扇、人臉識別門禁部件、密碼門禁部件、卡片識別門禁部件、紅外感應燈、傳輸線纜、維護工作站、顯示器、控制器和服務器。

考慮到防異物和防過熱，將罩體罩于所述攝像頭上并露出攝像頭的鏡頭，罩體能夠阻擋灰塵落入攝像頭內。風扇位于罩體內，且位于攝像頭的后部，風扇能夠將罩體內落入的少量灰塵吹出去，同時能夠對攝像頭降溫。罩體和風扇能夠很好地延長攝像頭的壽命，減少更換和維修的次數。

考慮到外部入侵問題，將人臉識別門禁部件位于智能建筑的入口處。一般智能建筑設置有2～4個入口，每個入口處設置有一人臉識別門禁部件。進入智能建筑的住戶通過所述人臉識別門禁部件進行人臉識別，能判斷是否為智能建筑的住戶。密碼門禁部件位于智能建筑住戶的入戶處，智能建筑的住戶輸入密碼進入房間內。密碼門禁部件為字母密碼門禁部件，能夠有效防止密碼被盜。密碼門禁部件為液晶屏顯示，方便住戶輸入。卡片識別門禁部件位于智能建筑的電梯內，智能建筑的住戶進入電梯后刷卡，電梯只在住戶所在的樓層打開電梯門。紅外感應燈位于智能建筑樓道頂部，每隔5～8m設置一個，保證照射的全面性。紅外感應燈可以選擇為紅外感應LED燈，能夠節約用電，防止蚊蟲聚集。

3 結束語

針對現有的系統集成平臺大部分只解決了系統界面的集成，缺乏對后臺數據的整合和應用的開發，無法更好地為業主的使用需求服務的問題，提出一種智能建筑集成管理系統，詳細描述該系統的結構和工作原理，并根據實際場合中對建筑物監控的需求，增加監控系統，實現監控與保護，能夠適應智能建筑自動化的實際需要，實用性和適用性較強。