IBMS在現(xiàn)代有機建筑中應(yīng)用分析

所謂的有機建筑是指適應(yīng)環(huán)境的自然建筑，是其基地環(huán)境的產(chǎn)物,，建筑的形成,、構(gòu)成及其與之有關(guān)的任何問題的解決，都根據(jù)其內(nèi)在因素來思考,，力求與環(huán)境融為一體,，甚至成為環(huán)境的一部分。它屬于現(xiàn)代建筑運動中的一個派別,，其代表人物是美國的著名建筑師F.L.萊特,。

目前，隨著現(xiàn)代化建筑技術(shù),、控制技術(shù),、計算機技術(shù)以及通信技術(shù)等的迅猛發(fā)展,，產(chǎn)生了一個新的學科領(lǐng)域,，即智能建筑技術(shù)。當前,，對這項技術(shù)的研究越來越廣泛和深入,，其應(yīng)用也越來越廣。其中IBMS系統(tǒng)是建筑智能化系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,，本文將結(jié)合已有研究對現(xiàn)代有機建筑中的IBMS應(yīng)用進行分析,。

1 有關(guān)IBMS的概述

所謂的BMS全稱Intelligent Building Management System，中文名叫智能化集成系統(tǒng),，是指在BAS的基礎(chǔ)上更進一步的與通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)更高一層的建筑集成管理系統(tǒng)。是通過中央的計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對樓宇內(nèi)的變配電,、換熱站,、中央冷凍站、空調(diào)機組,、電梯,、照明,、變排風機組、安防系統(tǒng)等機電設(shè)備和區(qū)域進行分散控制和集中檢測,、管理的綜合性監(jiān)控系統(tǒng),。能夠?qū)怯顑?nèi)的設(shè)備進行自動監(jiān)視、自動操作及自動調(diào)節(jié),，以適應(yīng)樓宇內(nèi)部環(huán)境的不斷變化,，當這些設(shè)備出現(xiàn)問題時能自動報警，并且能記錄設(shè)備變化的趨勢,，對設(shè)備的操作和維修提供極大的便利,，從而能提高管理水平，極大地節(jié)約了能源和人工成本,?？偟脕碚f，IBMS系統(tǒng)的優(yōu)勢有以下幾點,。

1.1 節(jié)約水,、電能耗

IBMS系統(tǒng)利用計算機系統(tǒng)對樓宇內(nèi)的給排水系統(tǒng)等設(shè)備進行集中監(jiān)測和控制，對樓內(nèi)的用水進行統(tǒng)一管理和調(diào)配,，合理地提高水資源的利用率及循環(huán)使用率,，減少市政的供水量以及污水排放量，從而有效地達到節(jié)約水資源消耗的目的,。

同樣地,，IBMS系統(tǒng)對樓宇內(nèi)的機電設(shè)備也是通過計算機系統(tǒng)進行監(jiān)視和管理，對大樓內(nèi)的設(shè)備用電情況進行統(tǒng)一調(diào)配,，從而盡量實現(xiàn)建筑用電負荷的最小化,，最大限度地減少電能消耗，以避免不必要的電能浪費,。通常情況下,，建筑采用IBMS系統(tǒng)可以減少15%～20%的電能消耗。

1.2 節(jié)省人工成本

因為IBMS系統(tǒng)對樓宇內(nèi)的設(shè)備采用計算機系統(tǒng)進行集中控制,，因此,，使用時可以減少大量的設(shè)備操作人員和維護人員，并因為自控系統(tǒng)能對設(shè)備變化趨勢進行記錄,，出現(xiàn)問題時自動報警,，從而能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備出現(xiàn)的問題。如果建筑物沒有采用IBMS系統(tǒng),，則設(shè)備的運行,、維護以及保養(yǎng)都需要通過人工操作來完成，這就要求配備大量的人員,。因此,，建筑物采用IBMS系統(tǒng),，上述工作均可由預(yù)先設(shè)計的程序來自動完成，可以減少大約65%的設(shè)備操作和維護人員,，大量地減少了人員配備,，不僅減少了人工成本，還可以避免由于人員眾多而引起的一系列管理問題,。

