智能化建筑与建筑节能

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  【摘要】随着我国建筑行业的进步,以及我国经济的发展,科技的进步,智能化建筑和节能建筑成为了建筑行业研究的重点。智能建筑和节能建筑对提高人们的生活质量,保护环境具有重要意义。本文将从以下几个方面来分析我国目前智能化建筑和节能建筑的特点,以及建设过程中的要点。
  【关键词】智能化;节能;建筑
   中图分类号:TE08 文献标识码:A
  一、前言
  随着人们生活水平的提高,以及环境日益恶化,智能化建筑和节能建筑开始得到广泛的重视,研究智能化建筑和建筑节能问题将有利于建筑超着现代化、科学化的方向发展,更加有利于我国经济的发展,提高我国居民居住环境的舒适性。
  二、智能化建筑和建筑节能概述
  中国智能建筑经过十几年的发展,成了世界最大的市场,在硬件设备方面,已能与国际发达国家相比。但是,在软的方面,在治理和优化方面差距甚大,尤其在楼宇自控建设方面,还是比较担忧的。设备的能力远远没有发挥、系统完全没有优化、检测参数有相当部分的准确性有问题。最终得到的数据也不完整。这里涉及的原因有设备选型,安装,调试等等。楼宇自控系统有六个目标,目前我们只实现了舒适,设备均匀地使用(延长它的使用寿命)两大目标,对于其它目标,尚未实现。
  因此大部分智能公共建筑很难充分发挥其本有的效能。到目前为止,如何用建筑智能化手段来节能,还缺乏研究,大部分仅限于标书的炒作。目前我国的国产品牌,还不能取代国外的品牌,因为对控制的本质,即空调模型缺乏研究,控制软件缺少内核。
  对于未来的发展趋势,智能建筑将越来越重视应用,重视优化。我们建设的目的是为了很好地发展公共建筑的作用。在美国、英国、香港等地方,他們非常讲究实用,他们的物业治理花了大量的时间来实现各种方式的节能,而我们的差距很大,我们更多地看到些表面的东西,怎样让它发挥内在的实际作用,路途还很远。
  节能其实是个大系统的概念。从专业空间划分,它包括建材、建筑机构、建筑设计(在建筑设计阶段,充分利用建筑四周的条件来实现节能),包括空调设计,BA的调试与安装、还有物业治理。每一个专业领域都能实现节能。从时间划分也是大系统,它包括前期、中期、后期到末期的全过程。
  建设部近几年对建筑节能非常重视。2005年7月1日正式实施的《公共建筑节能设计标准》制订了在建筑设计,空调设计等各个方面的节能,且大部分条款是强制性的,这无疑是个很大的进步。最近有一系列的节能法规和标准已经或将出台。但对于如何采用智能化手段来节能,目前还比较空白。希望我们国家对各种类型公共建筑的能耗统计加快步伐,在此基础上,制定能耗标准,低于这个标准,就按标准收费,高于这个标准,就2-3倍来收费,这样强制性的实施措施,才能更快实现节能。
  三、智能建筑节能方面的作用
  1、采用智能照明控制系统,有效地节约能源。智能照明控制系统以弱电总线通讯的方式控制强电末端设备,主要功能为灯光控制、窗帘控制、安全防范等,可对灯光进行各种控制如:开关控制、调光控制、分散集中控制、远程控制、延时控制、定时控制、光线感测控制、红外线遥控、移动感测控制、与其他设备系统的联动控制等,控制方式方便、灵活、易于修改、易于操作、易于维护。随着世界经济于高新技术的不断发展,人们对生活环境的要求越来越高。除去对建筑的传统要求外,在建筑的安全性、舒适性、节能性、自动化与信息化等方面均提出更高要求,其目的是创造出舒适宜人,能充分提高工作效率而又具有极大灵活性的办公与生活环境。
  2、利用节能建筑材料。智能建筑材料是指具有感知、记忆、自适应和自修复等功能,能够检测并且可以识别内外刺激强度,响应外界变化,按照设定的方式选择和控制响应,反应比较灵敏、及时和恰当,当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始状态的具有生物质能的材料。通常可分为智能传感材料、智能驱动材料、智能修复材料和智能控制材料四类。
