1.6 绿色建筑运行控制系统发展趋势

(1) 绿色建筑运行环境监测技术。

绿色建筑运行不再只关注室内环境, 同时也关注室外环境, 而且对环境的监测内容和要求都有所提高。早期绿色建筑只关心温度指标, 即控制温度在期望范围内即可。后来增加湿度控制, 温度和湿度同时达标才会使人们感到舒适。如今, 绿色建筑要求CO2浓度、有害气体浓度、光照度、风速、噪声等都要控制在合适范围内, 才能保证人体健康、舒适。绿色建筑运行环境监测技术融合传感器技术、信号调理放大技术、信息融合技术、网络技术、计算机技术于一体。环境数据不仅是建筑运行系统的输入数据, 而且也是评价该绿色建筑运行系统效果的事实依据。因此, 建立绿色建筑环境综合测量平台就显得尤为重要。

(2) 绿色建筑能耗监测与建筑节能技术。

建筑的水、电、暖、气等能源与资源消耗, 直接关系到建筑的节能与减排目标, 因此, 有必要对其进行能耗监测。建筑能耗监测系统不仅为管理者提供实际用能水平参考, 而且为设计者提供依据。建筑能耗监测系统首先要有合适的监测末端, 如电表、水表、燃气表、热量表, 以及各种传感器等; 其次需要数据采集装置, 负责数据汇集和转发; 再次需要传输系统, 比如控制网络或计算机网络; 最后需要能耗监测信息平台对能耗数据进行处理、存储、融合、分析与应用。因此, 目前建筑能耗监测系统的热点研究问题有能耗感知技术、分项计量技术、能耗数据挖掘与分析、用能水平测定及能效评价、建筑能耗监测信息平台技术、用能设备控制及优化等。

建筑运行节能技术研究主要体现在以下3个方面。①建筑设备的用能效率控制方面: 主要通过提高电器及其他建筑设备的用能效率,例如提高中央空调热泵机组的制冷效率、水泵效率、风机效率等, 从而节约能源和资源。②多能源系统优化调度、合理配置供给方面: 主要是在多能源系统供给时, 根据负荷需求, 统一调度和优化各产能子系统的生产, 从而提高产能效率和传输能量的效率。③优化和限制负荷需求方面: 通过检测建筑内人员分布时空信息、动态调整舒适度需求及个性化控制等手段, 减少能源及资源浪费, 在保证舒适度的前提下, 尽可能地降低能源和资源消耗。

(3) 绿色建筑运行信息化平台技术。

绿色建筑需要信息化平台进行运行管理, 以取代传统的建筑智能化集成系统。建筑智能化集成系统是将不同功能的建筑子系统, 通过统一的信息平台集成, 实现信息汇集、资源共享、协调控制及优化管理等综合功能。由于建筑中的空调、照明、给排水等系统通常由不同的厂商供应, 因此, 各系统间存在协议不同、接口不兼容、数据不开放等问题, 难以实现互操作和协调控制。整栋建筑的管理者或所有者希望能在整栋建筑或建筑群的层面上实现协调控制、优化管理, 从而实现节能降耗。因此, 建筑智能化集成系统应运而生, 通过各种协议转换和路由, 将原先各自独立的建筑设备监控系统、信息化应用系统、公共安全系统等通过互操作技术联系在一起, 集成为一个大的信息系统。

随着物联网技术和云计算技术的发展, 人们开始寻找新的建筑运行系统架构, 期望满足某些建筑空间的特性需求。在此基础上, 通过对建筑空间、内外环境和人员分布的时空信息进行处理和分析, 将建筑空间进行划分, 依靠新的建筑信息化平台控制和管理这些建筑设备, 达到期望的目标。一个可行的方案就是将各设备通过物联网技术组成大的建筑物联网平台, 通过该平台实现建筑运行协调控制与优化管理。

(4) 可再生能源利用控制与优化技术。

建筑常用的可再生能源包括太阳能、风能、地热能、生物质能等, 有效利用这些可再生能源可以降低常规能源消耗量, 减轻环境污染。可再生能源利用系统是一个复杂系统, 例如, 太阳能发电系统由光伏电池、蓄电设备、逆变设备、配电设备和控制设备组成, 其中光伏电池是太阳能发电系统的独特组成部件, 它将太阳能转换为电能;风力发电系统由风力发电机、充电器、逆变设备、配电设备和控制设备组成。

可再生能源利用控制与优化目前研究的热点问题包括提高能量转换部件效率 (如光伏电池的效率、风力发电的风车效率等)、高效逆变理论与技术、系统优化控制技术等。

(5) 绿色建筑虚拟与仿真技术。

绿色建筑运行负荷、运行环境、运行释放的污染物等都需要研究, 绿色建筑虚拟与仿真技术给这些研究提供了一种可行性。通过专业软件, 建立整栋建筑及细化的空间、维护结构、通风系统、空调系统、照明系统、给排水系统等仿真模型, 利用这些模型和相应的数据进行演化研究, 得出整栋建筑的负荷、环境、室内空气质量等。研究绿色建筑虚拟与仿真技术的难点在于这个待建系统是一个多变量的、动态的、耦合的、非线性的跨学科、跨领域的复杂系统。绿色建筑虚拟与仿真技术需要利用感知技术、网络技术、计算机仿真技术等建立虚拟建筑模型、建筑设备系统模型、传热模型、控制系统模型等, 在此基础上, 进行仿真建筑实验, 具有数据处理和分析功能。