低碳建筑对智能化的需求

时间：2024-10-19 百科知识版权反馈

【摘要】：低碳建筑要满足减少二氧化碳排放的要求，首要的任务是落实“节能”。低碳建筑节能架构及其与智能化的关系示意，如图1．6所示。低碳建筑已跻身于现代建筑行列，它的智能化水平除拥有现代建筑的诸多系统外，还包含有为低碳能源服务的系统、提高节能增效功能的系统、节约资源的智能化系统等。节能减排要贯彻“开源节流”的原则，低碳建筑常建设楼宇能源管理系统BEMS，以降低建筑运行过程中的能耗。

1．5．2　低碳建筑对智能化的需求

1）低碳建筑设备的配置及其与智能化的关系

低碳建筑要满足减少二氧化碳排放的要求，首要的任务是落实“节能”。低碳建筑节能架构及其与智能化的关系示意，如图1．6所示。

（1）结构节能

结构节能广泛采用热缓冲层技术、自然采光通风技术、能量活性建筑系统、混凝土楼板辐射储热蓄冷系统、围护结构的保温隔热系统、光电幕墙与光电屋顶一体化技术等，通过智能化系统的调控和优化，分别达到保温、隔热、供电的节能效果。

（2）开源节能

图1．6　建筑节能机制框图

开源节能尽量减少常规能源的供应，加强可再生能源的开发利用。如采用太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等可再生能源发电、供电，通过智能化系统的调控和优化，达到蓄能、变换、稳压、稳频、联网、时控等要求。

（3）用电节能

用电节能，是通过对用电负载的合理调控，达到增效、降耗的要求，以节省能源。用电节能首先要改善供电质量，减少谐波成分，调整功率因数；对照明系统，采用感应器、可调照度装置，优化启闭；动力系统，合理启动、最优化启停；电梯系统，采用群控技术合理调控；空调系统，采用热泵技术，其中包括太阳能热泵、地热源热泵、水环热泵等，把低位能提升为高位能，采用变风量（VAV）系统，以提高能量效率。用电节能通常采用智能化技术，设置楼宇设备监控系统来加以调控。

2）低碳建筑中智能化主要系统

低碳建筑技术仍属于一种正在发展中的新技术，我国北京奥运、上海世博建设，就融入了低碳理念。低碳建筑已跻身于现代建筑行列，它的智能化水平除拥有现代建筑的诸多系统外，还包含有为低碳能源服务的系统、提高节能增效功能的系统、节约资源（如节约水资源）的智能化系统等。

（1）低碳型自然能利用的智能化监控系统

低碳型自然能，其中包括太阳能、风能、地热能等可再生能源，是低碳建筑的重要任务。低碳型自然能由于它是低密度、间歇性、随机性的能源，在开发利用中，要解决很多技术问题。利用智能化系统控制储能、并网是解决这些问题的重要途径。低碳能源智能化监控系统具有以下特点：

①系统功能

A．数据监测功能。检测系统中各个单元的状态和参数，为判断、保护提供依据，需要检测的物理量有输入电压、电流，输出电压、电流，独立型系统的蓄电池参数，并网系统的逆变器参数等。

B．并网或储能管理功能。监控并网系统的工作状况及各项参数，对独立系统要对蓄电池充电方式进行监控、对放电过程进行管理。

C．设备保护功能。防止逆变器故障而出现的过压、过流现象，对储能设备的过充电和过放电现象进行监控，防止备用发电机空载等。

D．故障诊断功能。超值报警、故障报警，故障类型判别显示等。

E．运行状态显示功能。显示系统运行状态的信息。

②系统类型

A．PLC逻辑控制型；

B．单片机控制型；

C．计算机网络控制型。

③系统结构

某商贸大厦由多个分体建筑组成，在屋顶采用钢结构建设了1．295MWp光伏系统，在8个区域安装7　000块光伏组件，每个区域的组件经直流汇电箱接入一台SC150逆变器，8个光伏发电控制室装有电源和网络接口，各光伏支路和逆变器数据通过以太网送到监控中心（监控室）。其数据采集和通信系统，如图1．7所示。

图1．7　大厦光伏系统数据采集和通信系统

A．由安装在集中型逆变器面板上的LCD液晶显示器，可监控其运行参数、故障代码和有关信息。

B．通过监控计算机，可监控各子系统运行数据，并对8个子系统的运行数据进行采集和存储。

C．可将光伏并网发电的运行数据，通过互联网远程传输，实行更大范围的统一管理。

④工程效能

低碳型自然能的减排效能是普遍的。利用太阳能发电，每发一万度（1度＝1kW·h）电，就可代替4t标准煤，这样就避免了4t标准煤的二氧化碳、二氧化硫和烟尘的排放。以1．295 MWp光伏系统为例，该系统寿命期25年内，年均发电量152万kW·h，寿命期内累计发电量30　800万kW·h，相当于代替123　200t标准煤，可减排38 532t二氧化碳、356t二氧化硫、180t粉尘、3　600 t灰渣。

