智能化技術(shù)在綠色建筑資源節(jié)約中的應(yīng)用

楊宇豪，賀盈乾

（西南交通大學(xué)建筑學(xué)院，四川 成都 610031）

0 引言

我國近年來十分重視資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)。國家發(fā)改委發(fā)布的《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》提出我國到2025年要基本建立資源循環(huán)型產(chǎn)業(yè)體系、基本建成覆蓋全社會(huì)的資源循環(huán)利用體系等一系列目標(biāo)。這些目標(biāo)給建筑領(lǐng)域尤其是綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展提出了更高要求。

1 概述

1.1 綠色建筑智能化內(nèi)涵

建筑智能化是助推綠色建筑發(fā)展的持續(xù)動(dòng)力。綠色建筑強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展，對(duì)促進(jìn)人與環(huán)境和諧共生的具體指標(biāo)有相應(yīng)要求；智能建筑強(qiáng)調(diào)運(yùn)用科技手段實(shí)現(xiàn)建筑的信息化、工業(yè)化、可視化、集成化，著眼點(diǎn)在于使用者舒適度與便捷性，強(qiáng)調(diào)“效率”。綠色建筑智能化是將二者優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，建筑不再單純著眼于環(huán)境友好或管理控制，而是運(yùn)用智能化手段解決建筑的生態(tài)可持續(xù)問題。

1.2 綠色建筑與資源節(jié)約

綠色建筑在材料使用、能源消耗、環(huán)境影響等方面有著詳細(xì)要求，因此成為建筑領(lǐng)域建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的重要組成部分。

在GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）發(fā)布之前，節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材，簡(jiǎn)稱“四節(jié)”）和保護(hù)環(huán)境是綠色建筑評(píng)價(jià)體系中的核心內(nèi)容，由此可見節(jié)約資源之于綠色建筑的重要性。由于國家對(duì)綠色環(huán)保的高度重視以及新的時(shí)代背景，《標(biāo)準(zhǔn)》在原有基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)綠建評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了重新建構(gòu)，以適應(yīng)綠色建筑新的發(fā)展階段和發(fā)展目標(biāo)。《標(biāo)準(zhǔn)》將原有的“四節(jié)一環(huán)保”拓展為“安全耐久”“健康舒適”“生活便利”“資源節(jié)約”和“環(huán)境宜居”5大指標(biāo)，覆蓋建筑的綠色、安全、健康等多方面性能。《標(biāo)準(zhǔn)》中“資源節(jié)約”章節(jié)總分值為200分，在所有章節(jié)中排名第一。該章節(jié)從節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材4個(gè)方面進(jìn)行了全面要求，細(xì)則規(guī)定也較之前版本有了完善補(bǔ)充，可見資源節(jié)約之于綠色建筑的重要性。

1.3 我國綠色建筑智能化現(xiàn)狀

1.3.1 對(duì)智能化的要求逐漸完善

相較于GB/T 50378—2014《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》在“運(yùn)營(yíng)管理”章節(jié)“技術(shù)管理”部分對(duì)智能化作出的規(guī)定，如“智能化系統(tǒng)工作正常，符合設(shè)計(jì)要求”等，只有寥寥數(shù)語且極為籠統(tǒng)寬泛，調(diào)整后的《標(biāo)準(zhǔn)》在“生活便利”章節(jié)中單獨(dú)設(shè)立“智慧運(yùn)行”部分，對(duì)智能化標(biāo)準(zhǔn)有了詳細(xì)規(guī)定。其中包含用能自動(dòng)遠(yuǎn)傳計(jì)量系統(tǒng)、空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)、用水遠(yuǎn)傳計(jì)量系統(tǒng)、管網(wǎng)漏水自動(dòng)檢測(cè)、水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能化服務(wù)系統(tǒng)（包括家電控制、照明控制、安全報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控、接入智慧城市等），幾乎涵蓋建筑的方方面面。

