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生态建筑智能集成控制系统
日期:2009-9-27 21:07:39 点击:
来源:中国工控网
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摘要:“生态建筑能集成控制系统”引进生态平衡的先进理念,为生态建筑示范楼提供一整套包括室内环境调控、建筑节能实时监控系统及家居安全保障及智能化在内的低能耗、高可靠性的智能集成控制系统。
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    生态建筑是实现城市建筑由传统高消耗型发展模式转向高效生态型发展模式的必由之路,是当今世界建筑发展的必然趋势。智能信息技术将在监测、自适应控制、智能决策、集成等方面为城市生态建筑的设计、供能、节能、室内环境的各项技术提供高效、可靠、长效的技术保障,成为生态建筑研究和建设的一项重要技术支撑。
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     生态建筑就是要引进生态平衡的先进理念,通过精妙的总体设计,集成自然通风、自然采光、太阳能利用、地热利用、中水利用、绿色建材和智能控制等高新技术,充分展示人文与建筑、环境及科技的和谐统一。
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     上世纪90年代以后,由于计算机技术、网络技术、通信技术、控制技术的迅速发展,在西方发达国家,一些先进的信息技术被引入到生态建筑的设计中。德国利用太阳能技术和计算机控制技术设计建造了欧洲第一座划时代的全自动旋转式太阳能追踪住宅。屋顶太阳能电池产生的电能仅1.3%被旋转电机消耗掉,而它所获得的太阳能量相当于一般不能转动的2倍。丹麦1992年建成一栋由丹麦KAB咨询所设计的斯科特帕肯低能耗住宅中的一项重要技术措施是利用智能系统对太阳能和常规供热系统进行智能调控,使热水保持恒定温度。此外,欧洲成立了称为INTEGER的促进建筑实现智能化、环保化的非赢利组织。并建成了一套以该组织名字命名的智能型住宅,它坐落在WATFORD市的INTEGER建筑研究开发中心。这座建筑包括了许多鲜明的建筑智能技术:环保、节能材料和设施、集成通讯和智能控制。这些技术把智能型家居住房的概念引入到21世纪。
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     “生态建筑能集成控制系统”是通过自主研发、借鉴国际先进技术、采用上海现有建筑智能和家居智能技术及相关产品三种方式相结合的途径,为生态建筑示范楼提供一整套包括室内环境调控、建筑节能实时监控系统及家居安全保障及智能化在内的低能耗、高可靠性的智能集成控制系统。
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     “生态建筑智能集成控制系统”以传感、通信、计算、软件等信息技术为手段,研制一整套的生态建筑智能集成控制系统,为生态住宅和公共建筑体系的示范楼实现能源管理、节能监控、采光控制、室内空气质量、噪声等生态指标提供成套的、先进的智能集成控制技术。
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     目前,国际和国内,尤其是上海在建筑智能领域已经达到了较高的技术水平。但这些建筑智能化系统还缺乏针对生态建筑的系统设计和研究,“生态建筑智能集成控制系统”从生态建筑室内环境、节能及家居安防、智能家居等方面开展研发。
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     采用具有生态理念的建筑设计方案和绿色环保材料,是建设“生态建筑”的首要的一步。但“生态建筑”在其生命周期内由于使用、管理的不当,或者周边生态环境的恶化,也可能使其难以实现“生态”功能。欧洲智能建筑集团EIBG执行主席Alan Kell认为:设计、建造一座建筑,比管理好建筑要容易。管理是一项长期的工作,也是一项具有挑战性的工作。因此,需要在“生态建筑”的运行和管理中,需要引入可以动态调节建筑室内外环境的技术,也就是智能控制、智能调节、动态监控的技术,来实现“生态建筑”的长期“生态”目标。
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     此外,低能耗是“生态建筑”的重要要求,而现代建筑中的能源管理还处在采用节能设备和人工管理的阶段,因而需要引入先进的控制技术提高建筑中能源的集中管理,提高节能效率。此外,由于提高了中水处理,废水排放,垃圾处理等环保措施的自动化水平,如果不进行集成化的监控和管理,势必增加能耗、提高管理成本,如何利用信息技术对各项环保措施进行综合监控,是使“生态建筑”可以达到更高水平的关键所在。
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     “生态建筑能集成控制系统”分为三个部分:
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     1)室内环境综合调控系统;
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     2)生态建筑节能监控系统;
