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。
一、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%,建筑運行階段能耗占比重 21.9%。”《中國建筑能耗研究報告(2018)》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,達到住宅能耗的 10 到 20 倍。”公共建筑包含范圍廣泛,星級酒店、商業(yè)建筑、文教體衛(wèi)建筑、政府機關(guān)、通信建筑以及交通運輸類建筑等。在公共建筑中,商業(yè)建筑占比較大,運行階段能耗突出,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。
二、公共建筑的現(xiàn)代智慧化管控
21 世紀以來,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。
1.智慧樓宇的概念
2015 年《 智能建筑設計標準 》 (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用,集架構(gòu)、系統(tǒng)、應用、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。”2017 年,《阿里巴巴智慧建筑白皮書》指出 :“智慧建筑應該是自學習、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)。”,智慧建筑應是指以建筑本體的空間設計為框架,疊加運用傳感、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.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)絡系統(tǒng)、輔助辦公、設備用能管理等,這種方式以所建設的智能化系統(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、細分化程度不斷增強(例如 :安防自動化細分為門禁控制、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,但在運行階段造成了煙囪式系統(tǒng)林立,給整體的運行增加了不便,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)進行數(shù)據(jù)整合,行業(yè)中稱之為 IBMS,并進行有限的不同系統(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)在同一平臺進行整合、呈現(xiàn),平臺無論是基于云還是本地服務器,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,并且存在重復建設,集成難度大的問題。
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、設施、環(huán)境、交通、衛(wèi)生、服務質(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)絡之中,帶動終端設備形成聯(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,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)、設備、傳感器的互聯(lián)互通,消除傳統(tǒng)智能化子系統(tǒng),促進各類數(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,形成智慧化響應與決策,通過多樣化的應用服務,形成建筑即服務的創(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。
三、智慧與低碳在現(xiàn)代建筑中的融合發(fā)展
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)在建設之初對整個建筑的用能設施進行分系統(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)絡及時上傳能耗數(shù)據(jù)。
(2)設置建筑能耗監(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,可對建筑能耗進行動態(tài)分析和跟蹤,實現(xiàn)能耗精細化管理與控制。
(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、新風等機電設備,通過自動控制系統(tǒng)將關(guān)聯(lián)設備進行統(tǒng)籌,發(fā)揮設備群組的整體優(yōu)勢和節(jié)能潛力,既能夠提高設備利用率,優(yōu)化設備的運行狀態(tài)和時間,又能夠反饋應用層的節(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,在管理端設定主動干預的節(jié)能策略,如利用季節(jié)的變化、室內(nèi)外溫差進行新風換氣策略,利用上下班高峰與人流潮汐制定電梯運行與懸停策略,利用室內(nèi)傳感裝置既定有無人的設備喚醒功能等。在建筑運行期間,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、預判的智慧管控,運用傳感、數(shù)據(jù)分析、智能干預等手段,通過設定的策略對整體建筑用能設備進行主動優(yōu)化。
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,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,兩者在行業(yè)標準規(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,將設計、施工、運營緊密結(jié)合,自上而下從整個生命周期進行統(tǒng)籌規(guī)劃,在遵循建設標準要求下,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。在雙碳目標要求下,未來建筑的“智 慧”和“低碳”建設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。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、標準體系,需要相關(guān)政府部門、高校研究機構(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,助力雙碳目標實現(xiàn)。
四、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。
以上就是三水智能化整理的“我國雙碳背景下建筑智慧與低碳融合發(fā)展趨勢分析”相關(guān)內(nèi)容,希望對讀者了解建筑節(jié)能、智慧建筑和建筑節(jié)能減排有所幫助!