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董宏伟:物联网+建筑节能砥砺前行

国际节能环保网  来源:东方网  日期:2017-10-10
  目前,工业、建筑、交通、农林、生活等是我国的主要节能产业。随着我国人均电力消耗逐步接近世界先进水平、交通领域的节能标准也逐步和世界水平接轨,在工业和交通领域实现大规模的节能已经不太可能,近年来建筑节能受到的关注度越来越高,国家政策倾斜力度越来越大,未来主要的节能潜力和空间也将会在建筑节能领域。随着物联网和建筑节能的进一步深入结合,将直接实现节能减排和减轻环境污染、进一步改善城市环境质量、有力提升办公和居住舒适程度,真正实现智慧建筑和绿色建筑。
 
  一、 物联网+建筑节能的基本情况
 
  建筑节能涉及领域比较多,可谓量大面广,具体是指在各类建筑物的前期的规划设计、中期的建设(改建、扩建)及改造、后期的使用和运维环节中,按照国际国家相应的节能标准,运用节能降耗的相关体制、工艺、技术、设备、产品和材料,提升建筑的隔热保温性能,提高建筑的供热、制冷、制热系统的效率,并最大限度利用可再生清洁能源,在保证环境能量质量的基础上,减少建筑的照明、机电、制冷、制热及供热系统的能耗,不断提升建筑能耗系统的具体运维水平,具体包括建筑围护结构节能(节能建筑设计、墙体保温及隔热等)、建筑能源供给系统节能(热、冷、电、水等)、建筑机电设备系统节能(暖通空调、给排水、照明、电梯电气等)、新能源及可再生能源(太阳能、风能、污水源热能、地热能等)。
 
  物联网在我国认知早、起步快、发展迅速,目前我国已经成为国际物联网标准研究和制定的重要力量。在节能减排应用方面,物联网技术比其他传统技术具有感知范围更加广泛、数据采集更加精准、预警模型更加科学、适时监控更加及时、控制手段更加灵活、数据挖掘更加深入等特点。
 
  据世界银行2016年的测算,中国最大的节能潜力将会是在建筑节能领域,通过有效的能效管理,可节约40%以上的能源成本。2030年之前建筑节能将贡献中国节能总额70%-80%。目前中国建筑节能是产业扶持力度大、市场需求旺盛、行业估值溢价高。目前中国有500亿平米的建筑面积,80%以上没有进行节能改造,如果把其中的1/4---1/3进行物联网+节能改造,再加上每年的新建建筑的节能需求,那就是万亿级以上的巨大能源管理和节能服务市场,目前建筑节能服务市场还在以每年20%以上的速度增长。另外,随着国家一带一路战略的深入,我们了解到沿线很多国家对物联网+建筑节能也都很大的需求。
 
  二、 物联网+建筑节能的影响因素
 
  物联网+建筑节能的应用主要体现在建筑的结构节能、自身节能、设备节能、技术节能、管理节能等五大领域:建筑的结构节能是通过产业定位、区域规划来实现节能;自身节能通过建筑朝向、幕墙设计等措施来实现节能;设备节能是通过集成方案科学采购及使用照明、空调、电梯等机电设备来实现;技术节能是采用相应的节能技术、工艺和流程来实现;管理节能主要是通过优化管理方式、控制耗能行为等实现。
 
  1.在国家的产业发展和政策引导方面
 
  目前我国基本形成政府搭台和推动、建筑业主积极参与、节能服务企业市场运作的市场化格局。近年来国家不断颁布各类的节能标准和法令,提供相应的节能补贴或税收优惠等方式,初步形成建筑节能良好的法制和经济环境;建筑业主出于政府要求(节能标准和法令)和自身需求(节能降耗、降低成本),深入执行节能标准和法令,形成巨大的节能服务需求,所以形成了空间巨大的建筑节能服务市场;各类节能服务企业依靠自身专业能源管理和节能服务,协助建筑业主实现能源管理和节能目标,双方分享节能收益。
 
