智能建筑的电气自动化技术研究

刘 勇 樊丽娜

（1.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心 2.中建科技集团股份有限公司）

0 引言

智能建筑是随着人类对建筑内外信息交换、安全性、舒适性、便利性和节能性的要求产生的。智能建筑及节能行业强调用户体验，具有内生发展动力。建筑智能化能提高客户工作效率，提升建筑适用性，降低使用成本，智能建筑的不断发展应用已经成为发展趋势［1－2］。

随着计算机、互联网和大数据技术的发展，建筑物的各种管理操作朝着智能化的方向发展，以提高建筑物内用户的生活质量或工作性能。通常，现有智能建筑管理系统强调独立子系统之间的集成，例如访问控制系统、照明系统、空调系统等，以及使用友好的图形界面提供集成信息和链接控制的功能，例如当用户到达家时同时激活照明系统和空调系统，以使用户增加可访问性。然而，随着建筑物数量的增加，需要考虑的条件，例如各种建筑物及其辅助设备的设备类型、通信协议、控制方法等，变得越来越复杂。一个建筑物可以在内部具有多个子系统，诸如照明系统、空调系统等，并且一个项目可以同时具有多个建筑物，诸如同一区域中的一个公司的多个工厂，并且一个项目经理可能需要管理多个项目。在这种情况下，现有的管理系统可能不足以满足实际需求［3－5］。

另外，现有建筑会根据功能需要分别设置各系统的软硬件控制平台，各子系统之间相互孤立，数据信息无法交流，无法了解整体建筑内的设备运行及维保情况、能源使用情况。对使用人员来说操作烦琐，各子系统之间联动和数据交互很少。

为此，本文提出一种智能建筑集成管理系统，能够解决现有的系统集成平台大部分只解决了系统界面的集成，缺乏对后台数据的整合和应用的开发，无法更好地为业主使用需求服务的问题。

1 智能建筑集成管理系统结构与主要单元

智能建筑集成管理系统包括用于设置能耗管理对象和管理者等信息的系统设置单元，用于采集能耗管理对象的能耗数据采集单元，用于审计能耗管理对象的能源审计管理单元，用于以设备为单位的实时监测和管理的设备能耗管理单元，用于以区域为单位的实时检测和管理的区域能耗管理单元，用于进行能耗数据统计与分析的能源预测管理单元，用于根据单位的负荷组、负荷和容量信息进行需量控制的能耗报警及需量控制单元，用于优化能源调度和平衡、节约能源和改善无功功率的消耗量的能源评估单元，用于根据目前的能源使用情况作出合理的能源使用计划的能源计划单元，用于存储管理者、建筑物、建筑物的楼层、能耗管理对象、计量表、系统参数、关键参数、能耗设备日历运行计划、能耗基本数据、专家知识库、优先控制能耗对象装置数据表等能耗数据库，各单元的连接关系如下图所示。

图 智能建筑能源管理系统

系统设置单元，用于设置能耗管理对象、管理者等相关信息，系统提供用户权限管理、系统通知、系统错误信息、系统操作记录、能耗术语解释以及系统参数设置等功能；所述的系统参数设置包括外部供入能源的选择、设备按日历计划运行的状态（包括开／停与负荷率），关键参数的设定值（包括室内环境参数，设备运行参数等）以及其他影响系统能耗的因素；能耗数据采集单元，用于采集能耗管理对象的能耗数据。要求系统采用不同协议的现场计量设备进行通信，对建筑各种耗能设备和节能设备的相关数据进行采集，并自动在模拟图块上显示能耗设备的实时动静态属性；能源审计管理单元，用于审计能耗管理对象的能耗状态，包括无功功率的大小和相位角；自动采集各耗能设备实时运行参数，并自动保存到数据库，如发生异常运行状况，系统自动报警；设备能耗管理单元，用于对以设备为单位的实时监测和管理；系统具备自动统计各耗能设备历史数据和能源形态归类综合数据能力，以坐标曲线、格式报表的形式显示、输出和打印；区域能耗管理单元，用于以区域为单位的实时监测和管理。区域可以是单幢建筑物，也可以是群体建筑物。可以是集中的群体建筑物，也可以是分散的群体建筑物。区域能耗管理单元按时间段、基准时间及规范标准能耗的数据进行比较，得出区域中各耗能设备比较数据。具备当年时期数据与上年时期能耗，其他建筑物同类能耗之间的可比性，得出环比数据，并自动生成能耗报告形成能耗管理文件。能耗管理文件，用于给用户提供各能源管理组逐时、逐日、逐月、逐年能耗值报告，帮助用户掌握自己的能源消耗情况，找出能源消耗异常值。单位面积能耗（EUI）等多种相关能耗指标报告为能耗统计、能源审计提供数据支持。温度、湿度参考功能帮助分析能耗数据与环境数据的相关性，帮助管理人员分析和寻找节能的途径和方法；能源预测管理单元，用于对区域进行能耗数据统计与分析。提供各分类分项能耗数据的逐时、逐日、逐月、逐年的统计图表和文本报表，以及各类相关能耗指标的图表，各级管理人员对能源的班用量、日用量、月用量进行比对，分析能源使用过程中的漏洞和不合理情况，调整能源分配策略。能耗报警及需量控制单元用于根据单位的负荷组、负荷和契约容量信息进行需量控制。需量控制系统自动预测下一个时刻需量，根据负荷卸载优先级别卸载或恢复负荷，确保系统需量不超过峰值契约容量。

2 智能建筑监控系统的结构与主要单元

本文还在区域建筑智能控制中增加了监控系统，该系统包括摄像头、罩体、风扇、人脸识别门禁部件、密码门禁部件、卡片识别门禁部件、红外感应灯、传输线缆、维护工作站、显示器、控制器和服务器。

考虑到防异物和防过热，将罩体罩于所述摄像头上并露出摄像头的镜头，罩体能够阻挡灰尘落入摄像头内。风扇位于罩体内，且位于摄像头的后部，风扇能够将罩体内落入的少量灰尘吹出去，同时能够对摄像头降温。罩体和风扇能够很好地延长摄像头的寿命，减少更换和维修的次数。

考虑到外部入侵问题，将人脸识别门禁部件位于智能建筑的入口处。一般智能建筑设置有2～4个入口，每个入口处设置有一人脸识别门禁部件。进入智能建筑的住户通过所述人脸识别门禁部件进行人脸识别，能判断是否为智能建筑的住户。密码门禁部件位于智能建筑住户的入户处，智能建筑的住户输入密码进入房间内。密码门禁部件为字母密码门禁部件，能够有效防止密码被盗。密码门禁部件为液晶屏显示，方便住户输入。卡片识别门禁部件位于智能建筑的电梯内，智能建筑的住户进入电梯后刷卡，电梯只在住户所在的楼层打开电梯门。红外感应灯位于智能建筑楼道顶部，每隔5～8m设置一个，保证照射的全面性。红外感应灯可以选择为红外感应LED灯，能够节约用电，防止蚊虫聚集。

3 结束语

针对现有的系统集成平台大部分只解决了系统界面的集成，缺乏对后台数据的整合和应用的开发，无法更好地为业主的使用需求服务的问题，提出一种智能建筑集成管理系统，详细描述该系统的结构和工作原理，并根据实际场合中对建筑物监控的需求，增加监控系统，实现监控与保护，能够适应智能建筑自动化的实际需要，实用性和适用性较强。