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     3)家居安全保障及智能家居系统。
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     “生态建筑”的室内居住、工作环境,是一个包含温度、湿度、通风、照明、空气清洁度等各项指标的综合评价系统。室内环境综合调控系统针对“生态建筑”中的室内环境的动态变化对各环境控制器(空调、通风设备、空气净化器、照明设备)进行调节。因为对于室内环境的舒适性,由于其涉及用户主观因素较多,具有很强的个性化特征,并且室内环境的复杂,难以建模,故难以实施有效的监控。但智能控制技术的应用,可以改变这一状况,使得可以建立起满足不同用户需求的室内环境综合调控系统。该系统的主要目标是为用户提供稳定的舒适室内环境,并能够根据用户的喜好进行个性化的设置。
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     室内环境综合调控系统,其基本功能主要包括:
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     1)通过引入模糊建模、多变量最优控制、人工智能专家系统等各种现代建模、控制方法和技术手段,通过计算机来集中控制室内的冷暖空调系统,屋顶通风及照明系统等各种先进的环境监控装置和调节设备,实现对室内各部位的光线、亮度、温度、湿度、风速等的自动调节,以适应不同用户年龄层次和健康状况的要求。
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     2)对室内二氧化碳含量、空气质量、负离子浓度等也进行调节,在室内人工模拟清新的自然气息。
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     3)系统还需要提供环境状况的监控组态,使得用户可以根据自己的喜好定制个性化的环境标准。
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     4)对系统各控制装置进行优化组合,实现系统节能控制。
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     系统的结构如图1所示。其中主要模块的功能如下:
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     1)分布式传感和检测:分布式传感装置用于检测室内各个主要位置的温度、湿度和空气质量数据,然后利用神经网络等软测量技术,准确估计室内的各环境变量。
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     2)分布式环境状况显示:室内每个房间均装有这样的装置,用于显示该房间的环境状况,并显示对该环境状况的评价。
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     3)环境状况和参数组态:环境状况和参数组态是用于集中显示和操控室内各个房间的环境指数,对环境指数进行组态便于用户按照自己的需求进行调解。
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     4)智能控制器:智能控制器是该系统的核心部件,其主要功能是根据用户的设定和检测到的环境参数进行自动的调节,并将调节后的参数送至各个相应的控制装置,实施控制。
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     生态建筑节能监控系统,是一套在空调运行能耗模型的仿真基础上建立的对空调运行进行实时监控的节能监控软件及相应的监控平台。
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     冷热源的运行调控,是动态变化的复杂过程,需要采用包括专家决策系统在内的多种智能技术进行控制策略设计
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     家居安全保障系统是由身份识别系统,安全对讲系统、防盗报警系统、防火救火系统和防煤气泄漏系统、紧急救助系统等组成,该安全保障系统是家庭、住宅小区防范外来侵害和自然灾害的一种最重要的、最有效的手段,它大大提高了居民自身的安全感,业已成为社会治安的一个重要组成部分。
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     ◆身份识别系统
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     采用生物识别技术<如指纹识别、掌形识别、眼底视网膜识别技术)对需要进入住宅的人的身份进行识别。利用人体的生物特征的唯一性和稳定性对被授权者进行识别,并根据识别结果开启相应的联动操作。目前生物识别技术在识别率上已经日臻完美,而高可靠性和完全保密性的特点使得生物识别技术正在迅速地应用的身份识别系统中。
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     ◆安全对讲系统