1.3 延長設(shè)備的使用年限

建筑物采用IBMS系統(tǒng)后,，各項設(shè)備的運行情況都處在計算機系統(tǒng)的完全監(jiān)控之下，IBMS系統(tǒng)不但能提供設(shè)備運行趨勢的完整變化記錄,，還能定期打印設(shè)備的保養(yǎng),、維護等的通知單，提醒維護人員對設(shè)備進行及時保養(yǎng),，從而可以有效延長各項設(shè)備的使用壽命,，降低運行費用。

1.4 有效保證建筑及人員安全

建筑物采用IBMS系統(tǒng)除了上面的優(yōu)點之外,，還因其將建筑物內(nèi)的安防系統(tǒng)和停車管理系統(tǒng)等進行統(tǒng)一管理,，并同消防報警系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)，不但有效提高了建筑物的管理水平及管理效率,，減少了各個環(huán)節(jié),、部門之間的協(xié)調(diào)，還有效保證了建筑及建筑物內(nèi)人員的安全,。

2 現(xiàn)代有機建筑中IBMS系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)

現(xiàn)代有機建筑中的IBMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要分為集散式和現(xiàn)場總線式這兩種,。所謂的集散式即DCS(Distributed Control System)，它是通過兩層網(wǎng)絡(luò)對三個層級的設(shè)備進行控制的一種結(jié)構(gòu)形式,，具有集中管理,、分散控制的特征，這種結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用較為普及,。系統(tǒng)中央管理工作站是集散式控制結(jié)構(gòu)的核心,，它主要包括中央管理工作站,、網(wǎng)絡(luò)總線,、現(xiàn)場控制器(包括人機交互平臺和控制處理中心)、傳感器,、變送器以及電動執(zhí)行機構(gòu)等多個部分,。

而現(xiàn)場總線式即FCS(Fidlebus Control System)，是指將有機建筑中的現(xiàn)場受控設(shè)備的儀器,、儀表,、現(xiàn)場總線及控制計算機這三部分組成的一種現(xiàn)場總線控制的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)場總線控制技術(shù)是它的核心,，其特點為實時,、便捷,、穩(wěn)定、價格低廉等等,，能彌補集散式的不足,。當前主流的IBMS系統(tǒng)大部分采用這種結(jié)構(gòu)形式。

3 現(xiàn)代有機建筑中的設(shè)備監(jiān)控

根據(jù)現(xiàn)代有機建筑的特點,，與傳統(tǒng)的監(jiān)控范圍相結(jié)合,，現(xiàn)代有機建筑中IBMS系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容應(yīng)包括電氣系統(tǒng)、空調(diào)與通風系統(tǒng),、給排水系統(tǒng)等的監(jiān)控,，具體情況有以下幾點。

3.1 電氣系統(tǒng)監(jiān)控

3.1.1 變配電系統(tǒng)的監(jiān)控

IBMS系統(tǒng)中對變配電系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容主要有：

1)對變配電系統(tǒng)運行時的參數(shù)進行實時監(jiān)測,；

2)對變配電系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備進行實時監(jiān)測,，若發(fā)現(xiàn)異常自動發(fā)出警報，并顯示發(fā)生異常的位置及參數(shù),；

3)對樓內(nèi)的所有用電設(shè)備的用電量進行統(tǒng)計,，進行電費的計算和管理，并通過對用電量的時間與區(qū)域分布進行分析繪制樓內(nèi)的用電負荷曲線圖,；

4)建立管理電氣設(shè)備檢修與保養(yǎng)記錄的設(shè)備檔案,。根據(jù)變配電系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容可以得知其應(yīng)監(jiān)測的參數(shù)如下：進線的開關(guān)狀態(tài)、電壓,、電流,、功率因素、跳閘報警,；主要出現(xiàn)的電流,、電量、電壓,、功率因素,；母聯(lián)開關(guān)的狀態(tài)及故障信號；柴油發(fā)電機的電流,、電壓,、開關(guān)狀態(tài)、運行狀態(tài),、故障報警等等,。

3.1.2 照明系統(tǒng)的監(jiān)控

照明監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的主要內(nèi)容有公共區(qū)域的照明、室外的泛光照明,，監(jiān)控各個照明回路的運行狀態(tài)等等,，系統(tǒng)每天按照預(yù)先的時間程序進行照明系統(tǒng)的開關(guān)控制，但對建筑內(nèi)部的房間以及辦公室等的照明不作監(jiān)控。

