一、物聯網+建筑節能的基本情況
建筑節能涉及領域比較多,可謂量大面廣,具體是指在各類建筑物的前期的規劃設計、中期的建設(改建、擴建)及改造、后期的使用和運維環節中,按照國際國家相應的節能標準,運用節能降耗的相關體制、工藝、技術、設備、產品和材料,提升建筑的隔熱保溫性能,提高建筑的供熱、制冷、制熱系統的效率,并最大限度利用可再生清潔能源,在保證環境能量質量的基礎上,減少建筑的照明、機電、制冷、制熱及供熱系統的能耗,不斷提升建筑能耗系統的具體運維水平,具體包括建筑圍護結構節能(節能建筑設計、墻體保溫及隔熱等)、建筑能源供給系統節能(熱、冷、電、水等)、建筑機電設備系統節能(暖通空調、給排水、照明、電梯電氣等)、新能源及可再生能源(太陽能、風能、污水源熱能、地熱能等)。
物聯網在我國認知早、起步快、發展迅速,目前我國已經成為國際物聯網標準研究和制定的重要力量。在節能減排應用方面,物聯網技術比其他傳統技術具有感知范圍更加廣泛、數據采集更加精準、預警模型更加科學、適時監控更加及時、控制手段更加靈活、數據挖掘更加深入等特點。
據世界銀行2016年的測算,中國最大的節能潛力將會是在建筑節能領域,通過有效的能效管理,可節約40%以上的能源成本。2030年之前建筑節能將貢獻中國節能總額70%-80%。目前中國建筑節能是產業扶持力度大、市場需求旺盛、行業估值溢價高。目前中國有500億平米的建筑面積,80%以上沒有進行節能改造,如果把其中的1/4---1/3進行物聯網+節能改造,再加上每年的新建建筑的節能需求,那就是萬億級以上的巨大能源管理和節能服務市場,目前建筑節能服務市場還在以每年20%以上的速度增長。另外,隨著國家一帶一路戰略的深入,我們了解到沿線很多國家對物聯網+建筑節能也都很大的需求。
二、物聯網+建筑節能的影響因素
物聯網+建筑節能的應用主要體現在建筑的結構節能、自身節能、設備節能、技術節能、管理節能等五大領域:建筑的結構節能是通過產業定位、區域規劃來實現節能;自身節能通過建筑朝向、幕墻設計等措施來實現節能;設備節能是通過集成方案科學采購及使用照明、空調、電梯等機電設備來實現;技術節能是采用相應的節能技術、工藝和流程來實現;管理節能主要是通過優化管理方式、控制耗能行為等實現。
1.在國家的產業發展和政策引導方面
目前我國基本形成政府搭臺和推動、建筑業主積極參與、節能服務企業市場運作的市場化格局。近年來國家不斷頒布各類的節能標準和法令,提供相應的節能補貼或稅收優惠等方式,初步形成建筑節能良好的法制和經濟環境;建筑業主出于政府要求(節能標準和法令)和自身需求(節能降耗、降低成本),深入執行節能標準和法令,形成巨大的節能服務需求,所以形成了空間巨大的建筑節能服務市場;各類節能服務企業依靠自身專業能源管理和節能服務,協助建筑業主實現能源管理和節能目標,雙方分享節能收益。
2.在物聯網應用技術方面
主要包括全面感知、可靠傳輸和智能處理等三大環節,目前隨著運營商的介入積極推動、平臺軟件的技術升級換代、基礎感知網絡技術的不斷成熟并簡化操作、用戶操作終端的普及及簡易應用,物聯網在建筑節能領域的應用技術日臻成熟。
3.在建筑業主節能需求方面
隨著國家對節能減排持續保持高壓態勢、建筑業主自身運營成本的增加、建筑用戶對于居住和辦公舒適程度的要求不斷提升,各類建筑業主對于節能服務需求越來大,需要節能服務公司提供整體評估、專項診斷、頂層設計、分步實施和綜合管理等方面的服務。
