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摘要：本文主要論述了智能化系統在小區的節能控制措施及其發展。分別對小區公共能耗和家居能耗兩部分進行節能分析，筆者認為，應該把智能化控制系統應用到小區的節能技術并推廣應用到每一個冢庭，才能真正實現智能小區的節能型發展。...

淺談智能化系統在智能小區節能措施中的應用

林付章

中智(福建)科技有限公司  350001

一、前言

    當前住宅小區節能技術包括采用新型建筑節能材料、各種保溫隔熱設施等得到了政府、開發商的高度重視。筆者認為，住宅小區節能不僅要考慮建筑結構、材料的節能技術，還要充分考慮住宅小區運行管理節能技術的采用，充分挖掘直接節能和潛在節能，智能化系統作為建筑運行管理的核心組成部分，其節能潛力還有待深度挖掘。

    住宅小區的能耗按區域可劃分為：公共部分能耗和家居能耗兩大部分，公共部分主要指公共機電設備的能耗，家居能耗是指每個住戶的家庭能耗。公共機電設備作為小區運行能耗大戶目前正逐漸引起開發商、物業管理的重視，是目前小區節能的關鍵。然而長遠來看，唯有將節能技術推廣應用到每一個家庭，才能真正實現智能小區的節能型發展，而家居節能技術的推廣目前僅局限于照明器具、家用電器等設備自身的節能設計，例如：節能燈、綠色家電的推廣。筆者思考的問題是在改善生活環境、提高生活品質的基礎上，通過自動控制系統將住宅小區的運行能耗降低，同時培養人們生活節能意識，從而真正響應政府所倡導的“節約能源，人人有責”的生活理念。

    本文將就智能化控制系統分別對公共能耗和家居能耗的節能措施做一分析。二、公共設備節能分析及措施

    住宅小區的公共設備主要指照明、給水排水、綠化灌溉、送排風、電梯、供配電等機電設備，部分小區還具有集中供暖／冷等機電設備。當前大部分已建小區公共設備的運行多處于各自獨立運行狀況，缺乏統一的管理平臺，造成了人力資源的浪費，加大了設備及人力資源管理難度，為此，有必要通過自控技術將所有機電設備進行監控并集成于小區公共設備監控系統，統一協調管理，確保其運行在最佳工況的同時，實現以下節能目標：

    (1)保證設備最佳控制的節能目標。對小區的照明(公共照明、室外照明、泛光照明)、給水(冷水、熱水、直飲水)排水、綠化灌溉、送排風、電梯、供配電以及會所中央空調等主要機電設備進行監控，集成于小區智能管理系統，系統根據小區實時需求自動對設備運行進行實時調節，可大量減少不必要的浪費，從而達到小區運行過程中的節能目的。

    (2)保證環境舒適的節能目標。系統自動根據地下室空氣質量啟停送排風系統，從而在保證地下室通風要求的基礎上實現節省能耗的目的；系統根據綠化灌溉工藝要求自動啟停灌溉系統，實現定時定量自動灌溉，從而達到節水、節電、節省人力的目的；系統根據室內外照度自動調節小區照明，從而達到充分利用自然光的節能目標。

    (3)保證設備安全運行的災害防御能力。系統對小區內大型機電設備運行狀態實時監測，及時發現故障、問題與意外，自動提示相關人員，保證人員與建筑物的安全，從而達到間接節能的目的。

    (4)提高設備管理自動化。當前小區各機電設備多處于獨立運行狀況，存在著管理難度大、人員浪費等現象，通過小區公共設備監控系統對各機電設備實時監測管理，實時采集設備運行狀況，集中收集、管理，作為設備管理決策的依據，設備在系統的統一管理下始終處于最佳運行狀態，及時報告設備的故障情況并處理；按照設備的運行狀況打印維護、保養報告，避免超前或延誤維護，相應延長設備使用壽命，間接降低小區運行費用。

    (5)能源回用技術的智能化管理。目前部分小區已建設雨水回收再利用、生活污水處理回用、垃圾集中處理等系統，但規模較小，一般都是人工兼職管理，因此，在設計時必須考慮到智能化管理。通過小區公共設備監控系統不僅可以保證處理設施穩定、可靠地運行，保證出水水質的安全，而且還可集成自動灌溉等系統，根據氣候、土壤的溫度和濕度狀況自動噴水澆灌，達到科學澆灌和節約用水的目的。

