凌玲

（廣西壯族自治區(qū)建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院）

1 引言

建筑節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展是現(xiàn)代工程建設(shè)的重要方向，有利于提高城市建設(shè)質(zhì)量，降低人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)面影響，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與生態(tài)建設(shè)的和諧統(tǒng)一。在全球資源緊張、環(huán)境持續(xù)惡化的時(shí)代背景下，可持續(xù)發(fā)展理念更加注重節(jié)能降耗，提倡綠色建筑設(shè)計(jì)，提高資源循環(huán)利用率，注重新能源的推廣和應(yīng)用。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展和普及，建筑的節(jié)能措施和節(jié)能技術(shù)的日益完善，構(gòu)建的空間環(huán)境將更為舒適、健康、和諧。

2 建筑智能化設(shè)計(jì)在節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用原則

建筑智能化設(shè)計(jì)在節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在通過(guò)智能化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、提高資源利用率的目的，構(gòu)建建筑與環(huán)境、人與環(huán)境健康良好的互動(dòng)關(guān)系。建筑集成化設(shè)計(jì)是一種多專(zhuān)業(yè)配合的設(shè)計(jì)理念，能夠從整體出發(fā)將各種專(zhuān)業(yè)因素統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，結(jié)合多種技術(shù)和形式進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，更好地滿足節(jié)能與可持續(xù)設(shè)計(jì)需求。建筑智能化設(shè)計(jì)將智能與綠色有效結(jié)合，在提高建筑智能化水平的同時(shí)，符合可持續(xù)發(fā)展要求，體現(xiàn)了集成化設(shè)計(jì)理念。在設(shè)計(jì)時(shí)，著重從資源節(jié)約、高效集成、環(huán)境舒適等基本應(yīng)用原則出發(fā)，最大程度地利用自然資源與周?chē)h(huán)境，協(xié)調(diào)建筑單體與環(huán)境的關(guān)系，將各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深度融合，降低施工安裝難度，突出建筑全壽命周期的節(jié)能性、環(huán)保性、可持續(xù)性。高效集成應(yīng)用原則主要依賴(lài)于智能化控制技術(shù)、信息化技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化集成處理技術(shù)等的發(fā)展，通過(guò)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，為管理者提供界面友好的操作系統(tǒng)和個(gè)性化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能化集成管理，從而降低建筑運(yùn)營(yíng)成本。建筑智能化設(shè)計(jì)體現(xiàn)出以人為本的理念，創(chuàng)造更為便捷、舒適、健康的活動(dòng)空間，主要體現(xiàn)在室內(nèi)采光環(huán)境、室內(nèi)熱環(huán)境、室內(nèi)聲環(huán)境等方面，需要采用智能化技術(shù)，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行量化控制，做到精細(xì)化的舒適度調(diào)節(jié)[1]。

3 建筑智能化設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用

3.1 自然采光智能化設(shè)計(jì)

3.1.1 采光節(jié)能智能化設(shè)計(jì)

采光設(shè)計(jì)是滿足建筑使用功能的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，對(duì)建筑節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展影響較大。建筑采用智能化的采光設(shè)計(jì)，應(yīng)該在條件允許的情況下，盡可能合理控制利用自然采光，并結(jié)合人工照明方式，滿足總體需求，創(chuàng)造健康舒適的光環(huán)境。它采用能夠自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的采光設(shè)備，可以利用光導(dǎo)管系統(tǒng)，將自然光引入到建筑中，該系統(tǒng)主要包括采光裝置、防雨裝置、調(diào)光裝置、標(biāo)準(zhǔn)管、漫射器等部分組成，其中，調(diào)光裝置可以自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)性的陽(yáng)光采集，根據(jù)光線情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，可以通過(guò)設(shè)置照度值或照度時(shí)間，自動(dòng)啟動(dòng)電力、調(diào)光裝置、照明系統(tǒng)等設(shè)備設(shè)施，實(shí)現(xiàn)采光智能控制的效果。光伏光導(dǎo)一體化系統(tǒng)有效將光導(dǎo)管系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)結(jié)合運(yùn)用，在日間可以利用光導(dǎo)照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采光照明，在夜間可以使用光伏系統(tǒng)提供電源的照明系統(tǒng)，從而取代傳統(tǒng)的電力照明系統(tǒng)。除了自動(dòng)跟蹤采集利用太陽(yáng)光，還可以進(jìn)行智能化反光系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，自動(dòng)控制調(diào)整反光裝置旋轉(zhuǎn)角度，保持陽(yáng)光反射效率，改善室內(nèi)照明的情況，新型日光偏轉(zhuǎn)百葉系統(tǒng)不但能夠改善室內(nèi)光環(huán)境，而且還可以調(diào)整室內(nèi)熱環(huán)境，在普通百葉遮光原理的基礎(chǔ)上，將普通百葉分為反復(fù)反射器和光纖支架兩個(gè)部分，通過(guò)智能化控制能夠隨著光線射入角度變化隨意轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.1.2 遮陽(yáng)節(jié)能智能化設(shè)計(jì)