该项目建设的智能化监控系统，采用分片、分组的数据采集方案，对于保证系统安全、便于日后使用维修都是适宜的。由于系统规模较大，太阳能电池板较多，分组采集便于发现问题。如片区故障、个别组件损坏或受到异物、灰尘、鸟粪覆盖等。因此，智能化监控系统除保证系统正常运行外，还能通过监控检验运行效率，如果供电效率下降，要认真分析原因，定期对太阳能电池板进行检查，除尘保洁。

（2）能源管理智能化系统

节能减排要贯彻“开源节流”的原则，低碳建筑常建设楼宇能源管理系统BEMS，以降低建筑运行过程中的能耗。对于一座现代化的大厦，据调查统计由于管理不善，有35%～50%的能源浪费。有时对契约用电控制不好，造成额外的超值付费，有的单位竟达电费账单的25%。楼宇能源管理系统能够提供合理的用电方案，减少大厦的能源浪费。

①系统建设目的

A．对设备能耗情况进行监视，提高整体管理水平；

B．找出低效率运行的设备；

C．找出能耗异常的情况和问题；

D．降低峰值用电水平。

②系统功能

A．给出能耗报告。能源管理分组统计分析，对各组的能耗值提供逐时、逐日、逐月、逐年报告，帮助用户掌握自己的能耗情况，找出能耗异常的问题。

B．提供能耗排名。在不同时间范围内，对组内的能耗值进行排序，帮助找出能耗最高和最低的设备单位。

C．给出能耗比较。在不同时间范围内，对各组的能耗值进行比较。

D．提供日平均报告。每15分钟给出平均能耗需求的报告，帮助用户了解自己的能耗模式，找出超出预期的峰值需求。

E．给出偏差分析。任何一天不同时段能耗值与管理设定值的偏差，指出能耗的不良倾向。

F．提供最大值/最小值分析。以分析各系统和设备能耗与时间的相关关系。

G．给出一次能源折算。将能耗值折算成热量（MJ）、标准煤、原油、原煤等一次能源消耗量和相对的二氧化碳释放量。

H．提供成本报告。根据能源表的数据和费率结构，计算各组逐日、逐月、逐年能耗费用报告，以了解能源使用成本。

I．给出成本排名。在不同时间范围内，对各组的成本值进行排序，找出能源消费最低和最高的设备单位。

J．提供统计报表。让用户对能耗情况一目了然，并能帮助用户合理分配能源使用结构。

③系统结构

能耗监测与管理系统由各计量装置、数据采集器、管理系统（Web服务器）组成，系统采用三层分布式结构，如图1．8所示。

图1．8　能耗监测与管理系统结构

各种计量装置用来度量各种分类分项能耗，包括电表、水表、燃气表、热（冷）量表等。计量装置具有数据远传功能，通过现场总线与数据采集器连接，可以采用多种通信协议（如MODBUS等）将数据输出。Web通路的监控节点是能耗监测与管理系统的数据采集器。管理系统设在Web Access的工作节点，数据采集器通过以太网将数据传至管理系统的数据库中，用户即可通过监控中心浏览组态能耗数据。管理系统设有通信接口还可将数据传输给上位机。

根据用户需求建立实时能耗数据采集、能耗数据统计分析、能源使用计划控制、能源析标等功能系统，并配以必备的软件。根据能源使用的实际需求，保证合理节约用电；分析能源使用中的漏洞和异常现象，给出改进方案；对能耗总量折算标准热耗量，明确节能功效；同时，确保用电需量，不超过契约容量。

④节能功效

近年来，能源管理智能化系统，在办公建筑、商业建筑、城市公共建筑等方面的应用，都取得了明显的效果。如某办公建筑共13层，总建筑面积8 625m²，空调建筑面积7 300m²，利用BEMS统计：某年度的照明系统能耗占19%，空调系统能耗占55%，办公及其他设备为26%。空调系统中冷热水机组能耗所占的比例最大，达到54%，末端设备为25%，水输送系统（冷却水泵、冷冻水泵）的能耗比例也相当大，达18%，冷却塔能耗为3%。根据这一情况，采取的节能措施是：照明更换节能灯，加强人走灯关的管理。对于耗能主体空调系统，分析认为：主机配备容量过大，无需全开，只需开1台主机，配1台冷冻水泵，1台冷却水泵就能满足需求；空调水系统运行中存在大流量、小温差的问题，应增大送回水温差，减小水流量，同时采用变流量技术；夏季、冬季温度设定不合适，增加了能耗，需加以调整。通过以上整改，年节能43%。

3）节约水资源的智能化系统

自然界的水，是一切生命和人类发展所不可缺少的重要资源。经济建设、社会发展、人民生活，一刻也离不开水。目前，我国城乡用水紧张已是一个普遍性的问题，因此，节约用水也是低碳建筑面临的迫切需要解决的问题。根据循环经济的理论，走污水资源化的道路，是缓解水资源紧张的有效方法。我国建设部大力推广中水回用，是节水节能的有效措施。在中水回用系统中，智能化系统发挥了越来越重要的作用。图1．9给出了中水智能化监控系统DDC控制结构。