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建筑智慧與低碳融合發(fā)展趨勢淺析

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建筑智慧與低碳融合發(fā)展趨勢淺析

【摘要】公共建筑的碳排放在整個生命周期中占社會碳排放比重較高。在國家“3060”雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)的背景下,運(yùn)用能夠明顯地達(dá)到節(jié)能降碳作用的建筑智慧化手段,探討如何將建筑智慧與建筑本體節(jié)能相融合,并提出未來建筑發(fā)展的方向。

【關(guān)鍵詞】碳排放、公共建筑、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)

目前我國建筑行業(yè)規(guī)模位居世界第一,每年建筑碳排放量約占全球的20%。2018年全國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放的一半以上。其中:大型公共建筑占城市建筑總面積不到4%,卻消耗了20%以上的城鎮(zhèn)建筑用能。因此本文將論證在公共建筑運(yùn)行階段,如何融合建筑現(xiàn)代化信息手段與建筑節(jié)能技術(shù),并探討未來建筑降碳減排發(fā)展的方向。

1公共建筑的碳排放概況

據(jù)中國建筑節(jié)能協(xié)會發(fā)布的《中國建筑能耗研究報告(2020)》[1]公開數(shù)據(jù)顯示:“2018年全國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放的51.3%,其中:建材生產(chǎn)階段占比為28.3%,建筑施工階段能耗占比為1.1%,建筑運(yùn)行階段能耗占比重21.9%?!薄吨袊ㄖ芎难芯繄蟾妫?018)》[1]顯示:“大型公共建筑占城市建筑總面積不到4%,卻消耗了20%以上的城鎮(zhèn)建筑用能,達(dá)到住宅能耗的10到20倍?!惫步ㄖ秶鷱V泛,星級酒店、商業(yè)建筑、文教體衛(wèi)建筑、政府機(jī)關(guān)、通信建筑以及交通運(yùn)輸類建筑等。在公共建筑中,商業(yè)建筑占比較大,運(yùn)行階段能耗突出,如圖1所示。比較而言,商業(yè)建筑市場規(guī)模增速高于住宅,并且商業(yè)建筑單位面積能耗遠(yuǎn)高于民用住宅,節(jié)能空間更大,將成為建筑行業(yè)降碳減排切入點。

2公共建筑的現(xiàn)代智慧化管控

21世紀(jì)以來,在信息科技革命的時代背景下,物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、5G通信等新興技術(shù)的發(fā)展,正加速推動建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。隨著信息技術(shù)的推動,樓宇智慧化發(fā)展已成為建筑行業(yè)的主要發(fā)展趨勢。

2.1智慧樓宇的概念

2015年《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50314-2015)中,將智能建筑定義為:“以建筑物為平臺,基于對各類智能化信息的綜合應(yīng)用,集架構(gòu)、系統(tǒng)、應(yīng)用、管理及優(yōu)化組合為一體,具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力,形成以人、建筑、環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體,為人們提供安全、高效、便利及可持續(xù)發(fā)展功能環(huán)境的建筑?!?017年,《阿里巴巴智慧建筑白皮書》[2]指出:“智慧建筑應(yīng)該是自學(xué)習(xí)、會思考,可以與人自然地溝通和交互,具有對各種場景的自適應(yīng)能力,并且作為智慧城市的一部分,可以在更高的結(jié)構(gòu)層次上高度互聯(lián)?!?,智慧建筑應(yīng)是指以建筑本體的空間設(shè)計為框架,疊加運(yùn)用傳感、信息、通訊等技術(shù)手段,綜合個體需求和社會需求以達(dá)到最大化滿足,形成一個具有生命特征的自治體,這種擬人態(tài)的生命特征不僅是關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能應(yīng)用,乃是在人與物的聯(lián)通上,又新造了一個人與空間之間的新交互場景。2015年的國標(biāo)對智慧建筑的闡述可謂是超前,目前來看國內(nèi)實現(xiàn)這種智慧建筑的項目或場景鳳毛麟角,從發(fā)展階段上目前的建筑的智慧化還處于理念超前、實現(xiàn)落后的局面。

