智能建筑中楼宇自动化系统的发展与未来

牟翔

（广西壮族自治区公安厅科技信息化处）

智能建筑中楼宇自动化系统的发展与未来

牟翔

（广西壮族自治区公安厅科技信息化处）

论文简要阐述了智能建筑和楼宇自动化的关系，简要介绍了楼宇自动化系统的要求和结构，着重说明了在智能建筑中楼宇自动化系统未来发展的方向及建议。

智能建筑；楼宇自动化系统；发展；节能

1　引言

随着我国智慧城市发展步伐的不断迈进，信息化技术和三网融合技术的不断推进，工业与城市、建筑的不断融合，智能建筑所包括的智能楼宇、智能家居、智能安防、智能环境监测作为智慧城市建设的一个重要组成部分日益受到人们的关注。

2　智能建筑综述

智能建筑是楼宇自动化系统（BA系统）、通信自动化系统（CAS）和办公自动化系统（OAS）三者的有机结合，楼宇自动化系统是整个系统的核心。智能建筑通过楼宇自动化系统实现建筑物内的设备与建筑环境的全面监控与管理，为使用者营造一个舒适、安全、经济、高效、便捷的工作和生活环境，为管理者提供方便的管理手段，为经营者减少能耗并降低管理成本，为物业管理现代化提供物质基础。

3　楼宇自动化系统

楼宇自动化系统又叫建筑设备自动化系统（BA系统），作为自动控制技术应用的一个分支，楼宇自控系统是伴随着自动控制技术的不断进步而发展起来的。在我国，楼宇自动化系统迄今为止大致经历了集中式控制系统、集散式控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS），网络集成系统4个阶段。一个完整的楼宇自动化系统的结构组成如图1所示。

其基本功能及要求大致如下：

1）能全面监控和管理各种设备的运转状态；

2）可以自动检测并记录设备的运行状态、参数以及分析变化趋势；

3）可以根据外部条件的不断变化自动调节设备，使设备处于最佳运行状态；

4）可以实时监控并处理各种意外情况以及突发事件并保存有关记录，通知相关责任人；

5）可以实现能源管理的自动化，包括对水、电的计量收费；

6）可以实现对建筑内部各种设备的统一协调管理。

图1　完整的楼宇自动化系统结构

4　我国楼宇自动化系统发展现状

随着国家节能减排战略的提出，建筑节能势在必行，建筑节能离不开建筑智能，而楼宇自动化系统作为建筑智能的核心所在，市场潜力巨大。据“IDC能源观察”的一份最新报告估计，到2018年智能建筑市场规模与现在相比将翻3倍，智能建筑领域的支出将从现在的73亿美元升至2018年的219亿美元左右。全国范围来看，各个城市的楼宇自动化系统水平参差不齐，“北上广深”等发达地区的智能建筑行业发展相对比较成熟，楼宇自动化系统水平较高，其他一二线城市正逐步跟上，而大部分三线城市的建筑智能化行业发展较慢，楼宇自动化系统水平较低。总体来说，我国的智能建筑行业还不够发达，根据《2013-2017年中国智能建筑行业发展前景与投资战略规划分析报告》，我国智能建筑起步于1990年，比美国晚了6年，比日本晚4年。新建建筑里，相对于美国的70%和日本的60%为智能建筑，我国新建建筑为智能建筑的比例仅为20%左右。现阶段我国智能建筑主要集中在大型公共建筑与商业建筑中，在民用建筑、商用建筑、工业建筑，大型公共建筑里，通过智能化设计和管理后，大型公共建筑的节能效果最明显；其次是商用建筑。民用建筑因其最终用户要求过于复杂，对节能的需求和控制区别太大，节能的效果不太理想。工业建筑用户往往更加注重生产流程的节能，对智能建筑的需求不高。近些年，新建政府办公楼及高端商业大型公共建筑智能化占比达到了60%以上，是目前建筑智能化行业的主要市场。

5　我国楼宇自动化系统发展的方向及建议

节能是楼宇自动化系统发展的主要功能及目的，如何提高BA系统的节能效果是BA系统必须要面对和解决的难题，也是未来发展的主要方向。首先，必须要了解BA系统中各类设备的耗能比重，然后再根据所占比重高低，从占耗能比重高的建筑设备上寻找解决的办法。以笔者所在的广西地区为例，列举广西华蓝设计集团2012年所做的调查统计报告，如图2、图3、图4、图5所示。

图2　办公建筑能耗比例

可见，在广西各类智能建筑设备能耗比例中，照明和空调设备占据了主要位置，就全国范围来说，这两大类设备也是目前建筑设备中的耗能大户，因此做好照明和空调设备的节能设计是提高楼宇自控系统节能效果的关键。目前，研究此课题的专家及从业人员很多，归纳起来的方法大致如下。

图3　酒店建筑能耗比例

图4　商业建筑能耗比例

图5　医院建筑能耗比例

1）照明系统

设计时应尽可能用节能灯代替高能耗的白炽灯，荧光灯等。根据室内照明、公共区域照明和泛光照明三大类型设计的不同照明策略，比如：室内照明和公共区域照明可以根据人员活动情况进行开关灯智能管理，做到人走灯灭，按需开灯；一些公共区域如走道等需要某时间段固定开灯的，可以设计按时间段开关灯，按场景状况开灯，保证亮度需求的同时严格控制开关灯的数量来达到节能；而在泛光照明和部分照度受外界影响明显的区域，可以加入自动调光技术，在保证亮度的情况下全自动调光，降低灯具能耗；还可以结合一些控光设备如百叶窗之类，充分利用室外自然光补充室内亮度，配合自动调光控制达到减少灯源耗能的目的。