1.3.2 智能化要求缺乏強(qiáng)制性

JGJ/T 229—2010《民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范》在“建筑電氣”章節(jié)中對(duì)智能化進(jìn)行了少量規(guī)定，如“公共建筑宜設(shè)置建筑設(shè)備能源管理系統(tǒng)，并宜具有對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行能耗監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析和管理的功能”等，并且只是采用“宜”“可”這樣的表示，沒有強(qiáng)制性的程度用詞，可見我國綠色建筑智能化尚處于提倡與普及階段，暫不具備強(qiáng)制執(zhí)行性。

1.3.3 智能化技術(shù)在我國部分綠色建筑中得到應(yīng)用

當(dāng)前我國已有部分地區(qū)綠色建筑實(shí)現(xiàn)智能化管理，如杭州綠色建筑科技館（設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)三星）、深圳建科大樓（設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)三星）、臺(tái)北市立圖書館北投分館（臺(tái)灣首座綠建圖書館）等。

杭州綠色建筑科技館曾因其運(yùn)用了眾多先進(jìn)節(jié)能技術(shù)，被稱為中國“最綠建筑”。其全年能耗量只有相同類型建筑的1/4，引領(lǐng)了中國建筑節(jié)能新技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。為了滿足日常科研辦公、綠色展示等綜合需求，在節(jié)能技術(shù)運(yùn)用上，項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)始終貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，集成采用了當(dāng)今最先進(jìn)的智能節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，其中包括由英國德·蒙特福特大學(xué)專家團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的主動(dòng)及被動(dòng)式通風(fēng)系統(tǒng)、輸送能耗極低的地源熱泵系統(tǒng)、智能化外遮陽、通風(fēng)百葉系統(tǒng)（見圖1）、以索樂圖日光照明技術(shù)為支撐的綠色照明系統(tǒng)、屋頂風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、相較普通電梯節(jié)能達(dá)70%的再生電梯系統(tǒng)、雨水收集系統(tǒng)及樓宇自控系統(tǒng)等。

圖1 智能化機(jī)翼型外遮陽百葉

2 綠色建筑資源節(jié)約中智能化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 智能化技術(shù)與節(jié)地

2.1.1 室外環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

室外環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用傳感技術(shù)和通信設(shè)備，可以監(jiān)測(cè)揚(yáng)塵、PM2.5、PM10、噪聲、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、風(fēng)速風(fēng)向等各項(xiàng)室外環(huán)境數(shù)據(jù)。管理員可以通過任意聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，登錄云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)室外環(huán)境的智慧化管理。系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)系統(tǒng)嵌入了智能報(bào)警系統(tǒng)模塊，為用戶提供準(zhǔn)確、及時(shí)和科學(xué)的預(yù)警、報(bào)警提醒，從而極大程度上降低管理難度，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，獲取高效準(zhǔn)確的信息支撐。

在綠色建筑施工階段，施工人員可運(yùn)用該系統(tǒng)及時(shí)掌握工地與建筑的周邊環(huán)境現(xiàn)狀、可視化的天氣變化情況，從而對(duì)施工做出動(dòng)態(tài)、精準(zhǔn)、科學(xué)的決策，避免人力、物力資源浪費(fèi)。

2.1.2 停車場(chǎng)管理系統(tǒng)

合理高效的停車場(chǎng)管理能成為建筑節(jié)地的助推器。隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，智能終端技術(shù)的快速提高，傳統(tǒng)停車場(chǎng)管理系統(tǒng)無法滿足市場(chǎng)需求，而智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)搭載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使用用戶智能終端，其建造周期短、成本低，能快速滿足市場(chǎng)需求，因此有著廣闊的發(fā)展前景。

