谈智能化技术的建筑节能设施设计

以计算机技术、自动控制技术为基础的智能化技术的迅速发展，使得未来建筑得以智能化，智能化建筑通过将节能技术和设备的优化组合，为用户提供高效、舒适、便利的人性化的建筑环境，同时，绿色建筑是建筑可持续发展的必然趋势，建筑设施的智能化设计发展必然与节能、低碳紧密关联，而采暖、制冷和用电是建筑耗能的主要部分，降低这部分能耗对绿色智能建筑的发展具有重要意义。基于此，本文以绿色建筑理念为指导，以智能化技术为手段，从太阳能应用系统、地源热泵系统、智能电网系统等三个层面对建筑设施进行了节能设计，实现了太阳能、地热能、电能等的高效、可靠和优化运行，并将其集成至智能化建筑控制管理系统，进行实时监控和管理，在创造舒适的建筑环境的同时，提升了建筑设施的节能和智能化效果。


1建筑节能设施智能化设计的需求分析


“智能化技术融合电子技术、自动控制技术和计算机技术”［1］，为绿色智能建筑发展提供了新的思路和空间，建筑节能设施的设计和应用更是成为大势所趋，本文融合智能化技术和绿色建筑理念，对其设计需求进行如下分析:(1)采用主流技术:以绿色智能化建筑在管理和监控等方面的应用需求为导向，充分利用电子技术、物联网技术和云计算技术等操作简单、安全可靠的主流技术，让建筑设施联动起来，统一规划、建设地源热泵系统、太阳能应用系统、智能用电网系统，并借助于智能建筑控制系统促进各类设备和系统资源共享、信息互通”［2］。(2)节能环保:建筑节能设施应以低成本获取高性能和多方面的效益为出发点，最大限度地开发利用太阳能、地热能等可再生能源，并将其与智能化技术结合起来进行设计，实现性能、成本和节能等多重效果。(3)智能用电:运用现代传感器技术、通讯技术及自动控制技术等构建安全、高效的智能用电网，将可再生能源进行多元化的电能开发与利用，并通过智能电网基础平台实现电能的传输、调动、监控和管理，为用户实施节能用电管理提供便利。


2地源热泵系统节能的智能化设计


地源热泵系统是利用浅层地热能，实现高效节能环保的中央空调系统，可以集成采暖、空调制冷和生活热水于一身，是未来智能化建筑中的标配，为此，为推进地源热泵系统在现代建筑的应用，增强对地源热泵系统的智能化控制和操作，本文以“热泵系统集成”为主导，采用基于传感器技术和计算机技术进行地源热泵系统设计，系统控制中心采用性能最佳、简单易用的光数字传感器ISL29020，具备低光照条件下的灵敏度(＜0．015lux)、宽动态范围、最佳的光谱响应，以及最佳的红外和紫外抑制，由其采集建筑采暖、制冷需求信息，并将所采集的数据传递给计算机，并借助于计算机通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，对相应功能模块进行控制，以实现制冷、采暖的操作。本文所设计的地源热泵空调系统由U型地下埋管热换器、热泵机组冷热分配系统及用户终端等构成的封闭环路的集成系统;其中U型地下埋管热换器通过埋在地下的封闭管道采集地热能并与水源热泵机组进行热交换;水源热泵机组则利用热泵循环工质环路和地能采集系统水环路、冷热分配系统水环路的耦合，通过热泵机组的制冷和制热循环实现热量交换，促进热量在空间上的转移，冬季，通过换热器将地下水或土壤中的热量提出用于室内采暖，而夏季则利用地下土壤或地下水带走热量，达到制冷效果;冷热分配系统则是将水源热泵机组制取的冷冻水或者采暖热水输送至用户终端空气处理系统用于空气的冷热处理;用户终端空气处理系统涉及新风机组、风机盘管、空调系统三种形式，可对空气进行净化和热湿处理，调节空气质量和压力，提升建筑的舒适度。


3太阳能应用系统节能的智能化设计


太阳能的可再生性、清洁性，推动了其在绿色智能建筑中的应用和推广，而目前公认能源效率最高、经济性和可操作性最高的为太阳能热水系统，本文就将以此为重点，充分利用智能化技术来对其进行优化设计，“以Ateml公司生产的高性能、低功耗的8位嵌入式AVＲmega32微处理器为控制核心”［4］，构建主要由太阳能集热器、热传传热工质、贮热水箱、补给水箱和连接管路等部分构成的智能化太阳能热水系统，如图1所示，首先集热器通过吸收太阳辐射能后温度升高并形成循环流动，从而实现热能转化并将其传递给集热器内的传热工质，传热工质受热后通过自然循环方式将贮水箱中的水加热，或是以强迫循环方式将集热器内的热能传送给贮水箱中的水，而系统中的控制装置根据贮水箱与蓄水箱底部水温的差值是否超过限定值，来自动启动补给水箱及时补充冷水;同时，为了保证系统在阴雨天或是阳光强度较弱的冬季也能够正常运行，还可设置辅助加热装置，如电热器。


4电网节能的智能优化设计


绿色智能建筑在电网节能设计主要表现在智能电网的发展，其实一个“能源计算网络”，本文选用TI嵌入式处理及模拟技术作为其初级测量单元(PMU)，可为电力系统监控提供稳定可靠的高精度、节能型智能用电支撑，应用TITMS320C2000微处理器与高性能模拟技术可实现完整的监控解决方案，使管理者和用户能够实时监控基本电压线路，保证用电安全，且经配置的PMU可实现初级仪表测量、配电自动化、中断恢复、高效节能以及高质量电源等优异特性，同时应用Optisense光学传感器结合PMU可使用电设备具备更高的电网安全性与可靠性以及更高的可视度，实现更快的电力中断响应，并及时将信息反馈给用户。基于此智能化技术，所设计的智能用电网自上而下是智能微电网、电能管理主站、传输网络通信、智能用电信息交互终端(电能信息传感器、触摸显示屏)、智能插座、用电设备等［5］，由此形成的智能用电网系统中，智能微电网通过可再生能源时空互补性、直流电网技术、超导与新材料技术的应用、信息技术的运用与智能微网技术，将广域范围的各类电力资源转变成满足用户多元化电力需求所需要的资源;同时，智能电表设置是为了对电网系统覆盖区域内用电情况进行实时监测，且因其“具有电能计量、信息存储及处理、实施监测、自动控制、信息交互等功能”［5］，支持双向计量、阶梯电价、分时电价、峰谷电价等需要，为实现分布式电源计量、双向互动服务提供基础支撑;用电设备与智能插座的链接，能够将用电信息通过电能信息传感器显示在触摸显示屏，并将信息及时反馈给电能管理主站。


5结束语


本文给出的建筑节能设施设计方案经济性、可操作性强，为智能化技术在建筑领域的应用提供了一种重要的参考方案，有效弥补了我国绿色智能建筑发展的短板。但同时也存在一定的局限性，目前的研究还仅停留在对取暖、制冷和用电等建筑节能设施的智能化设计上，而对节能电梯、水资源处理等的智能化设计则相对欠缺，需要结合用户需求、节能环保要求进行完善，以进一步提升绿色智能建筑的性能。


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