    公共設備監控系統的節能措施主要包括：

    小區公共設備監控系統主要包括：照明控制、綠化自動灌溉、送排風控制、集中供暖控制、給排水控制等子系統。

    1．照明控制子系統節能

    我國《建筑照明設計標準》(GB50034—2004)條文說明中第“7．4．1”條已針對照明控制作出了要求：“在白天自然光較強，或在深夜人員很少時，可以方便地用手動或自動方式關閉一部分或大部分照明，有利于節電。分組控制的目的，是為了將天然采光充足或不充足的場所分別開關”，同時標準中第“6．2．2”條還針對利用天然光節能作出了規定“6．2．2室內天然采光隨室外天然光的強弱變化，當室外光線強時，室內的人工照明應按照人工照明的照度標準，自動關掉一部分燈，這樣做有利于節約能源和照明電費。”

    然而，由于上述標準非強制性標準，所以當前住宅小區照明系統的節能重點主要還是集中在節能型燈具、太陽能等應用上，忽視了控制系統對照明系統的節能型管理。這一現狀也恰恰說明了住宅小區照明的節能還有廣闊空間。因此在住宅小區智能化系統設計時應充分考慮到照明控制系統的設計，同時更應結合其它智能化子系統擴展出豐富的人性化功能，既滿足照明舒適性要求，又滿足節能設計要求。

    住宅小區照明控制系統按照明范圍可分為：公共照明、室外照明、泛光照明控制系統。

  (1)公共照明

    公共照明主要指地下車庫、入戶門廳、走廊及消防樓梯等部位照明，其中消防樓梯照明在照明專業設計時大多已考慮采用聲光開關等自熄滅節能措施。故公共照明控制系統節能措施主要為：

    針對地下車庫的節能措施：利用亮度傳感器結合時間程序，開啟照明回路，使光照度滿足行車安全要求，從而最大限度的節約電能。

    針對人戶門廳的節能措施：利用亮度傳感器結合時間程序，開關照明回路或調節亮度，系統可充分利用自然光，達到節能效果。

    室外照明控制系統主要控制范圍為小區路燈、庭院燈等部位的照明，系統利用亮度傳感器控制室外照明，從而達到充分利用自然光、節省能耗的目的；同時，結合時間程序實現室外照明的自動化控制。

    (2)泛光照明

    針對泛光照明，控制系統可利用時間程序和事件程序實現照明的自動化控制。實現對室外的輪廓照明、泛光照明回路進行多種場景的設置、組合，然后根據時間、節假日等情況自動開／關控制。同時還可根據事先的設定，自動地在一周的每一天的不同時刻調用不同的燈光效果，最大限度的降低能耗，使燈光按照一定的程序有序的變化，營造優雅的人工光環境。 

    2．綠化自動灌溉控制系統的節能

    目前部分示范住宅小區已建立中水處理、雨水收集等能源循環利用系統，節能效果顯著，其節能設計的目的是從能源的源頭考慮節能，但由于工程造價較高，尚未得到普遍推廣應用。筆者在這里考慮的是具有通用性的綠化自動灌溉控制系統的節能，即是從能源消耗終端考慮節能措施，從而直接降低無效用水量，直接減輕中水處理、雨水收集等系統的水處理負荷量，問接節省水處理運行能耗，同時實現無人化管理，直接降低管理運行費用。

    小區公共設備監控系統以網關的形式將中水處理系統、雨水收集系統、自動灌溉系統接入，集成于統一平臺，從而實現自動灌溉系統與中水處理、雨水收集系統的信息共享，在保證各系統穩定運行于最佳狀態的同時，提高物業管理水平。

    3．送排風控制系統的節能

    目前小區地下車庫的送排風主要依靠人工啟停、定時啟停，而沒有根據地下車庫的空氣質量的來控制啟停，結果造成高峰時段地下車庫空氣質量不達標，空閑時段(例如：深夜無車時間)能耗浪費。為此，小區公共設備監控系統通過二氧化碳等傳感器探測地下車庫空氣質量，自動啟停送排風系統，最大限度的利用自然進風，確保地下車庫空氣質量，從而達到舒適性與節能的控制效果。同時系統還可實時監視送排風機的運行狀態、手自動開關狀態和故障報警等狀態，也能按設定的時間表自動控制送排風機的啟停，并確保與消防系統的聯動功能。