遮陽(yáng)設(shè)計(jì)能夠調(diào)整太陽(yáng)對(duì)建筑采光和熱環(huán)境的影響，主要針對(duì)墻體外立面和屋頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的遮陽(yáng)處理方式有內(nèi)部遮陽(yáng)和外部遮陽(yáng)兩種，內(nèi)部遮陽(yáng)通過(guò)安裝窗簾、百葉窗等裝置實(shí)現(xiàn)，外部遮陽(yáng)則可以通過(guò)設(shè)置遮陽(yáng)板、遮陽(yáng)棚等設(shè)施實(shí)現(xiàn)。這些設(shè)計(jì)策略雖然能從一定程度上避免陽(yáng)光直射，但是適應(yīng)性和靈活性較差，不能根據(jù)太陽(yáng)高度、角度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。采用智能化遮陽(yáng)設(shè)計(jì)則可以更好的適應(yīng)環(huán)境變化。百葉式光伏幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用打破了以往的幕墻設(shè)計(jì)形式，不但具有遮陽(yáng)功能，還具備了發(fā)電功能和美學(xué)性能，在減少建筑對(duì)太陽(yáng)能吸收量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能資源的充分利用。它將具有較高透光性能的晶硅光伏組件作為百葉使用，不僅不會(huì)影響室內(nèi)采光，而且根據(jù)內(nèi)層采用熱反射鍍膜鋼化玻璃，外層為透光率較高的鋼化玻璃的特點(diǎn)，利用設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和其運(yùn)行的控制。同樣，建筑屋頂?shù)恼陉?yáng)智能化設(shè)計(jì)，采用屋頂太陽(yáng)能遮陽(yáng)系統(tǒng)，將屋頂和立面幕墻的光伏組件整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的集成節(jié)能處理，通過(guò)共同作用調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候[2]。

3.2 自然通風(fēng)智能化設(shè)計(jì)