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     住宅小区物业管理的安全保卫部门通过小区安全对讲管理主机,可以对小区内各住宅楼安全对讲系统的工作情况进行监视。如有住宅楼人口门被非法打开、安全对讲主机或线路出现故障,小区安全对讲管理主机会发出报警信号、显示出报警的内容及地点。小区物业管理部门与住户和住户与住户之间可以用该系统相互进行通话,如物业部门通知住户交各种费用、住户通知物业管理部门对住宅设施进行维修、住户在紧急情况下向小区的管理人员或邻里报警求救等。
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     ◆防盗报警系统
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     防盗报警系统是防止非法侵入的第二道防线。该系统主要用于发现有人非法侵入(如盗窃、抢劫),并向住户和住宅小区物业管理的安全保卫部门发出报警信号。防盗报警系统设备包括小区集中报警控制器、报警控制器、门磁开关、玻璃破碎探测器、红外探测器、红外/微波双鉴器、紧急呼救按钮、报警扬声器、警铃、报警指示灯等。
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     ◆防火救火系统
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     通过设置在厨房的感温探测器、设置在客厅、卧室等的感烟探测器和设置在餐厅的感烟感温复合探测器,监视各个房间内有无火灾的发生。如有火灾发生报警控制器控制报警扬声器(警铃)和报警指示灯发出声光报警信号,通知家人及小区物业管理部门。并打开室内安装的基本救火装置和隔离装置,控制和隔断火源。报警控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况,自动调节感温探测器、感烟探测器和感烟感温复合探测器的灵敏度。
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     小区物业管理的保安人员可以通过小区集中报警控制,对小区内各住户内是否有火灾的发生进行集中监视。
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     ◆防煤气泄漏系统
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     通过设置在厨房的煤气探测器,监视煤气管道、灶具有无煤气泄漏。如有煤气泄漏发生,报警联动控制除了可以控制报警扬声器(警铃)和报警指示灯发出声光报警外,还能立即控制煤气管道上阀门关闭,并开启厨房内的排风机,排出厨房中已泄漏出的煤气。报警控制器将报警情况通知家人及小区物业管理部门。
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     小区物业管理的保安人员可以通过小区集中报警控制,对小区内各住户内是否有煤气泄漏的发生进行集中监视。
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     ◆紧急救助系统
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     当家中有紧急事情发生如生重病、有非法入侵,需要求助时,按紧急按钮,家庭主机即将信号传至控制中心,值班人员接报后即派人赶赴现场处理。
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     紧急救助系统是一个分级联动的系统:
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     1)根据情况紧急程度,选择将求助信号发至控制中心(如非法侵入)还是直接发到紧急处理部门(如医院,消防部门)。
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     2)各个应急部门联动进行紧急救护。
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     上海以“城市让生活更美好”为主题取得2010年世博会的举办权,申博的成功将极大地推动上海市的城市生态化建设。而城市建筑又是城市社会经济发展水平的直观表现和综合标志,同时也是城市可持续发展的关键。因此发展城市生态建筑对于上海树立 “最适合生活”、“最具绿色生态”的国际化大都市形象,营造富有吸引力、亲和力的创业投资环境有积极的推动作用。
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     作为城市中的生态建筑,应当是将国际、国内的各种高科技手段运用其中,以实现节能、环保、可持续发展的生态目标。而计算机辅助设计、仿真、检测、通信、网络、控制、决策等方面的高科技成果和产品,将始终贯穿于生态建筑的设计、选材、施工、评定、运行管理的整个生命周期之中。并且,生态建筑应当在已有的建筑智能化的基础之上,采用更先进的智能化系统,如住宅安防、智能家居、室内环境调控、节能监控等,以使城市生态建筑具有更高效的管理、更高的标准和更现代化的特征。
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生态建筑智能集成控制系统-图
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