3.1.3 電梯系統(tǒng)的監(jiān)控

由于電梯系統(tǒng)大多是由電梯廠家設(shè)計的獨立的控制系統(tǒng),，因此IBMS系統(tǒng)對于電梯系統(tǒng)只進行監(jiān)視不作任何控制,，電梯系統(tǒng)須通過標準接口和網(wǎng)關(guān)將有關(guān)電梯的運行狀態(tài)、故障警報,、開列歷史記錄以及維護和保養(yǎng)清單等內(nèi)容傳至IBMS系統(tǒng),。

3.2 空調(diào)與通風系統(tǒng)的監(jiān)控

3.2.1 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)的監(jiān)控

對空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控包括空調(diào)冷源系統(tǒng)監(jiān)控和空調(diào)熱源系統(tǒng)監(jiān)控?？照{(diào)冷源系統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)根據(jù)其所監(jiān)測到的參數(shù)計算整棟建筑物的空調(diào)負荷,，以此對空調(diào)冷凍機組進行群控，其監(jiān)控的主要內(nèi)容有：對冷水機組的進水口和出水口的冷凍水溫度進行檢測,；對集水器和分水器的供水溫度進行測量,；對冷凍水的供回水流量和溫度進行檢測；對分水器和集水器的壓力壓差進行測量等,。

空調(diào)熱源系統(tǒng)監(jiān)控的主要內(nèi)容有：監(jiān)控板式換熱器及水泵狀態(tài)的運行狀態(tài)和故障報警,；對集水器進出口的熱水溫度進行測量；控制熱水循環(huán)泵的交替運行,；對水流開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)控,；對測量參數(shù)的實時顯示并轉(zhuǎn)換成動態(tài)圖像等。

3.2.2 空調(diào)新風系統(tǒng)監(jiān)控

IBMS系統(tǒng)對本系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容有：對空調(diào)新風和傳感器各項參數(shù)的監(jiān)控,；對過濾網(wǎng)兩側(cè)壓差的監(jiān)測,、對送風機的運行狀態(tài)及故障進行監(jiān)測；對送風機啟停開關(guān)進行控制,；對新風門的開度進行控制,；對循環(huán)水管道冷/熱水閥門開度進行調(diào)節(jié)；對送風風速進行檢測等等,。

3.3 送排風系統(tǒng)監(jiān)控

本系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容主要有:對送排風系統(tǒng)的手動/自動狀態(tài),、運行狀態(tài)以及故障報警等的監(jiān)測；對送排風機的開關(guān)控制,；對送排風機的風速的監(jiān)測,；對測量參數(shù)進行動態(tài)實時顯示并轉(zhuǎn)化為動態(tài)圖像。

3.4 給排水系統(tǒng)監(jiān)控

本系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容主要有:監(jiān)測系統(tǒng)水流狀態(tài),；監(jiān)測潛污泵,、中水泵、生活水泵等的運行狀態(tài),、故障報警及手動/自動狀態(tài),，并控制其啟停,；對集水坑的高,、低和報警液位進行監(jiān)測；監(jiān)測水泵的運行時間,；監(jiān)測屋頂水箱,、生活水池和水箱,、中水水箱以及消防水池的高、中,、低水位,；泵故障時自動投切備用泵等等。

3.5 監(jiān)測建筑表面的溫度

其監(jiān)控的內(nèi)容主要是保溫墻體的內(nèi)表面和外表面的溫度,、種植屋面的內(nèi)表面和外表面的溫度,、非種植屋面的內(nèi)表面和外表面的溫度、節(jié)能窗玻璃的內(nèi)表面和外表面的溫度,、節(jié)能窗窗框的內(nèi)表面和外表面的溫度等等,。

4 現(xiàn)代有機建筑的IBMS系統(tǒng)的節(jié)能控制方案

因為不同建筑物的室內(nèi)外環(huán)境及設(shè)備的使用情況有所不同，所以IBMS系統(tǒng)的控制策略應(yīng)從節(jié)能以及舒適的角度出發(fā),，根據(jù)樓宇內(nèi)機電設(shè)備之間存在的內(nèi)在聯(lián)系,，實現(xiàn)對整個樓宇系統(tǒng)的連鎖控制。并應(yīng)根據(jù)從各個計量系統(tǒng)取得的能耗數(shù)據(jù)進行分析和處理,，以此來制定設(shè)備維護計劃,，優(yōu)化系統(tǒng)控制的參數(shù)，從而實現(xiàn)在機電設(shè)備正常及穩(wěn)定運行的前提下,，實現(xiàn)最大可能地節(jié)省能源,，從而降低其運行及維護的成本。

