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(jié)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(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并闡述了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與建筑設(shè)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(fēng)空調(diào)系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)單介紹了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給建筑能源管理系統(tǒng)所帶來(lái)的變革。通過本課題的研究，可以得到的結(jié)論是：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠與智能建筑有機(jī)地結(jié)合，并可成為智能建筑的節(jié)能提供有力的工具與手段。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；智能建筑；設(shè)備能源；管理系統(tǒng)

1 節(jié)能建筑是社會(huì)發(fā)展的需要

我國(guó)在《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50314—2006 中對(duì)智能建筑的定義是“以建筑物為平臺(tái)，兼?zhèn)湫畔⒃O(shè)施系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、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(gè)社會(huì)的能源消耗的較大份額，而其中建筑信息系統(tǒng)、建筑設(shè)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(huì)的進(jìn)步，人類生活水平的提高，節(jié)能意識(shí)的增強(qiáng)，舒適、節(jié)能及安全的智能建筑是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的必然選擇與趨勢(shì)。新興發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正是一種可以適應(yīng)建筑智能化的發(fā)展趨勢(shì)，與建筑信息、設(shè)備、安防系統(tǒng)相融合的技術(shù)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(biāo)

智能建筑能源管理的目標(biāo)首先就是要提高建筑通信系統(tǒng)、建筑設(shè)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(dòng)控制，將不必要運(yùn)行的設(shè)備、通道、線路及時(shí)置于休眠狀態(tài)，并提高現(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行效率。而智能建筑與以往的舊有建筑相比的主要優(yōu)勢(shì)在于通過基于數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)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(shè)備、安防系統(tǒng)集成起來(lái)，形成一個(gè)共有的平臺(tái)，并通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)的各系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)在此提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算及處理功能，打通了傳統(tǒng)的不同自動(dòng)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(shù)的智能建筑能源管理系統(tǒng)集成節(jié)能特點(diǎn)具體體現(xiàn)在對(duì)智能建筑BAS控制方案的優(yōu)化與融合，目標(biāo)是為了對(duì)建筑的能耗實(shí)現(xiàn)精確的計(jì)量，進(jìn)行能耗分類歸納匯總，計(jì)算單位平均能耗，查找高耗能點(diǎn)和挖掘節(jié)能潛力。對(duì)于智能建筑能耗集成管理的重點(diǎn)主要有兩方面：（1）對(duì)能源消耗信息的集中采集與監(jiān)測(cè)；（2）通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)建筑中各系統(tǒng)的集中的遠(yuǎn)程監(jiān)控，在保證建筑功能服務(wù)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(cè)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(duì)室內(nèi)外的溫度、濕度、CO2濃度等環(huán)境信息。在遠(yuǎn)程監(jiān)控方面，在考慮了收集上來(lái)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(yuǎn)程地控制照明、風(fēng)機(jī)、水泵、空調(diào)機(jī)組，從而來(lái)滿足室內(nèi)舒適度和健康環(huán)境。

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

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在智能建筑的能源管理系統(tǒng)中通常可以劃分為3個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)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(wù)。通過各種傳感器、控制器等智能裝置自動(dòng)采集物體的各種信息，實(shí)現(xiàn)物體識(shí)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(yùn)用系統(tǒng)集成的方法和手段，借助樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（Building Automation System，BAS），完成各個(gè)子系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。這類代表性的信息比如設(shè)備用電信息、環(huán)境信息、空間信息、時(shí)間信息等，從而建立智能建筑較完整的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，為下一步的設(shè)備運(yùn)行管理分析和能源管理分析作數(shù)據(jù)儲(chǔ)備。

網(wǎng)絡(luò)層主要就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的處理、傳輸和控制。網(wǎng)絡(luò)層作為互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)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(wú)線的通信網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還有基于以太網(wǎng) TCP/IP 等的通信控制網(wǎng)絡(luò)。

應(yīng)用層的主要任務(wù)是對(duì)于已經(jīng)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并利用經(jīng)過分析處理的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的功能。

應(yīng)用層對(duì)于基礎(chǔ)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(shè)備查詢分析。應(yīng)用層軟件將基于數(shù)據(jù)模型，并根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分析能源消耗數(shù)據(jù)與用能結(jié)構(gòu)，通過對(duì)能量消耗狀況的掌握，能準(zhǔn)確找到建筑物中能耗可能的控制點(diǎn)。根據(jù)事先建立的全國(guó)的同類建筑運(yùn)行狀態(tài)和行業(yè)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的能耗數(shù)據(jù)庫(kù)，建立標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)節(jié)能特征數(shù)模曲線，通過對(duì)比分析，找出能耗偏高的癥結(jié)所在，并給出科學(xué)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(dá)到節(jié)能的效果。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)除了可以收集、分析能耗情況、遠(yuǎn)程控制高能耗設(shè)備，還可以進(jìn)行建筑設(shè)備的故障診斷、維護(hù)管理及自動(dòng)調(diào)試。傳統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)管理是按照維護(hù)計(jì)劃進(jìn)行執(zhí)行，不能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，設(shè)備無(wú)故障時(shí)也浪費(fèi)了人力。而通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集到的設(shè)備數(shù)據(jù)信息，可以有效地、有針對(duì)性地對(duì)可能產(chǎn)生問題數(shù)據(jù)的設(shè)備及時(shí)地進(jìn)行維護(hù)，大幅提高了設(shè)備的維護(hù)水平，降低了維護(hù)成本，同時(shí)對(duì)于由于設(shè)備故障產(chǎn)生的高能耗問題預(yù)先進(jìn)行解決。

通過互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也可以用于對(duì)智能建筑的節(jié)能效果進(jìn)行分析。通過實(shí)際能耗情況和節(jié)能計(jì)劃對(duì)比分析可以得到實(shí)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(xì)地制定能源消耗指標(biāo)，并實(shí)時(shí)地加以監(jiān)督，及時(shí)地制定改進(jìn)措施。最終通過節(jié)能分析，可以記錄并各項(xiàng)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(shí)際效果。

4 智能建筑節(jié)能技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合發(fā)展實(shí)例

互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用于智能建筑能源管理系統(tǒng)中，能夠讓建筑內(nèi)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行在全自動(dòng)狀態(tài)。智能控制方式可以預(yù)先設(shè)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(dòng)地調(diào)整房間內(nèi)的供熱、供冷及通風(fēng)量。例如，在上班時(shí)間到來(lái)前，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，提前開啟通風(fēng)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(dá)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(dòng)地降低通風(fēng)量或關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)。再如，互聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)能夠時(shí)時(shí)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(yù)報(bào)，及時(shí)地調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和方式，從而達(dá)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(shí)地傳遞給遠(yuǎn)程的控制室，通過對(duì)于房間環(huán)境的掌握，從而可以遠(yuǎn)程地對(duì)房間環(huán)境做出精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。當(dāng)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(jī)組的運(yùn)行時(shí)間及負(fù)荷，最終達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

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

5 結(jié)語(yǔ)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能建筑能源管理系統(tǒng)的有機(jī)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)、及時(shí)地采集，極大地限制了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用。未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)該要將老舊建筑的系統(tǒng)統(tǒng)一納入可實(shí)行的范圍內(nèi)，并應(yīng)努力降低此項(xiàng)工程的成本。