智能建筑中楼宇自动化的设计及其应用

　随着智能技术的兴起，各类工程对其的使用都取得了良好的效果，智能建筑通过对各项先进技术的使用，为住户提供更加舒适方便的居住环境，结合我国建筑业的状况来看，智能建筑是新时期建筑业发展的总方向，未来建筑势必要向智能化发展，这将是一个新的发展趋势，其节能理念与时代的发展相互呼应，使系统更加完善，实现资源的合理有效配置，与我国可持续发展战略统一。
1　楼宇自动化系统设计
1.1　设计内容
楼宇自动化是智能建筑中至关重要的构成，其包含的各项设计涵盖了整个楼宇设计自动化的全部内容，包含了对整栋建筑的全部服务环节，其中主要有六个基础方面。第一，对整个大楼空调机组进行调节，使大楼内的整体空调机制良好运行；第二，对整个大楼的通风设备进行管控，使整个大楼拥有良好的通风，提高舒适度；第三，对整个大楼冷冻机设备进行监控，使人们的生活更加便捷；第四，对整个大楼配电设备进行管理，满足住户的用电需求；第五，对整个大楼照明系统进行合理的控制，一方面为用户提供光照，另一方面实现节能环保；第六，对整个大楼排水系统进行科学的管控，满足住户的日常供给需求。通过对以上内容进行设计能够实现整个大楼的自动化，进而使智能建筑具有更加完善的服务功能。
1.2　设计系统的构成
除了以上所述的基础内容外，还具有其他的自动化控制的内容。首先是火灾报警机制，大楼内若发生火灾则会触动自动报警装置，其会闭合风机的开关，防止火苗蔓延，与此同时，发出警报提醒人员，进而保证住户的安全；其次是安保控制系统，在设计安保系统时，通常将红外线和感应装置结合，对住户和外来人员的身份进行核实，进而防止不法分子进入大楼造成事件；再次是停车场自动化控制，通过先进的技术实现车牌自动识别、收费自动化和监控自动化等，使停车场得到有效的控制，提高停车场的安全系数；最后是电梯自动化，此系统能够使电梯的管理更加便捷，其中最重要的是监控自动化装置，这为住户的人身安全提供重要的保障。在对大楼进行自动化设计之前，要对大楼的功能和其周边的环境进行全方位的调查，通过全面细致地分析制定相应的设计准则，进而使自动化控制满足整个大楼的需求，使大楼的自动管理机制得到最大限度的提升。
1.3　能源管理和控制设计
1.3.1　建筑节能
人们对节能减排的重视度逐步提高，建筑节能成为社会关注的焦点，人们除了注重建筑在建造期间的节能，更加注重建筑在投入使用后的节能，节能作为一个长久的话题在建筑的使用中是经久不衰的。大量数据显示，目前建筑行业对节能工作的落实度亟待提高，与国外发达国家相比，我国建筑节能的效率需要大幅度提高，因此，要在自动化设计中融入节能的理念，以发达国家为标准，首先要做到与其不相上下，进而赶超，具体节能设计技术如下。
在进行节能设计时，通过对建筑构建的结构、使用能源的相关设备进行充分的分析，进而设计出科学合理的自动化控制管理系统，对整个大楼的能源进行合理的分配和节约，进而实现科学有效的节能设计。首先，设计人员不能局限于设计本身，要通过对整个建筑的整体构造、建筑所使用的材料和建筑本身的功能来进行整体全面的分析，进而使节能设计更具实践性和可行性。其次，明确节能设计的针对目标，通过长期的实践总结出，建筑节能重点有采暖、照明和空调这三项内容，针对这三项内容进行具体的节能控制设计来实现建筑节能。（1）在对采暖进行设计时，要对建筑材料的材质进行分析，结合其材料的传热度和导热性来建立供暖系统和控制系统，使自动化控制设计更加节能。（2）在对照明设备进行节能设计时，可以采用新型LED 光源代替卤素灯、节能灯等传统光源。调光系统的引入，可以合理控制灯具启动与关闭、调节亮度的明暗程度，大大降低了灯具的功耗，从而实现节能。（3）在对空调系统进行设计时，应保证冷气装置的安全系数足够高，将供暖和冷气结合在一起进而实现经济节能。最后，在节能设计中一定要重视控制系统的设计，在确保节能的基础上实现节能自动化，减少人工控制，避免因工作人员疏忽而导致能源浪费。如青浦富绅中心，在其采暖系统和空调系统具体设计中以建筑格局为基准，对围栏和护栏进行合理建造，营造出清洁的室内环境，使用采暖系统设计方案，使室内温度达到标准要求，进而达到节能功效。在夏季使温度保持在25 ～ 27 ℃，根据统计与分析，这一时期所产生的冷负荷能降低17% ～ 21%。
