智慧建筑技术在建筑节能中的运用研究

智慧建筑技术在建筑节能中的运用研究

唐龙

上海丰诚物业管理有限公司上海200021

摘要:我国经济发展进入新常态,具有“高效率、低成本、可持续、中高速增长”的新特征。在这种新阶段下,民众生活品质的不断提升对我国环境质量、资源利用率的提升同时提出了更高的需求。建筑节能减排方面,运用智慧建筑平台技术对建筑设备设施全生命周期管理之研究切实需要。通过有效的建筑节能管理不仅能够降低设施的运行成本,还能减轻生态环境的负担,实现可持续发展理念。本文结合上海瑞安KCIP5智慧建筑综合工程项目实例,通过基于智慧建筑的特征、优势及意义的研究,论述了运用智慧建筑技术对建筑节能的贡献。

关键词:建筑节能;智慧建筑;能源管理;上海瑞安KCIP5智慧建筑综合工程

1引言

随着我国城市化建设的步伐加快,“建筑物及其设备和系统的运行能耗”,即建筑能耗随之日益上升。根据建筑物的全生命周期理念,其中在建筑材料和建筑过程所消耗的能源,以建筑物50至70年的使用寿命统计,约占其全部能耗的20%;而80%左右的大量能耗发生在建筑运行的过程中。

据相关机构统计,“每年我国新建建筑约20亿平方米,其中约99%均属于能耗较高建筑”,如果不采取有效的建筑节能措施,相比2005年,建筑能耗将在2020年时翻一番以上,将严重制约能源和经济的发展。通过一方面落实节能减排的政策推进,一方面运用新型的智慧建筑技术与能源管理措施相结合;有助于促进建筑节能,实现可持续发展的低碳环境。本文将基于智慧建筑的特征及意义研究,在案例中探讨运用智慧建筑技术对建筑能源的贡献。

2智慧建筑的内涵

在“智慧城市”概念提出之后,越来越多的城市规划和设计以“智慧城市”为方向,智慧建筑作为其具象之一应运而生,通过构建智慧建筑生态体系,打造低碳、绿色、有智慧、人性化的建筑空间。

2.1智慧建筑的概念

国外和国内对智慧建筑的定义均有不同表述,根据国家标准《智能建筑设计标准》(GB/T50314-2015)的定义,“以建筑物为平台,兼备信息设备系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等,集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体,向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。”

智慧建筑的概念可概括为,通过先进技术,优化组合建筑物的结构、系统、服务和管理,最大化满足用户需求,为用户提供一个有温度、智慧化的建筑空间。

2.2智慧建筑的特征

根据智慧建筑的概念,智慧建筑的特征可从环境维度、经济维度、社会维度、技术维度四个方面体现:

1)环境维度:环境友好,资源最优化绿色节能;

2)经济维度:涵盖建设和运营全生命周期。低使用成本,相对高的建造成本,高投资回报率,低生命周期成本;

3)社会维度:更舒适的暖通和照明体验,更高效的环境,更健康的生活环境,更人性化设备设施,更完善安保,高空间利用率和空间柔性;

4)技术维度:传感网络和控制系统,新型产品材料,创新设计,集成管理,技术的可渗入性。

2.3智慧建筑的发展

建筑的发展从传统建筑发展到智能建筑,再继续向现在的智慧建筑发展,智慧建筑不同于传统的智能建筑。智慧建筑以智能建筑为依托,增加了“人”的要素,在大数据时代,从“数据”中来,到“用户”去,以建筑物中每个人的感受为目标,强调以人为本的基础。

根据全国智标委图示的“二元空间智能建筑”与“三元空间智慧建筑”(上图1),传统智能建筑以“信息”与“建筑”二元空间为基础构建系统,相比较而言,智慧建筑的优势更多体现在“人”与“信息”与“建筑”依托大数据、云计算、物联网、人工智能及AI等技术,形成三个系统共融的三元空间平台。

3智慧建筑技术在建筑节能中的作用与优势分析

建筑节能管理贯穿于建筑物的全生命周期,全生命周期能源管理以建筑使用阶段能源为管理目标,综合考虑建筑节能保障的规划设计、施工两大前置阶段对建筑能源使用形式、效率的影响。建筑节能管理是一项投资活动而不是简单的消费,可产生明显地资产溢价,其投资回报率可能高于企业所经营的核心业务回报。

3.1设计阶段运用智慧建筑技术实现建筑节能

在规划设计阶段,通常传统的技术是在设计工作结束之后再分析能耗,智慧建筑技术则是在设计的初期阶段通过兼容性直观化的三维模型,进行能耗分析。智慧建筑依托BIM设计实现全信息化,提供各个阶段各个系统的技术支持①,不仅有利于发展建筑之可持续发展理念,也避免了通过设计修改使建筑设计能耗降低的需求。

智慧建筑技术在设计初期阶段获得能耗分析的反馈,有助于建筑物在设计时分析与优化,可以有效控制各个阶段的成本,比如,对于建筑朝向和形态的选择提供数据支持,实现节能设计,提高设计质量和效率。