整個(gè)系統(tǒng)由停車場(chǎng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝的成套設(shè)備組成，包括入口設(shè)備、出口設(shè)備、收銀管理設(shè)備、圖像對(duì)比設(shè)備和車庫指示設(shè)備。入口和出口設(shè)備以智能化識(shí)別、無人值守的方式控制固定住戶和臨時(shí)訪客的車輛進(jìn)出；收銀管理設(shè)備負(fù)責(zé)發(fā)放月卡及臨時(shí)停車卡和生成移動(dòng)端支付二維碼等；圖像對(duì)比設(shè)備能準(zhǔn)確識(shí)別車牌，并將每輛車的進(jìn)出圖像實(shí)時(shí)顯示在管理屏幕上。車庫指示系統(tǒng)可以在車場(chǎng)出入口位置動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示各區(qū)或各層的車位使用情況，并對(duì)車輛進(jìn)行預(yù)測(cè)性指示。

2.2 智能化技術(shù)與節(jié)能

2.2.1 空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)

當(dāng)前，綠色建筑多以大型樓棟為主，空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)是樓宇自動(dòng)化管理的一部分。智能建筑空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的核心手段是自控，自控需要由一套整體的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括空調(diào)機(jī)組控制、新風(fēng)機(jī)組控制、變風(fēng)量末端（VAV）控制等。這一系列自控設(shè)備能智能化地完成溫度、濕度、風(fēng)力調(diào)節(jié)，并且以低能耗維持整套系統(tǒng)運(yùn)行，達(dá)到功能與經(jīng)濟(jì)效益的最大化平衡。

空調(diào)節(jié)能對(duì)于家用、公共建筑使用、廠房使用的情況各不相同，但相同的是智能空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)必然是基于空調(diào)的日常使用數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模式變化。

2.2.2 綠色照明控制系統(tǒng)

照明設(shè)備作為建筑電氣中的基礎(chǔ)設(shè)備在建筑耗電中占比巨大。智能照明控制系統(tǒng)主要包括智能照明模塊（開關(guān)模塊、調(diào)光模塊）、光亮照度傳感器、人體檢測(cè)傳感器、遙控接收器、通信網(wǎng)絡(luò)、接口網(wǎng)關(guān)、管理控制終端等，不但可以遠(yuǎn)程控制控制照明模式與照明區(qū)域，同時(shí)可對(duì)單體照明設(shè)備進(jìn)行個(gè)性化調(diào)節(jié)，精準(zhǔn)把控照明需求，不浪費(fèi)照明資源。該系統(tǒng)在保證基本照明要求的同時(shí)，可以達(dá)到降低照明設(shè)備安裝密度的目的，直接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)延時(shí)控制和感應(yīng)自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)低能耗及節(jié)能目標(biāo)。

智能化照明控制系統(tǒng)具有集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)于一體，除自動(dòng)感應(yīng)調(diào)節(jié)外，還可與智能手機(jī)、手表、平板等移動(dòng)設(shè)備相匹配，適應(yīng)并融入日常生活。

2.2.3 太陽能集熱系統(tǒng)

太陽能集熱系統(tǒng)的工作原理是將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。系統(tǒng)通過太陽能集熱器加熱水循環(huán)并儲(chǔ)存在保溫水箱中，通過智能化設(shè)備將熱水運(yùn)輸?shù)阶艏抑小鹘y(tǒng)的太陽能集熱器主要有兩種：平板型太陽能集熱器和真空管型太陽能集熱器，前者多于工廠、醫(yī)院、酒店等大型場(chǎng)地，后者在小體量建筑中較常見。近幾年出現(xiàn)了一種新型太陽能空氣集熱系統(tǒng)——太陽能空氣集熱系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)的水集熱模式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝，受極端天氣影響較小，可作為超低能耗居住建筑的有效輔助能源。

2.2.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)指利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理，直接實(shí)現(xiàn)太陽能光電轉(zhuǎn)換的新型能源系統(tǒng)。在建筑領(lǐng)域通常采用屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，其僅依靠太陽能作為發(fā)電“原料”且無噪聲無排放，具有極高的清潔環(huán)保性，近年來我國對(duì)光伏行業(yè)的扶持和推廣力度巨大。

