关于绿色智能建筑设计的分析

2022-07-09陈琨

甘肃科技 2022年3期

陈琨

（甘肃工程建设监理有限公司，甘肃兰州 730030）

21 世纪，当社会进步与发展为人们带来了便捷的生活时，能源危机也随之悄然而至，除工业与交通两大能耗杀手之外，建筑能耗已经跃居能源消耗的首位，成为最大的能耗黑洞，中国建筑走向绿色节能的可持续发展之路已经成为必然。与此同时，当科技发展带来新一轮信息技术革命时，将先进信息技术融合、集成于一体的智能化技术使建筑更加具有人性化、智慧化，进而创造更安全舒适、优质便利、节能环保的建筑使用空间，实现建筑的可持续发展。因此，绿色智能化建筑设计将成为未来建筑发展的主要方向。

1 绿色智能建筑概述

绿色建筑是指在建筑全生命周期中各个环节，最大程度地实现建筑节能降耗，同时有效保护生态环境，降低各类环境污染，为人们提供生态、健康、宜居的居住环境，达到建筑与环境的和谐统一。智能建筑则是指通过将建筑与通信、计算机网络、监控等各类先进技术相互融合、集成于一体实现建筑整体最优化，具有社会高度自控、信息科学管理、服务优质高效、使用灵活、环境安全舒适等优势特点。绿色智能建筑则集合了绿色建筑的节能降耗、生态宜居与智能建筑的安全舒适、优质便捷的优势，是未来建筑可持续发展的必然趋势[1]。

举例来说，在建筑照明中，利用智能化技术可以实现在不同空间需求提供相应照明效果。例如，在照度要求较高的办公场所中，智能系统能够根据室内光感应自动开灯，或者根据室外太阳炫光自动遮阳。这样一来，既可以实现建筑照明能源利用率最大化，又能够为使用者提供最佳的居住体验。在全球能源紧张的驱使下，以智能化技术驱动建筑节能必然是未来建筑行业乃至城市规划的发展方向。

20 世纪90 年代，我国智能建筑进入起步发展阶段，至今已取得了巨大成就。但是，相较于国外西方发达国家，我国智能建筑起步较晚，在发展水平和理念以及软硬件设备条件方面仍旧存在较大差距。因此，加强对绿色智能建筑设计的实践研究，是当前建筑行业发展的重要课题。

2 绿色智能建筑设计的基本原则

2.1 节能环保原则

绿色智能建筑设计的根本要求是以绿色节能为基点，利用智能化技术，在提升建筑宜居性的同时，最大限度降低建筑能耗与对环境的破坏。因此，绿色智能建筑设计首先必须要遵循节能环保原则，坚持可持续发展理念，打造绿色科学、经济环保、优质高效的现代建筑。

2.2 功能性原则

建筑主要功能是为人们提供居住和生活服务，随着人们生活品质不断提升，对建筑功能需求也不断提高。绿色智能建筑设计要求遵循功能性原则，利用智能化基础，在保证传统建筑功能基础上，实现进一步优化，并且通过为使用者提供全方位信息交换功能，加强电气、照明等各方面控制，从而实现既定目标。在操作方面，绿色智能建筑要能够为使用者创造更加便捷的生活方式和舒适体验、经济适用的家居控制手段，降低无用的能源消耗，实现节能目的；在结构方面，利用智能化技术能够简化建筑内部产品安装布局，并且形成更加完善的控制系统，实现居住环境的有效改造。

2.3 经济性原则

建筑行业作为资金密集型行业，在绿色智能建筑设计中，还需要关注建筑投入成本，通过合理设计建筑区位、规模，从而实现经济效益的最优化，实现社会效益、环境效益与经济效益相统一。一方面，区位设计是建筑设计的关键环节，绿色智能建筑设计应当关注建筑物周边设施建设的健全性、周边物理环境适应性等，满足绿色智能建筑区位设计要求，提高建筑整体效果，从而提高建筑宜居性；另一方面，在建筑规模设计上要充分考虑规模效益，建筑规模并非越大越好，而是以建筑使用效率最大化为基础，合理确定建筑规模，实现规模效益，兼顾建筑的实用性和经济性。

