互联网技术在智能建筑设备能源管理中的应用研究
刘杨+刘佳霓+周丽
摘 要：文章介绍了智能建筑的主要特征及智能建筑能源管理的主要需求，结合智能建筑能源管理系统的需求，研究了现阶段可用于智能建筑节能领域的互联网技术，并阐述了互联网技术与建筑设备管理系统融合发展的方案。最后，文章以智能建筑中通风空调系统为例，简单介绍了互联网技术给建筑能源管理系统所带来的变革。通过本课题的研究，可以得到的结论是：互联网技术能够与智能建筑有机地结合，并可成为智能建筑的节能提供有力的工具与手段。
关键词：互联网；智能建筑；设备能源；管理系统
1 节能建筑是社会发展的需要
我国在《智能建筑设计标准》GB/T 50314—2006 中对智能建筑的定义是“以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高新、便捷、节能、环保、健康的建筑环境”。
建筑能耗占整个社会的能源消耗的较大份额，而其中建筑信息系统、建筑设备（空调、照明、电梯等）、建筑安防系统是建筑能源消耗中的主要部分。随着社会的进步，人类生活水平的提高，节能意识的增强，舒适、节能及安全的智能建筑是未来社会发展的必然选择与趋势。新兴发展的互联网技术正是一种可以适应建筑智能化的发展趋势，与建筑信息、设备、安防系统相融合的技术手段，能够大幅提高建筑的能源管理水平，降低能源消耗。
2 智能建筑能源管理的目标
智能建筑能源管理的目标首先就是要提高建筑通信系统、建筑设备（空调、照明、电梯等）、建筑安防系统的能源消耗水平，通过自动控制，将不必要运行的设备、通道、线路及时置于休眠状态，并提高现有运行设备的运行效率。而智能建筑与以往的旧有建筑相比的主要优势在于通过基于数字技术为基础的互联网系统将以往各自为战、互不相同的通信、设备、安防系统集成起来，形成一个共有的平台，并通过互联网技术实现建筑内的各系统的远程操控。互联网技术在此提供强大的数据传输、计算及处理功能，打通了传统的不同自动控制系统间信息交流和集成的诸多障碍。
依托于互联网技术的智能建筑能源管理系统集成节能特点具体体现在对智能建筑BAS控制方案的优化与融合，目标是为了对建筑的能耗实现精确的计量，进行能耗分类归纳汇总，计算单位平均能耗，查找高耗能点和挖掘节能潜力。对于智能建筑能耗集成管理的重点主要有两方面：（1）对能源消耗信息的集中采集与监测；（2）通过互联网技术对建筑中各系统的集中的远程监控，在保证建筑功能服务水平的前提下提高智能建筑能耗水平。在能源消耗信息的集中采集与监测方面，通过采用与互联网兼容的数据收集单元全面采集对室内外的温度、湿度、CO2浓度等环境信息。在远程监控方面，在考虑了收集上来的不断变化的室内和室外环境信息，在允许的范围内系统的确定变量的控制，寻找最小的能耗输入，远程地控制照明、风机、水泵、空调机组，从而来满足室内舒适度和健康环境。
3 智能建筑节能技术与互联网技术的融合发展
互联网技术应用在智能建筑的能源管理系统中通常可以划分为3个层次：感知层、网络层和应用层，如图1所示。
感知層主要就是完成采集数据的任务。通过各种传感器、控制器等智能装置自动采集物体的各种信息，实现物体识别、信息采集、数据上传的功能。
智能建筑能源管理系统运用系统集成的方法和手段，借助楼宇自动化系统（Building Automation System，BAS），完成各个子系统的关键数据的采集和存储。这类代表性的信息比如设备用电信息、环境信息、空间信息、时间信息等，从而建立智能建筑较完整的系统运行数据库，为下一步的设备运行管理分析和能源管理分析作数据储备。