    4．集中供暖控制系統的節能

    集中供暖主要應用于我國嚴寒、寒冷地區及部分夏熱冬冷地區。作為小區耗能大戶，目前小區集中供暖還存在著熱平衡狀況差(如管網末端溫度偏低)、額外能源消耗量偏大、熱源出水溫度高等狀況。根據2006年1月1日起施行的《民用建筑節能管理規定》第十二條規定“采用集中采暖制冷方式的新建民用建筑應當安設建筑物室內溫度控制和用能計量設施，逐步實行基本冷熱價和計量冷熱價共同構成的兩部制用能價格制度”，為此小區集中供暖有必要設置控制系統用于實時監控供暖狀況，分戶調節、計量供熱量，通過控制系統實時調節熱平衡，使系統穩定運行于最佳工況，在提高供暖質量的同時，降低熱源出水溫度的節能目標。

    為此，集中供暖控制系統通過電子熱計量表實時采集小區每幢建筑物的供暖熱水總管的進水、回水溫度、流量和實際供熱量，實時將相應數據傳送至供暖節能管理網絡系統主控計算機。通過這些數據可使管理人員掌握供暖區域內各建筑物實際熱能消耗與供暖熱水流量分配情況，系統自動分析實際供熱量與建筑物需要供熱量的差距，自動對供暖區域管網的控制閥門進行調節，改變輸送到各建筑物供暖熱水流量，進行流量分配比例調整，使供暖系統的熱平衡狀態更趨于合理。由于將各建筑物作為供暖單元對其供熱量采取了有效控制，當整個供暖系統新的熱平衡調整形成后，各建筑物實際供熱量與實際需要量趨于符合。部分原供熱量低于需要量的建筑物實際供熱量有所增加，供暖質量得到明顯提高。另一方面曾經為彌補集中供暖管網末端用戶供熱量不足，而增加供暖系統總供熱量的現象徹底消除，至此實現降低熱源出水溫度的節能目標。

    僅僅降低供熱總負荷的熱平衡還不能最大限度的降低能耗，唯有降低各戶的能耗，才能最大限度的實現節能，因此集中供暖系統還要針對每戶家庭設置了供熱分戶計量及控制系統，分戶計量各戶的供熱管道進、回水溫度、流量和實際供熱量，通過各戶自行設定的溫度，系統自動調節各戶供暖熱水流量，使實際室內溫度達到設定溫度。目的不僅僅是計量各戶能耗，更重要的是能夠將用戶的自身利益與其能量的消耗結合起來，這勢必會增加用戶的節能意識，促進用戶更加主動地節約能源，從根本上杜絕集中供暖的人為浪費，推動節能工作的良性向前發展，并使得用戶的生活環境不斷地提高和改善。

    5．給排水控制系統節能

    住宅小區的給水存在著季節和時段的明顯變化，目前住宅小區Et常供水運行控制通常采用給水泵運行方式調整和出口閥開度調節供水的水量水壓，存在著大量能量因消耗在出口閥而浪費的現象，也存在著用水空閑時段水泵的運行能耗浪費現象。

    為此，給排水控制系統有必要根據管網負荷變化，通過自控技術及變頻技術控制管網壓力，從而在保證管網壓力的基礎上實現節能。其原理是利用設置在管網上的壓力傳感器將管網系統內因用水量的變化引起的水壓變化，實時將信號反饋給控制器，控制器通過對比設定壓力，經PID運算后給出相應的變頻指令，改變水泵的運行或轉速，使得管網的水壓與設定壓  力一致，即實現變頻恒壓供水。系統的最顯著優點就是節約電  能，節能量通常在10～40％。從單臺水泵的節能來看，流量越小，節能量越大。