4.在節能服務企業模式創新和項目運作方面
傳統的節能服務模式是建筑業主多頭對接設計院、土建、設備供應商、安裝公司、監理公司、運維單位等單位,工作責任多頭,沒有一家對全系統負責;同時由于基于傳統模式,各業務流程獨立,也無人為能源系統運維買單。
筆者認為建筑節能是個復雜的系統工程,需要用工程系統學的觀點來進行全局規劃和系統部署,充分考慮建筑內部的各類用能系統互相影響和牽制(如空調系統安裝部署會影響到照明系統,同時也會受建筑維護結構的影響;空調系統中主機節能和冷卻水節能也是互相制約的),所以建筑節能工作需要提前規劃、整體設計和統籌兼顧,保障建筑總能耗有效降低。
基于物聯網+建筑節能的運作模式是基于全生命周期的全方位能源管理,是通過和建筑業主協商,業主將相關節能項目交于節能服務公司來整體運營,整體負責投資、規劃、設計、建造、運營維護、能源需求評估等工作環節,通過控制節能、設備節能、工藝節能和管理節能等途徑,用系統管理方法和工具降低建筑能源消耗,并在線監控建筑內各區域能耗情況,對能耗數據進行統計并分析能耗特點,提供定制化節能服務方案,不斷優化系統運營模式。
三、物聯網+建筑節能的應用情況
我國的各類建筑具有設計建設周期長、涉及面廣等特點,是區域經濟和文化的綜合載體,在為人們提供舒適生活、愉快工作和文化藝術體驗的基礎上,應充分運用物聯網技術,加強在建筑規劃、設計、采購、施工、運維等環節中的節能環保新技術、新材料及綠色金融的運用,全力保障建筑節能上下游產業一體化、資源配置精準化、建設過程精益化、建筑產品智慧化,真正實現節能和環保、綠色和低碳、美觀和實用的有機融合。
物聯網+建筑節能領域里的應用體現在:第一步,智能建筑需要部署種類多、數量大的傳感器,包括溫度、濕度、光照、VOCs、CO2、PM2.5、甲醛等,通過這些傳感器之間的互聯互通,顯著提升樓宇自動感知能力;第二步,隨著建筑中各種設備和傳感器數量的增加,各種數據經過可靠傳輸從而實現互聯互通之后,運用物聯網相關軟硬件對這些數據進行收集、整理和深入挖掘,結合云存儲和云計算等技術,分析比對同類型建筑的能源消耗情況,從而形成各類建筑及能耗系統的能耗標準,進一步提升建筑的智能程度和節能效果。
1.針對建筑本身和專項服務
如基于物聯網的建筑自控系統可以把整個建筑里面的各個子系統有機整合起來,兼顧各個子系統和整體系統,基于實際能耗系統建立能效仿真模型,通過實時尋優運算,獲得當前的最優化運行策略,并將控制指令下發控制系統,最快速幫助業主在能源管理體系框架內,全面實現自身能源管理的信息化、流程化、可視化和可操作性;另外可以通過遠程節能監控平臺,在任何地方通過互聯網訪問節能系統,實時掌握建筑能源系統實時能耗,監測室外實時氣溫,記錄并形成環境溫濕度、系統設備流量、功率時間曲線,記錄并形成系統和主機的供給、輸送能效時間曲線,進行節能智能分析和決策。特別是對于中央空調系統、照明系統和機電系統這三個能耗大戶,可以通過物聯網技術進行有效的管理和控制,按需使用,既提升建筑內管理和工作人員的使用舒適性,同時節能效果又非常明顯。