在建筑節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展中，自然通風(fēng)設(shè)計(jì)與采光設(shè)計(jì)同樣重要。根據(jù)集成化設(shè)計(jì)理念，可以將采光設(shè)計(jì)與通風(fēng)設(shè)計(jì)共同考慮，以建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，通過(guò)呼吸式玻璃幕墻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采光控制與通風(fēng)控制的有效結(jié)合。建筑設(shè)計(jì)中的自然通風(fēng)利用需要根據(jù)氣候條件，充分利用風(fēng)壓、熱壓原理，并結(jié)合機(jī)械輔助手段，為建筑室內(nèi)提供新鮮空氣，實(shí)現(xiàn)釋放熱量、物理降溫的目的。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)除了要考慮自然環(huán)境、朝向布局、細(xì)部構(gòu)造、室外綠化等主要因素外，還要針對(duì)太陽(yáng)能強(qiáng)化自然通風(fēng)以及計(jì)算機(jī)模擬自然通風(fēng)方面著重研究，構(gòu)建一個(gè)有組織的自然通風(fēng)系統(tǒng)，能夠得到可視化的通風(fēng)設(shè)計(jì)效果，為室內(nèi)風(fēng)環(huán)境設(shè)置提供數(shù)據(jù)參考。智能化建筑自然通風(fēng)系統(tǒng)在自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加入智能控制環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，主要包括通風(fēng)裝置、控制系統(tǒng)以及各種傳感器。電動(dòng)翻板是典型的智能通風(fēng)裝置之一。其傳感器負(fù)責(zé)采集陽(yáng)光、溫度、雨量、風(fēng)速等方面信息，在當(dāng)相關(guān)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定允許值時(shí)，傳感器會(huì)將信息傳遞給控制中心，控制中心發(fā)出操作指令，調(diào)整通風(fēng)裝置工作狀態(tài)。通過(guò)合理設(shè)置通風(fēng)控制優(yōu)先級(jí)，保證在不同氣候條件下的設(shè)施安全。此外，還通過(guò)合理控制通風(fēng)系統(tǒng)創(chuàng)造舒適健康的室內(nèi)環(huán)境，比如，在風(fēng)力或降雨過(guò)大時(shí)，強(qiáng)行控制通風(fēng)裝置關(guān)閉；當(dāng)雨過(guò)天晴后，根據(jù)室內(nèi)外傳感器采集到的數(shù)據(jù)，調(diào)整通風(fēng)裝置開(kāi)啟狀態(tài)，利用風(fēng)壓和熱壓進(jìn)行空氣自主交換，滿足室內(nèi)溫度和空氣流通調(diào)整的需求。因?yàn)橛绊懽匀煌L(fēng)的因素比較多，在進(jìn)行智能化節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合氣候條件、總圖設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多學(xué)科多專(zhuān)業(yè)進(jìn)行。如果要實(shí)現(xiàn)風(fēng)壓通風(fēng)，就應(yīng)該著重考慮整體建筑布局，并且對(duì)建筑外形、風(fēng)向等方面加強(qiáng)研究，科學(xué)計(jì)算壓力差，通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)，將穿堂風(fēng)合理應(yīng)用。這主要是利用了室內(nèi)外存在高度差、溫度差、密度差，造成室內(nèi)外氣壓不同，從而產(chǎn)生熱壓效果的熱壓通風(fēng)的主要原理。

3.3 電氣系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)

3.3.1 人工照明智能化設(shè)計(jì)

除了利用自然采光進(jìn)行室內(nèi)照明，人工照明系統(tǒng)也是主要的建筑照明手段，尤其在自然采光比較困難的情況下，可以創(chuàng)造良好的光環(huán)境。采用智能化設(shè)計(jì)方法，能夠提高電能的利用率，起到節(jié)能降耗的效果。智能照明控制系統(tǒng)是一種數(shù)字化、模塊化的分布式控制系統(tǒng)，主要由探測(cè)模塊、控制模塊、操作模塊等部分組成。根據(jù)不同區(qū)域不同時(shí)間不同照明需求，靈活采用分區(qū)控制、分時(shí)控制、分回路控制等多種策略，實(shí)現(xiàn)照明資源利用率的有效提升。在使用情況規(guī)律的地方，應(yīng)用預(yù)測(cè)控制策略，可以通過(guò)設(shè)定的時(shí)間控制照明系統(tǒng)，配備亮度傳感器；當(dāng)室內(nèi)照度低于設(shè)定照度時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)控制計(jì)劃，反之則會(huì)自動(dòng)關(guān)閉照明設(shè)備，避免出現(xiàn)能源浪費(fèi)情況。在使用情況經(jīng)常變化的場(chǎng)所，可以采用紅外線控制策略，配備紅外感應(yīng)探測(cè)器。當(dāng)檢測(cè)到有人進(jìn)入空間范圍時(shí)，能夠自動(dòng)開(kāi)啟照明設(shè)備；人走后自動(dòng)關(guān)閉。智能化節(jié)能照明設(shè)計(jì)也可以采用恒照度控制方式，利用亮度傳感器采集亮度信息，通過(guò)調(diào)光模塊自動(dòng)控制亮度值，使其保持在合適范圍內(nèi)。無(wú)論采用哪種控制方式，都需要與自然采光設(shè)計(jì)有效結(jié)合，選擇優(yōu)質(zhì)高效的照明設(shè)備，借助計(jì)算機(jī)、傳感器、網(wǎng)絡(luò)通訊等信息技術(shù)，將多種光源共同構(gòu)成的照明系統(tǒng)作為控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互智能操控[3]。

3.3.2 空調(diào)系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)

