上海地區公共建筑能源智能管控技術的思考

顧麗韻

上海市建筑科學研究院有限公司

0 引言

近年來，隨著我國公共建筑規模及平均能耗強度的增長，公共建筑能耗已經成為建筑運行消耗中占比最大的部分[1]。據《中國建筑節能年度發展研究報告2020》發布，2018 年全國公共建筑（不含北方地區供暖）能耗為3.32 億tce，在四個建筑用能分項中的占比約33%，而依據《2019 上海統計年鑒》粗略測算，由于上海經濟發展水平在全國居領先地位，且不存在冬季采暖能耗，上海地區2018 年公共建筑能耗占民用建筑能耗比例不低于60%，公共建筑節能降耗的空間仍十分顯著。

在占據建筑物大部分生命期的運行階段，融合了信息、決策、控制等要素的智能化、信息化是確保建筑內各系統相互匹配、協調運作，最終實現節能目標所不可或缺的技術手段，作為一種低消耗、高產出的“智力密集型”技術，其作用不可低估、無法替代。因此，充分應用智能化技術提高公共建筑能源管理水平，滿足節能運行的做法勢在必行。

智能化技術在公共建筑內的主要應用形式有兩類：一類是能源分項計量系統；另一類是傳統的建筑設備控制系統。前者滿足能耗數據的分類分項采集傳輸與統計分析的要求，但缺乏對設備的優化控制和管理功能，無法直接產生節能效果。后者主要管控建筑內分散設備的運行質量及安全狀況，并不能實現以建筑能源優化利用為目的、對建筑用能系統的有效管理與控制。兩類系統似乎都無法解決智能化節能的問題。那么，建筑能源智能管控技術的最新發展狀況及趨勢如何、未來是否具備推廣應用的可行性？本文以該問題為驅動，對國內公共建筑設備控制系統及能源管理系統開展調研，以上海地區為例，走訪不同類型公共建筑，實地了解其能源智能管控技術的應用情況，并在此基礎上，對技術的研究與發展提出對策與建議，以為相關標準及政策的研究制定提供依據。

1 公共建筑能源智能管控技術發展現狀與趨勢

1.1 標準規范

在近10～15 年內，我國相繼發布了相關的國家標準及行業標準，以推廣公共建筑能源智能管控技術，并規范其設計、實施與驗收，包括《公共建筑節能設計標準》GB 50189-2005、《建筑設備監控系統工程技術規范》JGJ/T334-2014、《建筑節能工程施工質量驗收規范》GB 50411-2007 等。上海市建設和交通委員會也在2008 年發布了《關于進一步加強本市民用建筑設備專業節能設計技術管理的通知》（滬建交〔2008〕828 號）。本文通過對上述標準和文件進行調研分析后，將我國主要推廣應用的能源智能管控技術進行了總結歸納(見表1)。

1.2 國內外智控產品的研發成果

國內外樓宇設備自控系統廠商對新產品的研發，除實現傳統意義上的系統集成、數據交換、數據庫整合功能之外，也開始注重引入節能、環保、舒適的綠色理念，持續加強設備能耗監測情況、優化各系統節能運行策略、設施設備生命期管理的功能設計，并針對不同建筑類型的用能需求和運行規律推出相應的管控功能，例如美國Johnson Controls 針對商業建筑VAV 系統設計的“變靜壓控制”“變靜壓設定值控制”“定靜壓控制”以及“總風量控制”策略，加拿大Delta Controls 提供的醫療建筑節能解決方案，同方泰德科技公司針對城市綜合體推出的智能燈控、空調機房群控、空調輸配系統變頻控制功能等。

表1 我國相關國家標準對能源智能管控技術的設計要求[2]

1.3 新一代信息技術驅動下的樓宇智控技術應用新模式

近5年來，隨著新一代信息技術的蓬勃發展，大數據及人工智能技術和思維模式逐漸被運用至樓宇智能化節能技術的研究中。肖建平提出了采用搜索與規劃技術而不依靠人類工程師設計的控制邏輯和策略對中央空調的冷熱源進行控制的方法，從而能自主靈活地應對日常使用需求，并在該方法基礎上使用機器學習手段根據各種數據預測建筑物空調負荷需求，以減少空調的過量供應、降低空調能耗[3]。王宏等人以AIoT（人工智能和物聯網等技術）在實際綠色智能建筑樓宇自控中的融合應用為目標，研究了基于AIoT 的智能建筑樓宇自控系統總體層級架構、智能自動照明系統的節能優化控制及其故障診斷與預測方法[4]。姜子炎從自然界生態系統和人體神經系統的運行規律中得到啟發，提出了在智能建筑中構建“無中心控制系統”的設想，將智能群落的基本空間看作一個單元，然后思考它們之間怎么相互協作，實現整個建筑的節能降本運維。

2 上海地區公共建筑能源智能管控技術的應用狀況

為掌握公共建筑能源智能管控技術應用現狀，本文以上海地區為例，選取了不同建設年代、建筑功能、建筑體量及運營模式的7 棟公共建筑、1 個辦公園區、1 個醫院園區和1 個科研實驗園區的設備監控系統及能源管理系統開展實地調研，并對調研結果進行匯總分析如下。