4.1 提高建筑物室內(nèi)溫度和濕度控制的精度

沒有采用IBMS系統(tǒng)的建筑,，往往會出現(xiàn)夏季建筑物室內(nèi)溫度過低,，冬季室內(nèi)溫度過高的現(xiàn)象，這不僅造成對能源的浪費,，對于人體的健康也是非常不利的,。而采用IBMS系統(tǒng)的建筑可以按照預(yù)先的設(shè)定對室內(nèi)的溫度和濕度進行自動調(diào)節(jié)，還能根據(jù)室外溫度及濕度的實時變化和四季變幻等來改變其室內(nèi)的溫度及濕度的設(shè)定,。進而滿足人們對室內(nèi)溫度及濕度的需求,，更充分地發(fā)揮空調(diào)應(yīng)有的功能?？照{(diào)系統(tǒng)溫度和濕度控制的精度越高,，人體的舒適性就越好，更重要的是還能節(jié)省能源消耗,，一舉多得,。

4.2 新風量控制

我國地處北半球的中緯度地區(qū)，大部分地區(qū)夏季高溫多雨,，冬季寒冷而干燥,，春季和秋季短促，因此，應(yīng)在適當條件下大量使用新風,，以實現(xiàn)既不犧牲舒適性還能節(jié)省能源消耗的目的,。

建筑物內(nèi)每人都應(yīng)有一定的新風量才能滿足衛(wèi)生要求，然而,，新風量獲取過多會增加能源消耗,。因此應(yīng)在滿足室內(nèi)衛(wèi)生要求的基礎(chǔ)上控制新風量，其節(jié)能效果很是顯著,，具體措施有以下幾種：

1)根據(jù)室內(nèi)允許的二氧化碳的濃度來確定新風量,。就是根據(jù)室內(nèi)或者回風中二氧化碳的濃度，對新風量進行自動調(diào)節(jié),，從而確保室內(nèi)空氣的新鮮度,；

2)通過在房間安裝壓力傳感器，據(jù)此來控制房間的正壓(一般為50～100 kPa),，防止外界環(huán)境中的空氣進入室內(nèi),，保持房間的潔凈度，保持系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性,。

4.3 春季和秋季過渡控制模式

這種模式以室外的日平均氣溫或氣候狀況作為判斷依據(jù)來進行人工切換,。這個時候，冷凍站和換熱站的運行已經(jīng)停止,，是通過將外部空氣和室內(nèi)空氣進行混合來對室內(nèi)的溫度進行調(diào)節(jié),，以此來達到節(jié)約能源消耗的目的。比如,，秋季過渡控制模式就是采用夜間吹掃的方式,，將室外的涼爽空氣帶入房間以凈化室內(nèi)空氣，并且散發(fā)房間余熱,。

5 結(jié)束語

IBMS系統(tǒng)是現(xiàn)代有機建筑的重要組成部分,，它的設(shè)計涉及建筑設(shè)計、工程技術(shù),、計算機技術(shù),、管理等多個領(lǐng)域的專業(yè)知識，且各個方面都是獨立的知識結(jié)構(gòu)體系,。IBMS系統(tǒng)在現(xiàn)代有機建筑的應(yīng)用,，不僅能對建筑物中的各種機電設(shè)備進行實時監(jiān)控，提高控制的精度,，還能降低人工成本和能源消耗,，確保建筑物的安全運轉(zhuǎn)，為人們營造一個安全,、舒適,、高效及節(jié)能的環(huán)境,。

目前，國內(nèi)有關(guān)現(xiàn)代有機建筑的研究較少,，通過有機建筑標識認證的項目寥寥無幾,，其市場發(fā)展的潛力大,。在當前社會大力提倡低碳環(huán)保和節(jié)能減排的大背景下,，IBMS系統(tǒng)在現(xiàn)代有機建筑中的應(yīng)用將越大越廣，其發(fā)展前景不容小覷,。