网络层主要就是实现数据信息的处理、传输和控制。网络层作为互联网体系架构的中间层，是互联网的中心环节，包括Internet，3G/4G，WiFi 等有线和无线的通信网络，同时还有基于以太网 TCP/IP 等的通信控制网络。
应用层的主要任务是对于已经上传的数据进行分析，并利用经过分析处理的数据实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的功能。
应用层对于基础的数据分析是根据智能建筑能源管理系统采集到的数据完成设备查询分析。应用层软件将基于数据模型，并根据数据统计结果，分析能源消耗数据与用能结构，通过对能量消耗状况的掌握，能准确找到建筑物中能耗可能的控制点。根据事先建立的全国的同类建筑运行状态和行业规定标准的能耗数据库，建立标准的数据节能特征数模曲线，通过对比分析，找出能耗偏高的症结所在，并给出科学的、合理的、可行的一套基本的优化节能管理方案，从而达到节能的效果。
互联网技术除了可以收集、分析能耗情况、远程控制高能耗设备，还可以进行建筑设备的故障诊断、维护管理及自动调试。传统的设备维护管理是按照维护计划进行执行，不能够及时地发现问题、解决问题，设备无故障时也浪费了人力。而通过互联网技术收集到的设备数据信息，可以有效地、有针对性地对可能产生问题数据的设备及时地进行维护，大幅提高了设备的维护水平，降低了维护成本，同时对于由于设备故障产生的高能耗问题预先进行解决。
通过互联网系统采集到的基础数据也可以用于对智能建筑的节能效果进行分析。通过实际能耗情况和节能计划对比分析可以得到实际的节能效果。通过这种分析可以帮助用能单位后期更加详细地制定能源消耗指标，并实时地加以监督，及时地制定改进措施。最终通过节能分析，可以记录并各项节能措施的节能量，并能够清晰了解、展示节能改造的实际效果。
4 智能建筑节能技术与互联网技术融合发展实例
互联网系统应用于智能建筑能源管理系统中，能够让建筑内的通风空调系统运行在全自动状态。智能控制方式可以预先设定若干基本工作状态，根据天气情况、房间内的人员情况，自动地调整房间内的供热、供冷及通风量。例如，在上班时间到来前，可以根据预先设定的时间，提前开启通风空调系统，使建筑物内的污染物（如甲醛、CO2，Rn等）提前稀释，达到人能够正常工作的安全状态。在下班后或人变少后能够自动地降低通风量或关闭通风系统。再如，互联网智能控制系统能够时时控制房间内的温度、湿度，使房间内的环境根据天气预报，及时地调整空调系统的运行状态和方式，从而达到节能降耗的作用。除此之外，互联网系统的加入，能够使房间内的环境信息及时地传递给远程的控制室，通过对于房间环境的掌握，从而可以远程地对房间环境做出精准调节。当采用精确调节方式后，智能建筑的空调系统可以在过渡季节充分利用外界自然的冷暖空气，减少机组的运行时间及负荷，最终达到节能降耗的目的。
通过互联网技术+智能建筑，可以提高智能建筑的管理水平，减少建筑的维护费用。智能建筑智能通风空调控制系统将普通通风空调人为地控制空调系统转换为智能化管理，不仅使大楼的管理者提高其管理意识和管理素质，而且将大大减少大楼的运行维护费用，并带来巨大的投资回报。
5 结语
互联网技术与智能建筑能源管理系统的有机融合，能够大幅提高智能建筑的能源管理水平，降低智能建筑的整体能耗。但在实践中，仍有较大量的老旧建筑采用的是分散式的控制系统。照明、空调、给排水、电梯、消防、安防等控制系统仍是各自为阵，各系统之间的信息互不相同，且绝大多数情况下，各系统的信息传递标准仍不统一，改造成本也极其高昂。这就使建筑中的大量数据不能自动、及时地采集，极大地限制了互联网技术在智能建筑中的应用。未来的互联网技术的发展，应该要将老旧建筑的系统统一纳入可实行的范围内，并应努力降低此项工程的成本。