空調(diào)系統(tǒng)是一種典型的人工通風(fēng)設(shè)計(jì)，在充分利用自然風(fēng)進(jìn)行通風(fēng)調(diào)節(jié)的同時(shí)，通過(guò)暖通專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)整室內(nèi)溫濕度?？照{(diào)系統(tǒng)在建筑設(shè)計(jì)中是能耗大戶，已經(jīng)成為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)研究對(duì)象，而空調(diào)系統(tǒng)的智能化節(jié)能設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，需要在以往的設(shè)計(jì)過(guò)程中融入智能化設(shè)計(jì)理念和技術(shù)。在空調(diào)系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)中，可利用二氧化碳傳感器，與新風(fēng)閥、回風(fēng)閥相互聯(lián)動(dòng)，更好地調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量，利用溫度傳感器檢測(cè)室內(nèi)溫度，并將數(shù)據(jù)與上位機(jī)設(shè)定值進(jìn)行比較分析，調(diào)整冷熱水閥的具體開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的目的；在過(guò)濾網(wǎng)兩端部位安裝壓力開(kāi)關(guān)，當(dāng)灰塵累積到一定程度堵塞過(guò)濾網(wǎng)時(shí)，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示更換或清洗過(guò)濾網(wǎng)；在北方地區(qū)，可在冷熱水盤(pán)管部位安裝防凍開(kāi)關(guān)，可以有效防止冷熱水盤(pán)產(chǎn)生凍壞問(wèn)題。在降低能耗方面，采用智能化控制策略，保證空調(diào)機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量和效率，逐步降低能源消耗，尤其是在安裝中央空調(diào)系統(tǒng)的辦公大樓中，空調(diào)能耗幾乎達(dá)到整體能耗的一半，設(shè)計(jì)智能化樓宇自控系統(tǒng)，加強(qiáng)軟硬件開(kāi)發(fā)應(yīng)用，大約能夠節(jié)約1/4的能源消耗；在設(shè)備反饋情況方面，系統(tǒng)可根據(jù)自動(dòng)報(bào)警信息，及時(shí)精準(zhǔn)定位運(yùn)行故障，達(dá)到智能化管理的目的。

3.4 關(guān)于太陽(yáng)能利用的智能化設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能是人類(lèi)應(yīng)用相對(duì)成熟的清潔能源，在建筑設(shè)計(jì)中納入太陽(yáng)能系統(tǒng)能夠增強(qiáng)清潔能源利用率，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式和被動(dòng)式的建筑節(jié)能。太陽(yáng)能光伏利用系統(tǒng)可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，主要由太陽(yáng)能光伏陣列、蓄電池組、逆變器、配電柜、整流器等部分組成，利用智能控制系統(tǒng)對(duì)各組成部件進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可以提升太陽(yáng)能利用率，合理分配電能。當(dāng)蓄電池組充電達(dá)到上限電壓后，自動(dòng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，停止充電作業(yè)，當(dāng)電壓回落到某一數(shù)值時(shí)恢復(fù)充電，如果下降到下限電壓則會(huì)停止供電，防止蓄電池過(guò)度放電，起到一定的保護(hù)作用。在城市電網(wǎng)監(jiān)測(cè)方面，實(shí)時(shí)采集城市電網(wǎng)各項(xiàng)參數(shù)，在蓄電池電壓過(guò)低時(shí)，可以通過(guò)城市電網(wǎng)進(jìn)行充電，如果城市電網(wǎng)出現(xiàn)斷電情況，自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)給蓄電池組充電，當(dāng)蓄電池深度放電接近放電下限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷負(fù)載，當(dāng)光照恢復(fù)后自動(dòng)恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)蓄電池組的高效利用和保護(hù)[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智能化設(shè)計(jì)和節(jié)能設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向，有利于解決建筑行業(yè)高能耗、高污染的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，降低人類(lèi)活動(dòng)對(duì)資源環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響，為人們提供便捷、舒適、健康的活動(dòng)空間，對(duì)實(shí)現(xiàn)“碳中和、碳達(dá)峰”起到重要的作用。所以，必須在實(shí)際工作中踐行可持續(xù)發(fā)展理念，以信息采集、分析、處理為核心，運(yùn)用現(xiàn)代化、智能化以及綠色節(jié)能的技術(shù)手段，提升建筑工程全壽命周期的綜合效益。