绿色智能建筑区域能耗平台的实施经验及对策

2012-09-21中程科技有限公司吴稚辞王桔林

智能建筑与智慧城市 2012年10期

文｜中程科技有限公司吴稚辞冯斌王桔林陈敏

1 绿色建筑的由来及我国现状

“绿色建筑”一词的提出由来已久。1992年联合国环境与发展大会在巴西里约热内卢召开，会上第一次明确提出了“绿色建筑”的概念。此后，人们对建筑的办公、生产、居住以及娱乐等环境要求的不断提升，无形中增大了对能源的需求量，也加剧了国际能源供给的紧张趋势。因此，绿色建筑的理念逐渐为越来越多的国家所接纳。1998年美国LEED认证正式推出，标志着绿色建筑体系的最终确立；中国香港和台湾地区也相继在1996年和1999年推出了自己的标准。与此同时，中国经过几十年的经济高速发展，能源供需矛盾也日趋凸显。为了应对这一情况，我国政府已将绿色建筑列入国家中长期发展规划；《绿色建筑评价标准》、《绿色建筑技术导则》在2006年先后出台，使得绿色建筑在我国的推广和评价工作步入正轨，真正意义上实现了“有标可评”、“有据可查”。

2 绿色智能建筑

绿色建筑与智能化系统是协调统一、紧密相关的。随着近现代建筑物功能的日渐多元化，建筑物被赋予的意义已然不是提供一个挡风遮雨的庇护所那么简单，而是关系到人类社会活动的各个层面，办公、居住、娱乐、生产无不牵涉其中。但是复杂的建筑功能需要庞大的配套设施维系，众多不同系统的设备必需通过一套高效的监管与控制手段才能有机整合并发挥功效，这个系统就是智能化系统。

而绿色建筑的所谓“绿色”，就是要求建筑物在给人类提供优质、舒适的办公与生活环境的同时，在其全生命周期内，能够有效降低对自然环境的影响。要达到这一目标，必须从土地的合理规划开始，尽可能选择环保的建筑材料，最大限度地节约使用各类资源（水、电、气、材）以及严格控制环境污染等。而在其中对各种资源，特别是能源的节约利用方面，由于建筑物基本功能的实现是不需要靠大量资源来维持的，其主要的能耗是为了满足建筑使用者的舒适生活与生产的需要而支出的，各种配套设施的运维产生的资源消耗；所以控制着建筑中主要耗能设备的智能化系统自然成为了建筑降低能耗、实现“绿色”的最有效的工具之一。换言之，绿色建筑必备一套能够有效控制自身能耗、降低环境污染且有利于建筑功能可持续发展的智能化系统；而如此，也便成就了绿色智能建筑。

在此应特别指出，不能将“绿色”等同于“节能”看待。一味追求节能而牺牲了原有舒适性的建筑物不能称之为“绿色智能建筑”——它违反了绿色智能建筑应满足使用者舒适生活、工作的基本要求的前提。

3 绿色智能建筑区域能耗平台

3.1 区域能耗平台的意义

既要保持建筑原设计功能、效果不变，甚至还能在一定程度上有所提高，又要尽可能减少能源开支，这对智能化控制系统提出了更高的要求。为了实现这一目标，智能化系统必须具备完善的建筑能耗监管体系——类似于传统单栋建筑的计量系统，但是其功能应当从个体建筑能耗监管中独立出来，成为区域性、行业性、功能性的建筑能耗综合监管平台，并能对所采集到的数据进行分类研究，更好地服务于绿色智能建筑的规划、设计与改造。

3.2 项目实例分析

3.2.1 项目简介

我公司参建的深圳市国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗动态监测统计系统项目（以下简称深圳大型公建项目），是我国首个市级建筑能耗监测平台项目，它创造性地解决了国家机关办公建筑和大型公共建筑节能监管体系建设关键环节的技术难题，在2007—2011年间共完成了750栋建筑的能源审计、500栋建筑的能耗监测以及182栋建筑的能耗公示等工作，为大型公共建筑的能耗监管提供了全新的解决方案。

该平台的建设过程如图1所示。

图1 深圳市级建筑能耗动态监测平台建设过程图

建立市级能耗监测平台是一次全新的尝试，在2007年以前国内外并没有利用现代信息技术实践城市级规模化建筑能耗实时监测案例的相关报道，所以本项目的实施经过就是一个边摸索边改进的过程。

我公司主要承担既有建筑侧计量系统改造施工及数据通信调试任务。该项目参照《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》，在大型公共建筑低压配电侧有选择性地加装智能电表（加装互感器），实现对主要用能设备的实时监测。此外，考虑到中央空调系统用能是公共建筑总能耗支出中的大项，因此本项目特别加装了冷量表以辅助监测空调运行状态。电表与冷量表经由屏蔽通信线连接至采集器（RS485接口），再通过采集器汇总，经无线移动网络连接至中心数据机房。

3.2.2 项目施工经验及对策

作为一项政府性质的区域性能耗监管工程，本项目的目标非常明确，即通过市级平台汇总，同时监测数个功能相近的建筑的能耗变化，通过一段时间的积累与分析，对所采集的数据进行横向比较，以期在不久的将来形成区域性行业建筑能耗标准，指导新建筑的规划设计，敦促既有建筑的节能改造，最终达成全市建筑均实现绿色环保的目标。

（1）政策支持

能耗监管项目的推进需要相关法律法规的有力支撑，而目前建筑能耗监测，特别是既有建筑能耗监测改造方面的法律法规体系尚不健全，已经出台的一些政策多数为部门规章，力度不够，缺乏有效的经济激励措施。