2.2建筑的智能化發(fā)展

(1)傳統(tǒng)建筑智能化“傳統(tǒng)建筑智能化”是在建筑基礎(chǔ)上配備的弱電系統(tǒng),如建筑狀態(tài)管理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、輔助辦公、設(shè)備用能管理等,這種方式以所建設(shè)的智能化系統(tǒng)的數(shù)量多少來評價建筑智能化程度的高低,并且重點拓展每個系統(tǒng)的細(xì)節(jié)功能。不足:這種疊加智能化子系統(tǒng)的方式并不能代表智能程度的高低。隨著智能化子系統(tǒng)的不斷增加以及專業(yè)化、細(xì)分化程度不斷增強(qiáng)(例如:安防自動化細(xì)分為門禁控制、視頻監(jiān)控、入侵報警、周界報警、巡更等),一棟建筑中往往有20個以上的智能化子系統(tǒng),看似增加了技術(shù)感,但在運(yùn)行階段造成了煙囪式系統(tǒng)林立,給整體的運(yùn)行增加了不便,往往在數(shù)年后,便會逐個被摒棄。(2)“帽子式”智能建筑“帽子式”智能建筑是指在“傳統(tǒng)建筑智能化”的基礎(chǔ)上,將各垂直、獨立的子系統(tǒng),主要包含如建筑自動化控制、安防自動化控制、消防自動化控制、通訊自動化控制、照明自動控制、辦公自動化控制等系統(tǒng),通過搭建一套集成化建筑管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合,行業(yè)中稱之為IBMS,并進(jìn)行有限的不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)聯(lián)接、處理、展示或后期加工。這種方式類似于在系統(tǒng)之上搭建一個數(shù)據(jù)庫,將建筑設(shè)備、子系統(tǒng)、人的數(shù)據(jù)集成展示在同一個平臺上,在一定程度上解決了各子系統(tǒng)之間信息孤島的現(xiàn)象,緩解了獨立系統(tǒng)數(shù)據(jù)使用不便的情況。不足:IBMS只是將數(shù)據(jù)在同一平臺進(jìn)行整合、呈現(xiàn),平臺無論是基于云還是本地服務(wù)器,系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、交互與場景化程度都非常有限,并且存在重復(fù)建設(shè),集成難度大的問題。

2.3建筑的智慧化發(fā)展

“建筑智慧化”指通過物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)智能技術(shù),匯聚建筑物的歷史與實時、靜態(tài)與動態(tài)信息,包括了建筑結(jié)構(gòu)、空間、設(shè)施、環(huán)境、交通、衛(wèi)生、服務(wù)質(zhì)量、經(jīng)營狀況、能源消耗及成本等數(shù)據(jù)[3],形成人機(jī)物深度融合交互系統(tǒng)。這種交互能夠及時捕捉在建筑內(nèi)人、事、物三類信息,并主動將其融入編織形成的信息網(wǎng)絡(luò)之中,帶動終端設(shè)備形成聯(lián)動。這種技術(shù)原理來源于AI(人工智能)的雛形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),具體對比展示圖如圖2所示。智慧建筑將AI(人工智能)+IoT(物聯(lián)網(wǎng))技術(shù)實現(xiàn)建筑全量系統(tǒng)、設(shè)備、傳感器的互聯(lián)互通,消除傳統(tǒng)智能化子系統(tǒng),促進(jìn)各類數(shù)據(jù)的無縫集成,通過建筑數(shù)據(jù)全維度的融合與處理,形成智慧化響應(yīng)與決策,通過多樣化的應(yīng)用服務(wù),形成建筑即服務(wù)的創(chuàng)新模式。未來智慧建筑將超越建筑的物理邊界,將智慧建筑的范疇拓展至建筑群、社區(qū)乃至城市,打造出無限可能的數(shù)字世界。