在建筑節能其他的細分領域,物聯網都在逐步深入,如在商業、熱力、電地暖領域都在大力提倡物聯網特別是無線物聯網的深入應用,傳感器形成網絡后,再結合實時監控、仿真分析、智能分析,將為節能、環保提供數據基礎和決策依據,從而實現真正的節能。例如在一個購物中心實現物聯網化,監測購物中心每天的人流進出時間、樓層及區域分布情況,數據信息和室內溫度、照明等數據共享,并據此制定出所有照明、空調設備運行時間及溫度曲線并進行實時修正,可以有效減少購物中心能耗。
2.針對公共事務管理和園區管理
越來越多的物聯網+建筑節能解決方案得以實施,為園區提供智能化節能控制與管理手段,為省、市、縣級能耗監測數據中心提供數據服務及大型耗能建筑的專項分析。這些整體解決方案主要的功能包括:環境監測(通過溫濕度、漏水、塵埃粒子、氣壓、風速、光照、噪音等環境監測傳感器采集數據,設置環境監測告警門限閥值)、智能照明(通過采集的照明數據,進行數據分析,制定照明節能計劃和策略來降低能耗,節能率能達到30%以上)、智能安防(對火警、煙霧,入侵、安全等進行實時監測)、智能計費(采集智能水、電、氣表等表計能耗數據,對能耗進行預付費和后付費進行管理與結算)、暖通空調(根據溫濕度傳感數據調節風機,使室內達到一個適宜工作、學習與生活的環境)、能效管理(通過圖形化報表的方面展現能耗數據,對能耗數據進行同比,環比,下鉆分析等)、遠程控制(通過網絡遠程控制智能設備)等。
四、物聯網+建筑節能的發展趨勢
目前我國的建筑能耗正受到越來越多的關注和重視,建筑節能產業也得到國家產業政策的大力扶持,大量的人才、技術和資金被吸引到建筑節能產業中,根據國內外實踐情況,我國物聯網+建筑節能將呈現出以下的發展趨勢:
第一,更加注重用戶體驗:不管是辦公還是住宅建筑,相關的照明、制冷、制熱、安防、消防、通訊等系統都會產生大量的數據,這些數據經過互聯互通和統計分析,將會挖掘出海量的商業機會,從而形成更加個性化和精準的客戶運營方案,相應的用戶體驗就至關重要。相信在不久之后,在寫字樓里將出現“個性化氣候和照明”,人們可以根據自己的需要來個性化設定溫度和亮度,身邊的氣候探測器將按需來對周圍的溫度和亮度進行調整,如出現多種設置方案,系統將按平均值來進行調整。
第二,更加智慧化和綠色化:各類建筑越來越像一個完整的生態系統,自身擁有全面的感知能力、準確的自我判斷能力以及有效的控制能力,建筑內各個系統將形成合力,耗能和能源管理方面實現綠色化,整體節能效果將得到提升,節能幅度將達到30%-50%。今后居民住宅天然氣表和水表中都可以安裝傳感器,工作人員不需要入戶就能夠讀取天然氣和水的數據;或者某個區域出現降雨后,灑水系統和供水系統自動就不安排給某些場所補水等。
第三,更加專業化和個性化:對節能服務公司而言,將根據聚焦于物聯網+建筑節能的某一細分領域,如專門做智能節能玻璃的、專門做高效節能熱泵、專門做亮度可調節的節能燈泡的、專門做供暖管理方案的、專門做電力管理軟件的,當然也有很多做個性化系統集成的節能服務公司,為園區、樓宇及學校提供能源管理和節能服務的。
五、物聯網+建筑節能發展過程中的注意事項
目前建筑節能在物聯網技術的支持下,正砥礪前行,節能互聯。在今后發展過程中需要注意以下三點:第一,短期內需要盡量避免過度投入、重復建設及低價競爭;第二,今后各種類型的物聯網技術都會涌現,建筑內各種能耗系統的硬件需要深入融合到位,真正做到萬物互聯;第三,后期系統維護工作量巨大,不僅僅是各種傳感器、各種軟件和平臺的維護升級,相應的運維人員數量和質量也需要得到保障。