  2.在物联网应用技术方面
 
  主要包括全面感知、可靠传输和智能处理等三大环节,目前随着运营商的介入积极推动、平台软件的技术升级换代、基础感知网络技术的不断成熟并简化操作、用户操作终端的普及及简易应用,物联网在建筑节能领域的应用技术日臻成熟。
 
  3.在建筑业主节能需求方面
 
  随着国家对节能减排持续保持高压态势、建筑业主自身运营成本的增加、建筑用户对于居住和办公舒适程度的要求不断提升,各类建筑业主对于节能服务需求越来大,需要节能服务公司提供整体评估、专项诊断、顶层设计、分步实施和综合管理等方面的服务。
 
  4.在节能服务企业模式创新和项目运作方面
 
  传统的节能服务模式是建筑业主多头对接设计院、土建、设备供应商、安装公司、监理公司、运维单位等单位,工作责任多头,没有一家对全系统负责;同时由于基于传统模式,各业务流程独立,也无人为能源系统运维买单。
 
  笔者认为建筑节能是个复杂的系统工程,需要用工程系统学的观点来进行全局规划和系统部署,充分考虑建筑内部的各类用能系统互相影响和牵制(如空调系统安装部署会影响到照明系统,同时也会受建筑维护结构的影响;空调系统中主机节能和冷却水节能也是互相制约的),所以建筑节能工作需要提前规划、整体设计和统筹兼顾,保障建筑总能耗有效降低。
 
  基于物联网+建筑节能的运作模式是基于全生命周期的全方位能源管理,是通过和建筑业主协商,业主将相关节能项目交于节能服务公司来整体运营,整体负责投资、规划、设计、建造、运营维护、能源需求评估等工作环节,通过控制节能、设备节能、工艺节能和管理节能等途径,用系统管理方法和工具降低建筑能源消耗,并在线监控建筑内各区域能耗情况,对能耗数据进行统计并分析能耗特点,提供定制化节能服务方案,不断优化系统运营模式。
 
  三、 物联网+建筑节能的应用情况
 
  我国的各类建筑具有设计建设周期长、涉及面广等特点,是区域经济和文化的综合载体,在为人们提供舒适生活、愉快工作和文化艺术体验的基础上,应充分运用物联网技术,加强在建筑规划、设计、采购、施工、运维等环节中的节能环保新技术、新材料及绿色金融的运用,全力保障建筑节能上下游产业一体化、资源配置精准化、建设过程精益化、建筑产品智慧化,真正实现节能和环保、绿色和低碳、美观和实用的有机融合。
 
  物联网+建筑节能领域里的应用体现在:第一步,智能建筑需要部署种类多、数量大的传感器,包括温度、湿度、光照、VOCs、CO2、PM2.5、甲醛等,通过这些传感器之间的互联互通,显著提升楼宇自动感知能力;第二步,随着建筑中各种设备和传感器数量的增加,各种数据经过可靠传输从而实现互联互通之后,运用物联网相关软硬件对这些数据进行收集、整理和深入挖掘,结合云存储和云计算等技术,分析比对同类型建筑的能源消耗情况,从而形成各类建筑及能耗系统的能耗标准,进一步提升建筑的智能程度和节能效果。
 
  1.针对建筑本身和专项服务
 
  如基于物联网的建筑自控系统可以把整个建筑里面的各个子系统有机整合起来,兼顾各个子系统和整体系统,基于实际能耗系统建立能效仿真模型,通过实时寻优运算,获得当前的最优化运行策略,并将控制指令下发控制系统,最快速帮助业主在能源管理体系框架内,全面实现自身能源管理的信息化、流程化、可视化和可操作性;另外可以通过远程节能监控平台,在任何地方通过互联网访问节能系统,实时掌握建筑能源系统实时能耗,监测室外实时气温,记录并形成环境温湿度、系统设备流量、功率时间曲线,记录并形成系统和主机的供给、输送能效时间曲线,进行节能智能分析和决策。特别是对于中央空调系统、照明系统和机电系统这三个能耗大户,可以通过物联网技术进行有效的管理和控制,按需使用,既提升建筑内管理和工作人员的使用舒适性,同时节能效果又非常明显。
 