2）空调系统

空调系统是建筑的另一个耗能超级大户。目前，在大型建筑中一般多采用分层和分区的全空气集中式空调系统。一个中央空调系统主要由末端空气处理设备如新风机组、空调机组、变风量控制（VAV）以及冷热源系统组成。当前流行的新风系统节能设计，一般在室外焓值小于室内焓值（制热方式）、室外焓值高于室内焓值（制冷方式）时，根据CO2浓度值控制风阀，其他情况下完全依靠室外和室内的焓值差来控制风阀，采用夜间扫风，间歇性控制策略等。这种设计充分考虑了建筑物所处的外部环境气候因素以及内部实际用风量，是目前最有效的节能手段。空调机组一般会通过采用优化的启停控制来节能，其通常的做法是，开启时提前启动进行预冷或预热，关闭时提前关闭空调机组。提前开启空调系统可以保证开始工作时环境的舒适度，由于室内温度是一个具有极强惯性的被控对象，提前关闭空调系统后一段时间室内温度变化也不大，这样可以在保证环境舒适度的情况下，缩短不必要的空调启停时间，达到节能目的。变风量控制（VAV）是一种新型的空调方式，它被证明与传统中央空调系统相比可节能40%左右。变风量控制的基本思路是，动态控制，按需提供风量，目前有变静压控制、总风量控制、定静压控制三种。

以上是当下在照明和空调系统设计中一般使用的节能方法，然而，按这样的方法设计使用后，却经常发现实际节能效果与预期理论效果相差甚远。原因是多方面的，但笔者认为，其中很关键也很容易被忽略的一点是传感器设备的选择。特别是系统集成商在做集成设计时，基于成本的考虑，经常会出现最先进的风机、空调机组设备与最落后的传感器设备搭配的情况，这往往会导致焓值或室内温度值的采集不准确。据美国国家标准统计局资料显示，在夏季将温度下调1℃将增加9%的能耗；在冬季上调1℃将增加12%的能耗，这是温度传感器偏差1℃导致的能源浪费。而焓值传感器采集的数值不准确导致的能源浪费更不用说了，焓值采集不准确，除了在新风机组上由于风量计算不准确而增加能耗外，当室内外温差较大时，还会大大增加空调机组的能耗。选用调光模块搭配照度仪、光照仪时，也会存在因传感器采集数值不准确而造成能源浪费或者舒适度不佳的问题。所以设计时，在各项技术参数达标的前提下，综合考虑成本因素后，因尽量选声誉好、品牌价值高的传感器设备。在欧美国家，对室内温湿度控制精度要求为：温度为±1.5℃，湿度为±5%的变化范围；在国内，虽然《建筑节能设计标准》要求2010年后新建建筑节能率要达到60%，但对于具体的相关设备还没有强制性的行业技术标准和要求。

楼宇自动化系统未来发展的另一个重点是BA系统的IP化。一直以来，以太网都是信息网络的主流技术，BA系统采用以太网作为现场设备之间的通信网络平台，可以实现从管理层到控制层的“一网到底”，使BA系统的网络结构得到实质性的简化，也能解决目前BA系统中控制网络多种现场总线技术并存、彼此兼容性差的问题。使用透明以太网，可使BA系统非常方便地以有线或无线方式介入Internet。虽然Lonworks网、MS/TP总线等控制网络也能实现与Internet互联，但必须经过第三方网关或中间部件才能实现，实现过程也复杂得多。未来BA系统可采用基于Web的BS架构，通过Internet对分布在现场的I/O进行访问，实现对远程设备的检测和控制。参考当下新兴的智能家居市场发展方向，未来的BA系统也必将是可以通过移动智能设备来监控的新型楼宇自动化系统，可以说谁最先拥有完善的BA系统IP化技术，解决使用Internet网络所存在的安全、可靠及实时性问题，谁就能在未来的楼宇自动化市场中占据主动。

6　结束语

21世纪，随着人类社会的高速发展，能源问题成为世界各国关注的焦点，低碳节能环保、可持续发展是世界各国发展的基本战略，提高楼宇自控系统的节能效果是楼宇自动化系统未来发展的最重要的方向，也是利国利民的大事，需要所有相关从业人员共同努力。

【1】赵炜.浅谈智能建筑中的楼宇自动化系统技术［J］.科技广场，2007（9）：247-248.

【2】刘光平.楼宇自控系统发展及应用分析［J］.建筑节能，2013（12）：82-86.

【3】朱健，冯华强，徐大伟.建筑节能降耗改造分析及策略［J］.智能建筑与城市信息，2009（7）：41-44.

The Application and the Future of Building Automation System in Intelligent Building

MOU Xiang

（ Guangxi Zhuang Autonomous Region Public Security Bureau of Science and Technology Information）

This paper briefly expounds the relationship between intelligent building and building automation system， generally introduces the requirements and structure of the building automation system. At last， emphatically discuss the future development of the building automation system in intelligent building， and give some suggestions.

intelligent building； building automation system； development； energy saving