1.3.2　能源综合管理
对各项设备进行节能自动化设计来实现建筑节能，在此之前还应建立能源综合管理系统，能源综合管理系统能够对其所包含的各项内容进行综合的控制，对各项能源进行综合管理，这是建筑节能设计的前提。在设计的过程中，应全面关注能源管理的标准，通过对建筑的方向、建筑结构、使用材质和各项设施的结构等进行全面分析，进而设计出综合全面的能源管理机制，在其中要包含能源消耗各个方面和环节，结合各项材料和数据对各个消耗方面进行科学合理的控制，进而实现能源节约的战略目标，进而从根本上实现自动化管控，使节能贯穿于整个大楼运行的始终。例如，整座酒店全部采用MR16 LED 光源灯具，代替传统的MR16 卤素灯灯具，调光系统采用0 ～ 10 V 模拟信号。5W MR16 光源发光量等同于60 W 传统卤素灯，一年省电量=（60-5）×24×365 ≈ 482 kW/h，全酒店该光源约6 000 套，年节电量=482×6 000=2 892 000 kW/h，经济效益可观。根据成本统计，约5 年即可通过节能收回投资成本。
在能源综合管理中有一个重要的部分，即能源设备管理，设备作为能源输送的媒介，对其进行科学的控制能够使建筑节能起到事半功倍的效果，除此之外，对各个能源设备进行管理还能够提高工作人员的工作效率，使自动化贯穿于整个能源管理之中，进而创造出一个良好的工作氛围，构建出一个优异的日常生活环境，使各个能源设备达到节能消耗的标准规定，在具体的能源设备管理控制系统中主要有分散控制和集中管理，除此之外，还应建立开放式控制系统，使整个系统得到合理的监控，使用先进的信息技术来建立网络信息库，使各项信息得到充分的共享，进而实现能源的综合控制和管理。
2　智能建筑应用
2.1　实用功能在智能建筑中的应用
昆山托尼洛·兰博基尼是一座五星级酒店，该酒店地上5 ～ 16 层是客房，停车场位于地下1、2 层，地面1 层是酒店大堂和酒吧，2 层是日本料理和西餐厅，3 层是多功能会议厅和宴会厅，4 层是中餐厅和泳池。整栋建筑的面积大约为5.2万平方米。根据建筑功能来看，此酒店具有住宿、生活娱乐、商务办公和日常饮食等各种功能，此建筑已全面实行自动化控制，拥有完善的自动化管理系统。其中具体包括楼宇自动化机制、火灾报警机制、自动化控制机制、安保系统、广播系统、空调系统、照明系统和排水系统等。
此建筑在进行自动化设计时使用的是BAS 系统，通过对该系统的应用使建筑内的各项设施都能够得到有效的控制，进而使其中的各个设备有条不紊地运行，不仅极大节约人力资源，而且对能源的消耗也有着显著的控制效果，明显降低建筑的运营成本。通过各方面的调查可以得知，BAS 系统具有十分高的性价比，在对建筑进行自动化管理和控制时通常使用的是S-600 系统，该系统能够对建筑内的各项系统进行全面的管控，进而满足该建筑对各个方面的运行要求，促进建筑安全稳定运行。
2.2　自动控制系统设计原理
在对该酒店相应的自动控制机制进行设计时要构建一个中央站来对系统内的各项系统进行分类管理，使其能够高效率运行，根据相关设计图纸来建设各类工作站，使各个系统能够满足建筑的控制需求，对各个系统运行中的情况进行实时监督与有效的控制，使整个建筑内各个系统高效运行，进而使系统间协调运作，使建筑的管理更加便捷，具体情况如图1 所示。

图1　智能建筑自动化控制
酒店的智能控制主要是由硬件和软件构成的，通过硬件来实现对整个建筑的静态控制，通过软件来实现对整个建筑的动态控制，动静结合使整个大楼实现自动化管理，促进建筑高效率运行，实现建筑节能的目标。