該系統(tǒng)為組件，可快速安裝，主要為場(chǎng)地內(nèi)的路燈、園林燈提供電能。太陽能光伏發(fā)電可與建筑單體相結(jié)合，依靠建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)（如坡屋頂向陽面、幕墻）直接產(chǎn)生電能，為建筑輸電，這種體系被稱為光伏建筑一體化。

2.2.5 能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

智能樓宇能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、BIM（建筑信息模型）技術(shù)和IOT（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)，基于統(tǒng)一的平臺(tái)，為綠色建筑提供實(shí)時(shí)、有效的能耗（耗電量、耗水量、耗氣量、集中供熱耗熱量、集中供冷耗冷量等）數(shù)據(jù)，并與城市綜合管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)采集、分析，處理，在降低維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本同時(shí)提高樓宇的舒適度及生產(chǎn)生活效率，使用人工智能組織創(chuàng)建安全高效的建筑場(chǎng)所。

2.3 智能化與節(jié)水

2.3.1 供水排水控制系統(tǒng)

供水排水控制系統(tǒng)可基于地理信息可視化場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)位置分布管理，結(jié)合視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析進(jìn)行資源統(tǒng)籌規(guī)劃。具體到建筑內(nèi)部，系統(tǒng)平臺(tái)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況和能耗水平，并以曲線圖、柱狀圖或自定義報(bào)表的形式展現(xiàn)出來，使運(yùn)維人員既可及時(shí)掌握用水情況，又能科學(xué)決策。供水排水監(jiān)測(cè)的形式包括攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控、感應(yīng)器感應(yīng)監(jiān)控報(bào)警、智能化數(shù)據(jù)監(jiān)控等。

2.3.2 管網(wǎng)漏損管理系統(tǒng)

管網(wǎng)漏損管理系統(tǒng)包括水量平衡分析系統(tǒng)、DMA（獨(dú)立計(jì)量區(qū)域）分區(qū)計(jì)量系統(tǒng)、壓力管理系統(tǒng)及漏損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。該系統(tǒng)能結(jié)合大數(shù)據(jù)自動(dòng)在線分析小區(qū)或樓棟某一時(shí)段內(nèi)的供水、用水和漏水量，與人工預(yù)先設(shè)置的指標(biāo)閾值相比較生成系統(tǒng)的供水平衡模型，為用戶提供一系列人性化、可行的漏損解決方案。在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警處理，同時(shí)不斷監(jiān)測(cè)獨(dú)立計(jì)量區(qū)域中的水壓、流量等數(shù)據(jù)變化情況，謹(jǐn)防出現(xiàn)爆管事件。最后，系統(tǒng)會(huì)智能化根據(jù)預(yù)案自動(dòng)控制閥門、水壓、流量等，第一時(shí)間啟動(dòng)故障排查機(jī)制。

2.4 智能化與節(jié)材

考慮到建筑施工過程的復(fù)雜性，智能化施工系統(tǒng)通常是一系列相關(guān)系統(tǒng)的合集，包括施工監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報(bào)警系統(tǒng)、智能供電系統(tǒng)、建筑材料管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等。建筑材料的支出在建筑工程總支出中占比較大，運(yùn)用智能化手段可有效降低建筑材耗，掌握施工中建材的動(dòng)態(tài)變化，將資源節(jié)約從建筑施工階段做起。

3 結(jié)語

當(dāng)前，我國建筑能耗占社會(huì)總能耗的比例約為30%，建筑領(lǐng)域推動(dòng)資源節(jié)約勢(shì)在必行。智能化與綠色建筑是建筑領(lǐng)域突破桎梏、不斷進(jìn)步的必由之路，二者有機(jī)結(jié)合更體現(xiàn)了辯證、發(fā)展的設(shè)計(jì)觀。我國智能化技術(shù)在綠色建筑資源節(jié)約中的利用比例正逐年增多，相信隨著建筑科技的發(fā)展會(huì)繼續(xù)增加，為建成全社會(huì)的資源循環(huán)利用體系貢獻(xiàn)力量。