  3、提高室内光照效果。适当提高室内光照效果,是降低建筑照明设备应用的重要手段。在实际施工过程中,应该注意对遮阳结构的减少和调节,提高建筑窗体的大小,保证室内环境的通透性,将阳光有效的引入房间深处,提高房间没得光照效果,有利于提升建筑的整体使用效果,使室内光照为维持一个相对合适的数值,减少对照明设备的依赖。智能化遮阳设备,能够根据光照强度、温度、以及时间指针,自动变换遮阳卷帘的高低位置以及百叶窗的透光角度,能够有效提升室内空间的光照强度,对于维持室内温度环境,满足之内光线要求,也起到了非常积极的作用。
  4、空调设备的节能控制。中央空调在整个建筑能耗中所占的比例最大,可以通过降低室内温度设定标准、进行最小新风量的控制、提前预冷要关闭新风等措施进行节能控制,同时,提倡选用新型的节能环保空调,主要有地温空调和燃气空调两种。
  5、玻璃幕墙运行的节能管理。旧建筑物中的大面积玻璃幕墙,全是高反射率的玻璃,会造成一定的“光污染”和加大空调负荷。对于夏热冬暖地区,隔热是建筑围护结构节能的主要方面。为了提高幕墙的保温性能,减少热损失,可以从以下三个方面进行改善:第一,是改善采光窗玻璃的保温隔热性能,尽量选用中空玻璃,并减少开启扇;第二,是对非采光部分采用隔热效果好的材料做后衬墙(如浮石、轻混凝土)或设置保温芯;第三,做密闭处理和减少透风。
  四、建筑智能化的经济效益分析
  要使智能建筑有较高的智能化水平,对智能建筑作整体的规划设计和建设过程的全面综合管理是非常重要的。新型的智能建筑的集成优化规划和建设方式,打破传统的智能建筑各专业、各子系统分立的建设方式,将整个建筑的各专业的机电系统、智能化系统视为一个大系统进行全面的规划设计,并对系统的建设进行全面综合管理。进度系统的建设有了彻底的改观。这种建设方式在各系统安装工程管理、管线综合管理、进度协调、工作面协调等方面具有很好的优势,减少了工作周期和工程中的浪费,使工程可以顺利进行,节省了投资。通过集成优化的程序,使整个系统联成有机的网络,完成整个系统的有机运行,可使建筑物节约能源。建筑智能化带来的效益主要表现有十点:
  1、通过楼宇自控系统的优化运行和精确控制,使空调系统的运行温度和设定温度差在0.5℃以内,仅通过温度的精确控制就能带来很好的节能效果。
  2、最为合理的方式是根据室内或回风中的C02浓度,自动调节新风量,以保证室内空气的新鲜度,控制功能较完善的楼宇自控系统可以满足要求。
  3、动态变流量控制系统利用变频控制技术,改变空调系统循环水的流量和温度,可保证整个系统在满负荷及部分负荷情况下,均处于最佳工作状态,达到节能的目的。
  4、智能化的中央空调系统可以自动检测到热负荷的变化,在人员增减的时候,自动通过调节水温差、风量等方式调低系统的冷/热量供应,达到节能的效果。
  5、楼宇自控系统通过对空调设备的最佳启停时间的计算和控制,可以在保证环境舒适的前提下,缩短不必要的空调启停宽容时间,达到节能的目的。
  6、运用楼宇自控系统的节能控制模式和算法,动态调整设备运行,有效克服暖通设计容量冗余造成的能源浪费。
  7、通过智能化控制器中内置的各种优化运行的数学模型,使建筑电气设备在合理、优化的方式下运行,以节省能源。
  8、通过楼宇自控系统可以对照明、电梯等系统进行合理的控制,比人工运行可带来5%以上的节能效果。此外,还可对室外光线进行预程调光控制和窗外调光控制,降低了能源消耗。
  9、开发能源管理软件,建立能源管理和控制系统,实现能耗跟踪、节能的远程及就地控制。
  10、通过对楼宇电气设备的自动运行控制,并自动进行运行时间均衡,使各设备自动达成均衡运行的目的,可有效地提高设备的运行寿命周期。
  五、案例分析
  咸阳国际机场T3A航站楼总建筑面积近30万平方米,配备了一个庞大的暖通空调和照明系统。候机楼每天有7-8万人进出。如何给旅客和工作人员提供一个舒适的候机和工作环境是十分重要的。这样巨大的建筑空间内。调节和控制建筑环境、节约能源更是一个重大的课题。机场的智能化系统在设计规划阶段就已考虑了日A系统与机场航班信息系统的集成,使其能准确地根据机场的航班信息控制候机楼的空调和照明系统节约了电能。
  由案例可以看出如果将信息管理系统与设备控制系统进行集成可以产生不可估量的节能效果。集成首先需要一种理念。不仅仅是针对机场建筑、地铁站,大型购物中心其它建筑中仍存在管理的漏洞。通过系统集成实现精细管理,可以节省被浪费的能耗。