2.2.1　硬件设计
硬件是酒店智能系统运行的基础，也是自动化设计的重中之重，具体表现为传输网络和用电设备等方面。首先，BAS 具备建筑运行的基础条件，其处理器主要为中央处理，在其间分布着众多的DDC，通过中央处理器来对各个传感器、控制器和相应的传输途径进行高效的监控，若处理器发现设备在运行的过程中出现故障，处理器会在第一时间发出预警信号，与此同时，还会生成相应的故障报告和维护记录；其次，在选取传输网信号时，通常选取标准输入信号，此信号能够抵抗外部环境的干扰，进而使DAS 和DDC 能够实现内部信息的交换和传输，值得一提的是，DDC 还可对其进行相应的检测，这样一来若中央处理器发出的信息存在误差，其能对其进行检测与过滤，防止出现操作错误信息的情况，进而使整个系统更加安全稳定；最后，在设计电源装置时，要确保对其进行不间断设置，使其能够对建筑进行连续的供电，使建筑内的各个系统能够正常运行。
在BAS 控制中心对其进行相应的设置，以供电的时间作为标准，使建筑的供电总量超过800 VA，该建筑所需使用的连续电源为AC 220 V（±11%）、50 Hz（±5%），其中央处理器由电池组、充电设备、逆变器和自动转换电路构成。当建筑出现断电情况，该系统则会自动使用应急电源，使建筑实现连续供电，在其中进行安全设置确保设备完好无损。
调光系统往往拥有自己的控制工作站和控制终端，通过综合布线系统自成一套独立的系统。数据通过TCP/IP 协议传输到控制终端，可控制灯具输出0%、25%、50%、75%、100%，分别对应关闭至常亮各种常用状态，从而达到照明效果并节约能耗。
2.2.2　软件设计
软件的设计能够使整个系统的控制实现自动化，使建筑的管理更加便捷，设计内容如图2 所示。

图2　智能建筑自动化软件设计
在昆山托尼洛·兰博基尼酒店智能建筑的设计中，对其系统进行中文翻译，使工作人员能够快速掌握控制要领，实现对楼宇各方面的控制操作，对建筑的环境进行高效的监控，对以往控制信息进行储存，在一定程度上对整个控制系统进行风险评估，进而实现对建筑的全面管理，使建筑内各项机制能够安全运行，确保大楼内用户的各项需求得到满足。在DDC 的控制下，对该建筑内的排风系统、采暖系统和空调系统进行全方位的控制，使其能够高效运转，在不同时期对其进行不同的调节，设置出满足建筑运营的自动化规范标准，在运营中不断改善，使其更好服务于用户，构建优异的控制机制。
低压电力线载波通信能够传输各项数据，具有传输范围广、运行方便、投资成本低等优势，在楼宇自动化中的应用十分广泛。在此楼宇中选择的通信技术是现场总线控制网络技术，即LonWorks 控制技术。在设计时选取电力智能芯片作为该系统的核心，将发射器处理核心和电力收发器结合，使该节点网络和低压电力的功能更加完善，具体如图3 所示。

图3　智能收发器结构
在对智能节点进行设计时使用的是温度传感器，通过C语言进行编程，在其中增加了一些特定的楼宇内部自动化函数，进而为总线控制做出良好的对象集合，对此建立良好的外部环境，除此之外，还能够对其内部进行检查。通过C 语言联系各个节点，进而形成共享数据，构成一个完整的网络控制系统。
在使用前通过模拟网组对控制系统进行测试，通过系统程序对各个节点进行监控，通过温度、湿度、亮度等传感器来传输节点所接收到的信息，进而对其状态进行检测，确保其稳定性。除此之外，还要对模拟网组与各个节点进行相应的测试，确保其能够在楼宇自动化中取得良好的控制效果。
3　结　语
通过对建筑进行自动化设计能够使建筑更好运行，对其功能进行良好的分析，结合实际情况来实现其自动化控制，使其高效运行。在其中一定要注意节能环保，使智能建筑的节能功能发挥到最大，在照明系统中充分体现出自动化设计的优越性，在不断创新中使自动化设计更加全面具体，为人们提供更加优质的服务，促进建筑业不断进步，使我国自动化技术向着国际水平不断迈进，进而实现中华民族的伟大复兴。