  在建筑节能其他的细分领域,物联网都在逐步深入,如在商业、热力、电地暖领域都在大力提倡物联网特别是无线物联网的深入应用,传感器形成网络后,再结合实时监控、仿真分析、智能分析,将为节能、环保提供数据基础和决策依据,从而实现真正的节能。例如在一个购物中心实现物联网化,监测购物中心每天的人流进出时间、楼层及区域分布情况,数据信息和室内温度、照明等数据共享,并据此制定出所有照明、空调设备运行时间及温度曲线并进行实时修正,可以有效减少购物中心能耗。
 
  2.针对公共事务管理和园区管理
 
  越来越多的物联网+建筑节能解决方案得以实施,为园区提供智能化节能控制与管理手段,为省、市、县级能耗监测数据中心提供数据服务及大型耗能建筑的专项分析。这些整体解决方案主要的功能包括:环境监测(通过温湿度、漏水、尘埃粒子、气压、风速、光照、噪音等环境监测传感器采集数据,设置环境监测告警门限阀值)、智能照明(通过采集的照明数据,进行数据分析,制定照明节能计划和策略来降低能耗,节能率能达到30%以上)、智能安防(对火警、烟雾,入侵、安全等进行实时监测)、智能计费(采集智能水、电、气表等表计能耗数据,对能耗进行预付费和后付费进行管理与结算)、暖通空调(根据温湿度传感数据调节风机,使室内达到一个适宜工作、学习与生活的环境)、能效管理(通过图形化报表的方面展现能耗数据,对能耗数据进行同比,环比,下钻分析等)、远程控制(通过网络远程控制智能设备)等。
 
  四、 物联网+建筑节能的发展趋势
 
  目前我国的建筑能耗正受到越来越多的关注和重视,建筑节能产业也得到国家产业政策的大力扶持,大量的人才、技术和资金被吸引到建筑节能产业中,根据国内外实践情况,我国物联网+建筑节能将呈现出以下的发展趋势:
 
  第一,更加注重用户体验:不管是办公还是住宅建筑,相关的照明、制冷、制热、安防、消防、通讯等系统都会产生大量的数据,这些数据经过互联互通和统计分析,将会挖掘出海量的商业机会,从而形成更加个性化和精准的客户运营方案,相应的用户体验就至关重要。相信在不久之后,在写字楼里将出现“个性化气候和照明”,人们可以根据自己的需要来个性化设定温度和亮度,身边的气候探测器将按需来对周围的温度和亮度进行调整,如出现多种设置方案,系统将按平均值来进行调整。
 
  第二,更加智慧化和绿色化:各类建筑越来越像一个完整的生态系统,自身拥有全面的感知能力、准确的自我判断能力以及有效的控制能力,建筑内各个系统将形成合力,耗能和能源管理方面实现绿色化,整体节能效果将得到提升,节能幅度将达到30%-50%。今后居民住宅天然气表和水表中都可以安装传感器,工作人员不需要入户就能够读取天然气和水的数据;或者某个区域出现降雨后,洒水系统和供水系统自动就不安排给某些场所补水等。
 
  第三,更加专业化和个性化:对节能服务公司而言,将根据聚焦于物联网+建筑节能的某一细分领域,如专门做智能节能玻璃的、专门做高效节能热泵、专门做亮度可调节的节能灯泡的、专门做供暖管理方案的、专门做电力管理软件的,当然也有很多做个性化系统集成的节能服务公司,为园区、楼宇及学校提供能源管理和节能服务的。
 
  五、物联网+建筑节能发展过程中的注意事项
 
目前建筑节能在物联网技术的支持下,正砥砺前行,节能互联。在今后发展过程中需要注意以下三点:第一,短期内需要尽量避免过度投入、重复建设及低价竞争;第二,今后各种类型的物联网技术都会涌现,建筑内各种能耗系统的硬件需要深入融合到位,真正做到万物互联;第三,后期系统维护工作量巨大,不仅仅是各种传感器、各种软件和平台的维护升级,相应的运维人员数量和质量也需要得到保障。(文/董宏伟,中国电子商务专家服务中心行业专家) 
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