  从技术层面看,建筑智能化系统的能耗管理主要有在建筑运行管理阶段采用建筑智能化集成管理平台对能耗设备各种运行参数进行采样、记录、分析、比较、监管根据建筑各个空间实际需要实时地进行系统优化调控根据需求适时对原智能化系统进行局部整改;分析运行数据库和能耗的关系,进行数据挖掘定期评估设备能耗性能并加以改進。使各建筑能耗设备系统在不同工况下高效运行实现进一步优化节能的目标。物业管理公司的智能化系统管理工程技术人员在全面、深入掌握智能化系统的同时要不断挖掘建筑节能潜力创造经济效益。即使在节能方面已经取得成效的建筑物,仍然有节能潜力可挖。
  咸阳国际机场T3A航站楼节能经济效益分析:
  1、系统集成效果:不计设备寿命延长所带来的收益每年约可节约1000余万元的电费支出经过两、三年时间就可收回设备的投资。
  2、节能收益。节能收益是指航站楼由于采用节能措施而带来的运行维护收益、能耗收益和舒适性收益的总和。航站楼由于受到良好的隔热保温措施的保护,从中就节省了一笔维护开支;由于航站楼使用节能设备后,设备运行负荷比传统建筑小,其维护费用也相应的减少;与同类型的基准航站楼相比,节能率在52.7~55.3% 之间。
  3、生命周期收益节能投资是一次性行为,而收益是一个长期的过程。因此,更科学合理的分析节能建筑的经济效益,应该采取建筑物生命周期的计算方法。节能建筑生命周期收益=非节能建筑生命周期总费用- 节能建筑生命周期总费用建筑节能技术的社会效益
  4、投资回收期。节能航站楼的的投资回收期一般不会超过10 年,因此,投资效率高,有利于国家经济的发展。
  六、智能建筑改革建议
  尽管当前智能建筑的节能技术发展的非常迅速,但是,在实际的建筑工程当中,却存在很多的现实问题。并且,同智能建筑相配套的市场管理以及技术管理却未能实现完全的同步,这也就导致了智能建筑节能产品的质量以及种类无法满足智能建筑的设计需求。对这些问题,下面提出相应的应多措施。
  1、强化智能建筑节能设计前期规划
  系统的前期规划是智能建筑节能技术良好发挥效用的前提和必要条件。在智能化建筑的前期规划设计阶段就需要以效果为导向,根据建筑节能需求来进行节能技术规划工作,建筑节能运行管理模式需在初期的系统设计中体现出来,这也是智能建筑节能设计的关键。以建筑设备监控体系为基础,管理和节能两个功能并行,以此来保障系统的监控范围、监控内容、监控要求实现其应用效能,使系统完成后真正实现管理和节能两者兼备的功能。
  2、加强智能建筑运营管理规范性
  对智能建筑的最终节能性能而言,其运行阶段的管理水平起着至关重要的作用。在建筑实际运行过程中,由于专业技术人员缺乏、技术水平落后、管理效率低下等原因导致的智能建筑能耗过高、设备损耗过大、系统管理水平低等问题层出不穷。这些问题的解决有赖于建筑运行管理单位加强对现有工程技术人员的大力培训和后续人才的培养。首先,对现有工程技术人员的培训需要设备制造单位相关专业技术人员的合作和指导,将理论知识灌输到现场操作人员的实际工作中,培养出技术能力可以胜任的工程技术人员,同时,还需要建立起具有一定专业水平的管理团队,从上到下对智能建筑的运行管理水平进行整体提升;其次,需要从长期发展的角度考量,通过与专业院校等单位对接,实现专业技术人员和管理人才的梯队培养,提高智能建筑的综合节能水平
  3、加强建筑节能参与主体意识
  智能建筑节能的参与主体包括多个层面,政府、业主、建筑设计师、设备工程师、物业管理人员、建筑实际使用者等。在立项阶段,业主和政府部门作为项目的指导者,其政策的执行和投资决策将会是节能技术在智能建筑中应用的前提;在设计阶段,建筑设计师是对建筑整体性能进行控制和把握的,建筑师对节能性能的控制将会影响建筑未来实际运行中的节能效果;到了使用阶段,物业管理人员和建筑使用者的节能意识和实际的节能效益,将最终决定建筑节能技术应用和节能改造的最终实施。
  七、结束语
  综上所述,智能化建筑的发展不仅提高了我国居民的说水平,同时,也大大提高了建筑的节能效果,为我国节能环保工程的实施奠定了坚实的基础。今后还应该深入的研究智能化建筑的节能技术,不断提高智能建筑的节能效果。
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