以深圳大型公建项目为例，虽然计量改造的费用由政府全资投入，但建筑物业主对项目的接受程度依然较低。汇总分析我公司标段的项目推进过程发现，业主接受程度低于50%。不同类型建筑的业主中，对此类项目接受度最高的业主方主要是政府机关、事业单位；其次是商场、宾馆类建筑物业主；写字楼建筑业主的接受度最低，最终实施量仅占本标段完成总量的10%。

①近些年来我国政府一直致力于推进建筑节能以及绿色智能建筑的相关工作，并且陆续出台了一批针对政府办公建筑的节能降耗政策。全面的宣传工作以及强劲的支持力度，使得机关内部工作人员对“绿色”、“节能”等概念的接受度普遍较高。

②商场、宾馆类建筑的能耗直接影响业主的营业成本；因而随着能源价格的不断升高，业主自身的节能需求凸显，对于“节能”相关项目的接受度也有相应的提升。

③写字楼建筑比较特殊——其能耗费用多数由租户分摊支付，并不由业主（物业）直接承担，所以写字楼业主节能改造的动力较小；加之政府经济激励制度缺失，造成写字楼业主对于节能相关项目的接受程度偏低。

要改善现状，必须由政府职能部门研究确定发展绿色智能建筑的战略目标、发展规划以及技术、经济政策；制定国家推进实施的鼓励和扶持策略；制定利用市场机制和国家特殊的财政鼓励政策相结合的推广政策；综合运用财政、税收、投资、信贷、价格、收费、土地等经济手段，逐步构建推进绿色智能建筑的产业结构。

（2）数据传输构架

作为智能化系统中相对成熟的子系统，传统的单栋建筑计量系统已经具备了硬件侧数据采集、软件层数据接收及部分分析、显示功能，与市级监管平台的主要区别，在于市级平台多了一个与各建筑之间的数据传输环节。考虑到市级平台需要对全市数据进行汇总分析，其数据机房一般会建立在具备数据分析能力的单位的建筑中（以深圳大型公建项目为例，中心数据机房建立在深圳市建筑科学研究院大楼内），与各个建筑之间的数据传输只能通过网络连接。

本项目采用的是浙江中易和公司的WNC-210型采集器，该采集器采用模块结构化设计，支持GPRS/CDMA/ADSL/以太网等通信方式，具有无线远程通信能力。

采集器本身也支持有线传输模式，但由于既有建筑配电房中均未有固定网络覆盖，为了方便施工，本项目在调试过程中大量采用了无线传输模式。

采用无线数据传输方式简化了项目施工，加快了工程进度，但无线数据传输方式也存在缺陷：

①无线数据传输依靠移动通信网络实现。根据深圳当地的实际情况，我公司采用的是中国移动的通信网络；该移动网络在楼内，特别是地下室的信号覆盖相对较好。此外，配电房的信号屏蔽也很严重；因此为了得到较好的信号强度，施工中一般会将采集器移至配电房外，但即便如此，部分建筑配电房附近较差的信号覆盖环境还是会造成短时内的掉线。

②本项目技术要求参照《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》确定，一台连接表计个数为M，采集点个数为F，数据发送周期为X分钟，连接数据中心为N个的能耗数据采集器，其单日数据流量（单位为MB）为：

｛〔（0.2×M）+（0.4×F）+1.5〕/ X＋2｝×N

我公司标段内平均一栋建筑的配电监测点位为30个。以30个点为例，上式中各变量的数值为：

由此可得平均一栋建筑的单日数据流量为2.7MB，月流量约为80MB。

需要说明的是，这仅仅是单向数据上传流量；如果考虑实时监测读取（项目建成后将为业主方提供实时查询功能），数据量将较之大幅增加。根据项目调试数据分析，最大单月流量曾一度达到200MB。

如此大的数据流量，不仅考验移动网络（GPRS）的承载能力，还极大加重了项目后期的维护资金压力。以深圳市移动数据服务收费为例，150MB流量数据卡的包月费用为20元，则500栋建筑的数据通信维护费用为10000元/月，年维护费用将高达12万元。如果考虑后期陆续增加库内建筑数量或者细化建筑的计量分项，维护费用还将进一步攀升。

所以，能否保证数据传输的稳定性以及有效降低流量成本，将是决定一个区域性能耗监测平台的建设是否成功的关键。

既要保证数据传输的稳定性，又要有效控制成本，最优选的方案当然是摒弃移动通信网络模式，转用固定网络进行数据传输。

新建筑在设计初期，应当考虑到能耗监测系统网络上传功能的要求，通过在配电房预置网络节点来实现后期采集器的固定网络接入。

相对于新建筑，既有建筑的数据固网上传较复杂一些。为了规避二次布线的问题，可以考虑采用无线桥接的方式，即通过两个或多个AP点进行网络的点对点连接，来解决配电房至固定网络覆盖区域的数据连接问题。为了保证信号的稳定，建议采用稳定性和保密性比2.5GHz无线产品更好的5.8GHz无线产品。该类产品采用正交频分复用技术（OFDM）和点对多点、点对点的组网方式，单扇区的速率可以高达54Mbps。5.8GHz系统一般采用直接序列扩频技术，信道较多、频率较高，所以抗干扰能力相对2.5GHz系统更强一些。此外，在解决采集器侧固定网络接入的同时，它还可以满足以高带宽应用支持大量用户的需要：八个不重叠信道使部署的可扩展性和灵活性更高，因此可以将八个接入点编成一组，提供高达432Mbps的共享吞吐量来支持配电房区域其他设备接入固定网络的后续扩展需求。