1）被調研建筑（園區）的設備監控系統使用率為100%，且系統對用能設備控制基礎功能的涵蓋范圍比較完整、開通運行率也很高，除某學校外，其它被調研對象均實現了包括冷熱源、空調機組、新風機組、照明等在內的全部用能系統的參數監測、手動、遠程控制和故障報警功能。

2）就能源智能管控技術的應用深度而言，各調研對象的狀況參差不齊，其采用的控制技術措施分布情況如表2所示。

其中，電分項計量技術、空調機組或新風機組控制，被運用得最多，這與政府部門近年內大力推動公共建筑能耗監測以及人流量變化較大的綜合、商場、醫療類建筑對室內環境舒適度、健康性能的要求較高有關。調研同時發現樓宇內的電分項計量系統大都為獨立運行，未與建筑設備控制系統實現協同運行，傳統的樓宇自控系統需要人工干預，未實現根據既定輸入參數的自控（見圖1）。

3）就設備控制系統應用模式而言，本次調研對象的情況可分為三類，如表3所示。

表3 各調研對象設備控制系統應用模式分類

其中，采用模式 II 的 B 綜合體、I 醫院園區、J 科研實驗園區，建立了獨立的中央空調管控平臺，對設備采用主動式、集成尋優控制，最終實現綜合能耗最低的目標。采用模式III 的C 商場，擁有1 套智能化管理平臺和1 套樓宇自控系統，前者主動對接后者，實現樓宇設備運行數據的集成以及對各機電系統的遠程操控。

3 問題分析與對策建議

通過一系列文獻及案例調研，本文對上海地區該項技術應用過程中存在的問題進行了分析，并提出對策和建議。

表2 各調研對象能源智能管控技術措施應用狀況分布表

圖1 各調研對象能源智能管控技術措施應用狀況

3.1 問題分析

1）建筑能源智能管控新技術與實際應用間存在脫節

當前，建筑能源智能管控技術的新理念、新產品層出不窮，但與樓宇的實際應用之間仍存在脫節的現象。分析原因，一方面由于新技術、新產品從研發到產業化需要一個逐步成熟、完善、普及的過程。另一方面建筑節能目前仍以采用多少最先進的技術和設備為導向，全社會對于利用智能管控手段促進建筑節能仍未引起足夠重視，缺少相關政策扶持和管理制度推動。

2）公共建筑已安裝上線的設備監控系統應用不充分

本次調研的公共建筑都具備設備監控系統，但系統主要發揮了數據監視及統計的作用，如以促進節能降耗的標準去衡量，大部分系統無法實現用能系統的協調控制與節能運行。部分公共建筑業主受節能降耗目標的激勵，另行斥資構建中央空調智控系統或樓宇綜合性能源管理平臺，雖然發揮了一定作用，但也造成了樓宇內不必要的數據資源冗余及經濟資源浪費。

3）建筑能源智能管控技術的應用缺乏有效的行業引導

建筑能源智能管控是一項多專業融合的工作，涉及自動控制、計算機、通信、暖通空調、建筑設備設施管理等多專業學科，在綠色可持續發展目標的牽引下，建筑運營管理部門面臨的任務、挑戰相較于傳統物業行業愈加重大。但是，目前關于以節能為導向的建筑設備監控系統應用方法缺少權威有效、能夠直接指導操作的行業標準或管理程序文件，建筑行業對該項工作的技術支撐力度不足。

3.2 對策和建議

上海作為國內經濟發展領跑城市和公共建筑能耗占比較高的地區，應當在智能化節能技術發展與應用方面為全國提供示范經驗。為此，本文對本市建筑能源智能管控技術的發展提出三項建議。

1）建立健全智能化節能領域新技術、新產品的激勵政策

應加大對智能化節能技術的激勵力度，包括對節能服務企業給予稅收優惠，以產業化項目或技術服務平臺的形式對智能化節能產品研發給予資金補貼，設立專門獎項獎勵智能化技術研發成果、咨詢成果及工程應用等，在行業內建立示范效應，更好地推動本領域科技創新與產業化應用。

2）加強公共建筑運營管理人才隊伍建設

在全社會節能減排的背景下，公共建筑運營團隊的認知度、專業能力甚至工作責任心是實現建筑能源資源節約的重要保障，面向建筑智能化的高科技屬性和運營管理的關鍵任務，應著力打造高素質人才隊伍，讓了解建筑運行規律、熟悉用能設備特征、具備智能化運營能力的人員充分發揮崗位關鍵作用。

3）加快制訂公共建筑能源智能管控技術應用規范性文件

應構建涵蓋數據采集指標、分析評價指標的建筑能源智能管控指標體系，提出建筑設備控制系統內各層級的適用技術、制訂優化提高建筑能源使用效率的優化管控策略，最終形成目標清晰、兼容性強、易理解、可操作的技術應用規范性文件，為工程實施及建筑長期運營管理提供有效的指導與支撐。