3.2施工阶段运用智慧建筑技术实现建筑节能

运用智慧建筑技术能有效改善施工阶段现场环境、能源浪费、监管难度大等问题。如环境检测及智能喷雾降尘系统、电气配电无功补偿系统、周界防范红外对射系统、工地现场智能限电控制系统等。其中,运用电气配电无功补偿系统在施工阶段产生节能效果明显。该系统通过在智能控制器上设定功率因数目标值,并采集系统功率因数;通过投入电容器组的数量来调整系统功率因数以达到设定目标值。实践证实,系统直观显示功率因数在0.92以上波动,相较实际施工中功率因数普遍在0.75左右数值提高了约22.7%的功率因数;即提高了施工阶段用电效率又降低了用电损耗。

智慧建筑系统可帮助工地实现施工技术全面智能化、项目管理智能化、全面感知现场人事物、信息协同共享、风险智慧预警控制、决策分析科学等的新型信息化手段。智慧建筑系统依靠互联网+技术、云计算技术、大数据和物联网技术等手段,围绕建筑行业中人、事、料、机、规章等关键环节,结合实际情况构建施工现场信息一体化的管理系统;有助于提高建筑工程施工质量、施工安全、节约成本、提高管理效率。

3.3使用阶段通过智慧建筑技术实现建筑节能

建筑物运营能耗应是建筑节能任务中最主要的关注对象。智慧建筑技术集通信自动化、楼宇自动化、办公自动化、消防自动化、安防自动化构建人工智能平台;通过深度运维、运行调试、持续改进等的方式,运用“大数据+AI”模式以促使生产和工作效率大幅度提升,在建筑的空调系统、照明系统、机电系统、电梯控制、多媒体系统等实现跨平台、跨系统的智慧控制。

通过以上技术搜集并建立建筑能源管理数据,筛选和发掘出偏离预期或要求数值或趋势的各项参数。通过数据标准化、能源消耗概况分析和能源使用指数分析等措施,借助智慧建筑平台搜集建筑物的各种能源账单,工程人员取3年或以上的数据为依据,从中观察过去数年的规律或整体趋势。针对能源消耗量的正常季节性波动,重点关注某些设备或系统并非有效率地运作,以找出更多潜在的节能措施。最终构建建筑物的集成化、共享化、综合化管理及决策平台,以实现企业的经济和价值最大化并实现环境品质的优化。

4上海瑞安KCIP5智慧建筑综合工程案例分析

4.1项目概述和用电分析

本项目包含两栋商业楼,分属杨浦中央社区一期,总建筑面积约为7万平米,下设两个10kV配电间自有制热系统夜间蓄热储能和制冷系统夜间冰蓄冷节能系统设备。

因该商业体的夏季用电MD需量需申请变更;项目配电用电容量约5.7MW,有4台10/0.4kV变压器;即:2台1250kVA,2台1600kVA变压器。依据历史账单统计得出,在2017年5月至2018年5月的电费账单呈逐步上升趋势,中间部分月份的实际用电需量已超申请MD需量,导致双倍罚款;且该建筑内采用多套本地能源管理系统,因管理系统的同质化和使用方式差异,导致建筑实际运维效率降低、人员成本上升;给集团能耗运营带来一定压力。

4.2导入智慧建筑技术的方案

该建筑于2018年投入智慧建筑平台;经由计算比较后,通过在建筑内的高配间外侧,增设5组100kWh的储能电池组并入电网的方式。利用整体用电削峰填谷和导入能耗管理平台措施,创造出建筑内部能源系统峰谷价差套利、动态追峰、提供额外功率的能源管理办法;在确保供电安全的同时,利用导入智慧建筑技术的能耗管理平台,与大楼原有的各智能自动化系统串联。

以对该建筑的各重要负荷点进行实时用电监测,从而实现新增加的储能设备与用电负荷的协同、变压器需量管理、用电诊断和楼内各系统的运行趋势预判。

4.3实现收益分析

通过这些智慧建筑平台大数据的搜集,形成全方位的月前预测、过程管控和建筑节能管理。最终,达到该建筑运营之风险可控、状态可视、工作可管的状态。该建筑通过投入储能系统和能源综合管理平台,通过削峰填谷收益方式(如下表1所示),分夏季(7月、8月、9月)的92天和非夏季的273天,每日用电分峰平、峰谷充放电,共计2次充放电,预计实现节约约21万元/年的用电收益。

5结论与展望

综上所述,运用智慧建筑技术对建筑节能有着巨大的贡献价值。基于智慧建筑的能源管理平台,未来智慧建筑将不断深入发展,“互联网+大数据+AI技术”等新技术互通串联,真正改变传统建筑模式,将建筑物打造为一个“生命体”,使低碳绿色的智慧生活成为现实。

参考文献:

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[2]李正,许前江,张峰,王冰.智慧工地系统在建筑施工过程中的应用[J].建筑电气.2017(09)

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[4]夏琳琳.建筑节能现状及发展对策研究[J].河北农机.2019(03)

[5]龙惟定.对建筑节能2.0的思考[J].暖通空调.2016(08)

[6]阿里巴巴集团置业部,阿里研究院.《智慧建筑白皮书》:建筑将成为拥有“大脑”的智慧平台[J].智能建筑与智慧城市.2017(05)

[7]曹吉鸣,缪莉莉.综合设施管理理论与方法[M].上海:同济大学出版社,2018(06)

[8]季文普,任庆伟,丁宁,朱文静,马斌,高瞻,吕长超.智慧工地系统在建筑施工过程中的应用[J].企业科技与发展.2019(01)

注释

①智慧建筑应覆盖和贯穿BIM软件各阶段:规划、概念设计、细节设计、分析、出图、预制、4D/5D施工、监理、验收、翻新。

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