3 绿色智能建筑设计的关键点

3.1 智能照明系统设计

建筑照明系统是建筑能耗中的重要内容，是绿色建筑设计必须关注的重点。利用智能技术进行照明系统设计，要求坚持绿色节能设计原则。在照明设备选择方面要求以节能设备为主，加大对照明设备光源品质选择的关注度，有效控制照明耗电量，并且提高照明效果；在照明系统开关控制方面，利用智能技术可以实现光控与声控相结合的方式，合理设计控制照明，降低无用能耗损失。例如，利用ibus 智能控制系统进行照明控制设计，该系统能够最大限度利用自然光，以系统中加设的采光井，结合使用透光率大的门窗，可以有效控制照明能耗。同时系统智能化还可以实时监控设备运动，提高设备安全性；可以根据个人喜好调节照明系统状态，满足使用者个性化需求，满足绿色智能建筑设计要求。

3.2 智能供电系统设计

建筑供电系统是满足建筑使用功能的主要内容，在供电系统设计中，通过与智能控制技术的结合能够实现建筑节能降耗的目的。在智能供电系统设计中，根据建筑现场实际，在保证用电设备合理、现场布置科学的基础上，综合考虑各方面影响因素，进行供配电节能设备的选择，在保证设备正常运行的基础上尽可能降低能耗。在智能供电系统设计时，需要注意的几个问题：一是根据建筑实际用电确定供电电压，在满足建筑用电的基础上，合理适当地降低供电电压，以提高建筑节能；二是建筑电气系统布置尽可能简化，在电压等级一定时尽可能控制变电、配电级数处于统一状态，保证用电安全可靠；三是供配电线路以短、直线路布置为原则，降低线路能耗，如利用物联网技术，建立智能供电控制系统，最大限度减少复杂布线和设备材料的应用，实现供配电控制[2]。

3.3 辅助控制系统设计

建筑辅助功能系统涵盖范围广泛，包括暖通空调系统、建筑给排水系统、通风系统等。暖通空调系统能耗巨大，通过智能控制系统设计，实现系统自动调整，保持系统高能效比，达到节能降耗和智能驱动的双重功效。例如，基于RS 485 通信协议和压缩机工况监控的智能空调控制系统设计，在实际应用中，能够满足节能、智能的双重需求[3]。

建筑给排水控制系统设计中，应用智能控制技术实现自动化给排水，根据建筑实况以及不同区域、管道、水流特点等要求提供自动化、智能化给排水，有效降低水源浪费问题。同时，采用无负压设备进行供水系统设计，也可以达到良好的节能效果[4]。

在通风系统设计中，结合建筑电力需求，确定风机设备选择，确保其满足节能降耗要求。同时，利用智能监测系统对室内空气质量进行实时监测，并利用物联网技术与通风设备连接，一旦检测到室内空气质量下降到预警标准，则自动启动设备进行调节，保持室内环境优良，为人们提供舒适环境。

3.4 智能保温系统设计

建筑保温设计的合理性对于降低建筑能耗发挥着关键作用。智能建筑保温系统设计中，首要关键点是选择良好的保温材料，提高建筑保温性能。例如，在建筑外墙保温设计中，可以通过涂抹热反射涂料，增强外墙保温性能；对于屋顶保温隔热设计，可以实施绿化遮阳措施，达到保温隔热功能[5]。

随着建筑智能化发展，以及对建筑美观性要求不断提升，玻璃幕墙成为现代建筑发展的重要趋势。但是传统的玻璃幕墙往往为达到良好的采光效果，选择通透性较高的玻璃，玻璃面越大，保温隔热的效果也随之下降，增加了建筑能耗。在绿色智能建筑中，可以选用德国旭格集团呼吸式双层玻璃幕墙系统，其采用Low-E 玻璃，采用层玻璃-中层遮阳百叶+机械通风装置-里层玻璃的双层构造，既可以在夏季随时排热，也可以在冬季储存热量，同时智能美观，满足绿色智能建筑设计要求。