    同時系統還可根據每臺泵運行時間，自動確定運行泵與備用泵，延長水泵使用壽命，從而達到間接降低運行費用的目標。

三、家庭能耗節能分析

    (一)家電待機能耗節能：

    家電待機能耗是每個家庭最容易忽視的能耗，據中國認證中心的調查顯示，我國城市家庭平均每天待機能耗相當于24小時使用一盞l5W到30W的“長明燈”。2006年上海舉行的中國首屆“1瓦論壇”，這標志著“l瓦計劃”得到了政府及家電廠商重視，發展趨勢不可阻擋。

    筆者認為之所以出現家電待機能耗，最主要的是因為家電電源的控制沒有便捷的控制方式，而且家電待機耗能不像照明容易引起家庭的注意，因此家電待機節能除了綠色家電節能計劃，還可利用智能家居系統輕松實現家電電源的節能控制。簡單分析可知，國內城市家庭普遍為工薪家庭，這意味著大部分家庭l天24小時內真正使用家電時間不超過8小時(以8小時工作時間，8小時睡眠時間計算)，如果每個家庭在工作、睡眠時段將家電電源關閉，那么理論上家電待機能耗將降低2/3。這正是政府所倡導的“節約能源，人人有責”的具體體現。為此，在智能小區建設中，智能家居系統有必要針對家電進行電源自動控制。

    智能家居終端作為系統平臺，可通過多種方式輕松實現家電電源控制，如場景控制：即系統設置“離家模式”和“睡眠模式”，通過系統把整個家庭的燈光、空調、電視、洗衣機、微波爐  等電器電源全部關閉。對于使用者，只需通過一個設置于床頭的開關按鍵或遙控器即可實現上述功能，在方便使用的同時達到降低家電待機能耗的目的。

    (二)家庭燈光能耗管理：

    照明作為家庭能耗的主要部分，其節能已得到人們的普遍認同。我國自1996年開始實施綠色照明工程以來，取得了一定成績。社會對實施綠色照明工程的認識有了很大提高，它不僅僅是節能與環保的需要，更是提高整體照明質量和水平的需要。

    筆者認為除了照明器具的節能設計，家庭照明也可利用智能家居系統實現節能控制。例如：門廳處的人體感應器在天黑時一旦感應到人體的移動，燈光便會打開，無人時自動熄滅；衛生間的人體感應器在夜晚時自動感應人體移動，自動打開燈光，無人時自動熄滅；

    通過亮度傳感器系統能根據室外自然光線的變化，自動調整室內燈光始終保持在一個最舒適的恒定照度，最大限度的利用自然光源；深夜，起夜時，自動將走廊、衛生間燈光打開至30％亮度，既避免刺眼，同時也節省電能。

    (三)家庭中央空調能耗管理：

    隨著人們生活水平的提高，家庭中央空調得到了廣泛應用。目前家庭中央空調系統多作為獨立系統單獨運行，節能主要靠設備自身設計上考慮。作為家庭能耗的重要對象，在滿足舒適性需求的基礎上考慮節能還有空間可挖掘。通過智能家居控制平臺，以網關的形式接人中央空調系統，不僅可實現設備自身功能，更可進一步提升其舒適性及降低能耗。這里所說的降低能耗是在提升了其舒適性的基礎上，通過智能家居平臺，實現中央空調自身不具備的多種節能措施：

    最佳啟動：在人們要回家時，通過網絡、電話、短信等多種方式(或定時)，提前開啟系統，在進家時環境舒適的前提下實現預冷、熱。

    設定值再設定：根據室內溫度對中央空調的送風溫度設定值進行自動再設定，使之恰好滿足室內的最佳需要，以將空調設備的能耗降至最低。

    夜間程序：根據人體夜間睡眠舒適溫度，自動調節設定溫度，在提高舒適度的同時節約空調能耗。

    零能量區域：設置冷卻和加熱兩個設定值，有一個既不用冷也不用熱的區域，實現空間溫度在該舒適范圍內不消耗冷、熱能源的控制。

    室內溫度的變化與節能有著緊密的相關性，根據統計資料表明，如果在夏季將設定值溫度下調l℃，將增加9％的能耗。如果在冬季將設定值上調1°C，將增加l2％的能耗。因此將在夏季和冬季應根據當地的歷史平均溫度狀況，擬訂滿足一般舒適度時的基準溫度。在此基礎上，對溫濕度控制在設定值精度范圍內是空調節能的有效措施。