3智慧與低碳在現(xiàn)代建筑中的融合發(fā)展

3.1智慧管控在建筑降碳中發(fā)揮的效用

在現(xiàn)代智慧建筑中,以智慧化手段做好建筑節(jié)能降碳主要有四大部分:(1)在建設(shè)之初對整個建筑的用能設(shè)施進(jìn)行分系統(tǒng)、分區(qū)域、分類別的規(guī)劃,安裝分類、分項能耗計量儀表、控制器,通過信息傳輸網(wǎng)絡(luò)及時上傳能耗數(shù)據(jù)。(2)設(shè)置建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)實現(xiàn)對能耗使用的全過程的監(jiān)測和管理功能,可對建筑能耗進(jìn)行動態(tài)分析和跟蹤,實現(xiàn)能耗精細(xì)化管理與控制。(3)通過樓宇自動控制系統(tǒng)(BA)管理建筑物內(nèi)的空調(diào)、照明、水泵、新風(fēng)等機(jī)電設(shè)備,通過自動控制系統(tǒng)將關(guān)聯(lián)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)籌,發(fā)揮設(shè)備群組的整體優(yōu)勢和節(jié)能潛力,既能夠提高設(shè)備利用率,優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和時間,又能夠反饋應(yīng)用層的節(jié)能策略,從而可降低能源消耗和成本。(4)既定樓宇節(jié)能關(guān)聯(lián)策略,在管理端設(shè)定主動干預(yù)的節(jié)能策略,如利用季節(jié)的變化、室內(nèi)外溫差進(jìn)行新風(fēng)換氣策略,利用上下班高峰與人流潮汐制定電梯運(yùn)行與懸停策略,利用室內(nèi)傳感裝置既定有無人的設(shè)備喚醒功能等。在建筑運(yùn)行期間,在保證“舒適”、“高效”的前提下,做好建筑能耗的計量、監(jiān)測、分析、預(yù)判的智慧管控,運(yùn)用傳感、數(shù)據(jù)分析、智能干預(yù)等手段,通過設(shè)定的策略對整體建筑用能設(shè)備進(jìn)行主動優(yōu)化。

3.2智慧與低碳融合發(fā)展

雙碳時代來臨,公共建筑作為一項整體產(chǎn)品向社會提供服務(wù),不但要美觀和舒適,節(jié)能綠色更是其重要功能。建筑低碳和節(jié)能側(cè)重建筑領(lǐng)域,智慧樓宇則以信息技術(shù)和傳感技術(shù)為主導(dǎo),兩者在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、管理模式、工程實施、技術(shù)實現(xiàn)等均存在差異。將智慧+雙碳融合,需要從建筑規(guī)劃開始,將設(shè)計、施工、運(yùn)營緊密結(jié)合,自上而下從整個生命周期進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,在遵循建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求下,綜合打造“智慧+低碳”的一體化解決方案,實現(xiàn)智慧加低碳的雙驅(qū)動發(fā)展模式和融合發(fā)展。在雙碳目標(biāo)要求下,未來建筑的“智慧”和“低碳”建設(shè)需要全過程的緊密融合,如同DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)一樣,它們既是獨立的,又相互促進(jìn)。在融合發(fā)展的理念引領(lǐng)下,亟待形成新的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)體系,需要相關(guān)政府部門、高校研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)通力合作,使建筑、人、環(huán)境三者能夠共同健康發(fā)展,助力雙碳目標(biāo)實現(xiàn)。

4結(jié)語

雙碳時代來臨,未來建筑將加速走向智慧與低碳化,鑒于建筑的智慧和低碳領(lǐng)域涉及的前沿技術(shù)多、學(xué)科跨度大,市場上未形成“智慧+低碳”的綜合解決方案,是我們所面臨的重大挑戰(zhàn),只有轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的發(fā)展思路,借助數(shù)字信息技術(shù),以實現(xiàn)建筑的智慧與低碳融合發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中國建筑節(jié)能協(xié)會.中國建筑能耗研究報告,2018,2020.

[2]阿里巴巴集團(tuán).阿里巴巴智慧建筑白皮書,2017.

[3]程大章.智慧建筑的期望[J].城市建筑,2018.16.004

作者:張亮 薛鑫 徐文皓 王澤昆 張帥 單位:河南投資集團(tuán)有限公司