4 绿色智能建筑综合管控系统设计路径

绿色智能建筑设计理念应当立足于自然生物体生长本质，赋予建筑“生命体”机制，从建筑设计到使用结束如同生命体的“孕育”到“凋亡”的全生命周期过程，融入绿色、智能理念。建筑全生命周期可以分为策划设计、施工建造、运营维护、回收降解4 个阶段（图1）。绿色智能建筑综合管控系统设计需要整体考虑对建筑各个生命阶段的信息，进行综合调控。随着BIM 技术在建筑领域的深化应用，再到当前大数据、物联网等先进信息技术的结合应用，为绿色智能建筑综合管控系统设计提供了重要技术支撑[6]。

图1 绿色智能建筑管控系统全生命周期运作

4.1 策划设计阶段

在策划设计阶段，借助大数据、云计算强大的数据存储与数据分析处理能力，结合人工智能技术的机器学习与深度学习能力，能够形成集合各方优势资源的专家决策系统。系统通过收纳既有建筑相关资料，并以此为基础建立决策模型形成专家数据库，可以为建筑项目设计提供能耗、成本最低的最优化设计路径，综合评估考虑经济与环境效率。随着既有建筑信息资料的不断丰富完善，专家数据库得出的决策数据结果就会越接近精确。在建筑设计阶段，以可持续性设计策略为指导，借助专家决策数据库支持，可以得出建筑最佳的区位、规模选择以及建材选择等，同时获得最优化建筑结构、形态设计，达到建筑舒适性与经济性的统一。同时，在策划设计过程中，借助BIM 技术还可以实现跨专业链接，实现各专业协同设计，从不同专业角度出发综合考虑，进一步优化建筑设计的智能化、节能性。

4.2 施工建造阶段

绿色智能建筑综合管控系统设计中，在建筑建造施工阶段的设计主要包括施工过程、施工流程、施工成本等各方面的控制设计，以确保绿色智能建筑的经济性。施工建造控制设计主要是对投入资源和条件质量的事前控制、对施工过程中各环节质量的事中控制、对竣工工程质量检验的事后控制。在细化设计中，需要坚持安全性与绿色性的控制管理原则，将其贯穿施工建造各个环节，有效规避施工过程中的安全风险，加强各方信息交流共享，降低施工能耗和环境干扰。

4.3 运营维护阶段

根据绿色智能建筑的建造优势及需求，在建筑运营阶段，一方面应当具备感知周边环境，并对建筑产能耗能进行精准的调控，进行能源监控，并能够根据实际情况对建筑装配进行可变控制，从而实现建筑与自然环境物质与能量的可持续交换，达到节能降耗的目标；另一方面，绿色智能建筑在运营过程中，还应当具备与用户进行交互的能力，针对用户需求实施交互式反馈，即根据用户需求进行室温、照明等方面的调节，在达到室内较高舒适度的同时，实现节能目的。

在建筑维护过程中，因为绿色智能建筑综合管控系统设计是从设计阶段即对建筑全生命周期信息进行设计，因此需要根据既有建筑信息制定长短期不同的维护方案。在短期方案中，主要针对建筑内容问题故障的维护进行方案制定，如建筑结构老化、设备故障等问题，建立实时监控与预警系统，及时预先发现问题故障并提供解决方案；在长期方案中，主要是对建筑未来可能需要进行的功能改造、结构维护等问题制订方案，以数据库中的建筑信息为基础，利用专家决策系统找到最佳的建筑改造优化解决方案，确保改造方法及技术路线与建筑最初设计解决方案一致。

4.4 回收降解阶段

在绿色智能建筑综合管控系统设计中，最初的建筑设计阶段中就是根据建筑实际情况进行的选材设计，以循环利用、再生降解等节能建材为主，同时在施工及运维阶段所产生的建材使用及损耗信息也会记录积累下来，作为建筑数据库数据资料的重要内容，为建筑决策提供依据。从而在建筑生命周期最后回收降解阶段，利用专家决策系统，获得最佳的拆除及材料回收或降解方案。