    新風量控制：從衛生的要求出發，每個人都必須保證有一定的新風量，但新風量取得過多，將增加能耗。實施新風量控制的措施有以下兩種方法：

    在室內設置C02探測器，根據C02氣體濃度自動調節新風風門的開啟度，在保證空氣品質的基礎上，將新風所需能耗降至最低。

    在預冷、預熱時，關閉室外新風風閥，不僅可以減少設備負荷，而且可以減少獲取新風而帶來冷卻或加熱的能量消耗。

    四)家庭環境能耗綜合管理：

    隨著人們生活水平的不斷提高，對居住環境也提出了相應要求，家庭環境的改善也帶來了大量高耗能家電產品，為此，如何在提高居住環境的基礎上降低能耗，這不僅是對家電廠商提出節能要求，而且對智能家居系統綜合管理能力提出了要求，智能家居不是燈光、窗簾、家電控制的簡單堆砌，而是將其集成于一個統一的控制平臺，通過傳感器感知室內外環境狀況，智能協調控制各家電及燈光，最大程度的利用自然能源，從而實現家居舒適性與節能的完美結合。

    為實現智能家居綜合管理能耗，通過傳感器實時監測室內外的溫度、濕度、陽光照度、風力及雨水。依據這些室內外環境條件，控制系統自動進行調節和控制直接家電，同時聯動關聯設備，保證家庭內部的環境處于最佳狀態。例如：夏季陰雨天氣，系統將按照室內外照度、室外雨水、溫濕度傳感器，把室內照明調整到最合適水平，同時自動關閉窗戶、打開窗簾、調高空調設定溫度，最大限度的利用自然光源。這樣不僅提高了室內環境的舒適度，而且也節約了電力照明的能耗。在炎熱的、陽光強烈的白天，有時需要減少照進室內的光線，系統發出的信息會自動調整遮陽簾的開度，防止室內過熱，自然也就減少了中央空調的負荷，節約能源。同時，還可根據需要，手動調整周圍環境的空調和燈光，既照顧了舒適度，又考慮到了能耗的最佳。

四、智能小區節能現狀及前景

    目前市場針對智能化小區運行能耗管理并未充分重視，其結果造成當前小區智能化系統節能設計不多，尤其是公共設備監控系統的投入更少，究其原因：智能小區公共設備監控系統因前期投資較高，開發商不是最終使用者，即使后期物業管理由開發商自行管理，無論是否節能，公共部分的耗能自然轉嫁給最終使用者一業主，然而目前業主在購房時并未考慮該部分長期運行費用，尚未引起業主的關注，造成了當前智能社區節能措施的缺失。

    筆者認為唯有依據“誰獲益，誰投資”的原則，通過政府、開發商的大力宣傳、政策引導，讓最終用戶認識到公共設備監控系統所帶來的長期節能效果，讓開發商分享到節能所帶來的效益并認識到“公共設備節能”也是銷售賣點，才能解決當前“受益人不知情”的尷尬局面，才能讓開發商有動力投資建設從而提高其產品競爭力，正如2006年1月1日起施行的《民用建筑節能管理規定》中第九條規定“國家鼓勵多元化、多渠道投資既有建筑的節能改造，投資人可以按照協議分享節能改造的收益；鼓勵研究制定本地區既有建筑節能改造資金籌措辦法和相關激勵政策。”

    針對智能家居系統，目前市場在宣傳上大多強調其舒適性，在實施上僅提供智能家居樣板間供消費者參考，目的僅僅是作為前期樓盤銷售的賣點來宣傳，銷售完成后并未有效宣傳、組織集成商進行后續工程的完善，每個家庭僅僅具有智能家居的控制平臺，其后續強大的功能建設不到位，造成了前期投資的浪費，最終還是由使用者承擔。當然由于大多樓盤都是毛胚房，智能家居需緊密結合家居裝修等專業，造成其后續實施的困難，但這也正說明該部分市場還有待細分，該部分服務由誰來提供，在政府的引導下，市場必將有所反應。

    雖然目前在智能小區節能上有著上述不少問題，但筆者認為隨著人們生活品質的提高、節能意識的提高，在政府的引導下，通過多渠道的宣傳，智能小區必將朝著節能、環保的“綠色小區”發展。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)

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