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2020OEM機械設計技術研討會云會議
能效管理

智能樓宇助力城市構建智能基礎設施新生態

  2020年05月15日  

  文 I 貝拓明(Thomas Brenner)

  西門子(中國)有限公司執行副總裁

  西門子大中華區智能基礎設施集團總經理

  新冠病毒疫情為城市管理和基礎設施運營帶來了前所未有的挑戰。然而,大數據、人工智能、5G等技術在疫情中的不同應用也讓我們看到了數字化和智能化技術賦予城市管理的巨大潛力,為更多城市數字化應用場景的發展帶來機遇。在中國推進“新基建”的大背景下,人工智能、物聯網等先進技術與基礎設施的深度融合,將大力推進電網、樓宇、交通等領域的轉型升級,從而打造更高效、更具韌性、更宜居的智慧城市。

  樓宇作為城市的核心基礎設施之一,其智能化將是未來智慧城市的重要構成環節。疫情的蔓延讓“宅”生活成為了新常態,不管是在家中陪伴家人,還是積極投身于復工復產,樓宇建筑都為人們筑起了一道安全屏障,提供學習、工作和生活所需的空間環境。因此,大家也期待著看似沉默的樓宇能夠與我們“心有靈犀”,創造更舒適、更安全同時又更節能環保的完美空間。

  那么,如何才能讓建筑“聰明”起來呢?過去,樓宇不具備感知的能力,無從得知人們的活動狀態。今天,隨著樓宇自動化技術、智能基礎設施、云技術,以及人工智能、物聯網和數字化雙胞胎等眾多創新科技的普及和成熟,樓宇將開始擁有“神經”和“大腦”,變得敏銳而智慧。

  真正的智能樓宇應當“以人為本”,更好地服務于人。因此,在樓宇的設計和施工階段,人們可以應用數字化雙胞胎技術捕獲建筑的靜態數據,例如樓板尺寸、房間數量、窗戶、線路、以及所部署的技術設備和建筑材料等,然后用可視化和仿真的方式,設計最佳的疏散路線、空間布局和能耗方案,并提高建筑工程效率。未來,應用數字化雙胞胎技術不僅可以動態調整樓宇功能,以適應不斷變化的用戶需求或天氣情況,智能樓宇甚至還能對火災進行監測與預警。一旦發生險情,智能系統能自行將火災地點、人群聚集、逃生位置等實時信息發送給前往火災現場的消防員,為人們的生命和財產安全保駕護航。

  真正的智能樓宇應當“知學善用”,不僅能夠了解外界環境并與之互動,同時也具有學習和適應的能力。通過部署物聯網設備,樓宇能夠及時捕捉大量數據,以洞悉周圍環境,并主動響應人們的需求,同時通過分析樓宇和設備產生的數據進而提供反饋信息,幫助人們實現科學決策和精細管理。例如,智能樓宇能監測溫度、濕度和外部天氣情況實現自主優化,為人們提供最適宜的室溫和最理想的空氣質量。同時,還可以幫助管理者提高運營效率,應用預測性維護,并依據動態仿真結果做出調整。

  真正的智能樓宇應當“克勤克儉”,通過最小化能源消耗來幫助降低能源需求。樓宇建筑作為能耗大戶,在中國能源消費總量中的份額超過了27%。預計到2030年,這一比例將上升到40%。因此,樓宇的節能減排對于經濟社會的可持續發展具有重要意義。根據《中國智能樓宇產業發展報告》統計,中國的既有建筑達400億平方米,僅有1%為節能建筑。未來,智能樓宇可以根據房間的實際使用、光照條件和溫度自動調整照明和暖通空調解決方案,和普通建筑相比,這將能夠減少高達80%的生態足跡。

  (數字化雙胞胎技術可以幫助動態監測和調整樓宇功能)

  西門子提供的產品和解決方案讓樓宇智能化成為可能。例如,開放性的樓宇管理平臺Desigo CC能夠對樓宇的供暖、通風和空調等系統實現集成管理與優化,并為能源管理系統提供樓宇運行的關鍵數據,讓樓宇設施更為舒適宜人和安全高效;在能源管理軟件SENTRON powermanager的支持下,用戶可以在簡潔易懂的操作界面上監測樓宇單個設施或整體系統的運行特點,分析樓宇的能源消耗情況從而找到潛在節能空間和系統錯誤來降低能耗與碳排放;EnergyIP Distributed Energy Optimization(EnergyIP DEOP)則可以助力光電廠、風電廠、通訊中心、園區和微型電網等實現持續優化,提高運行表現。通過為用戶提供區域設施的綜合運行情況,DEOP可以幫助用戶管理多個地點的資產,并基于實時數據及時采取響應舉措為相關系統運行創建最佳優化算法。

  在中國,西門子一直致力于智能樓宇的發展,并不斷通過與政府、企業展開合作,將全球領先的樓宇試點項目落地中國。例如,西門子攜手青島中德生態園青島被動屋工程技術有限公司,聯合打造了中德生態園被動房技術中心。這座被動房建筑不使用主動采暖和空調系統,就能維持舒適的室內環境。在冬天沒有暖氣的情況下,總面積達1.38萬平方米的建筑也能保持室溫在20攝氏度以上。而且,中心兼顧環保和舒適,讓人們在享受室內舒適環境的同時實現近零能耗。據統計,這棟建筑每年可節約一次能耗近130萬千瓦時,減少二氧化碳排放664噸,這相當于53120棵樹木的二氧化碳吸附量。中國的房屋如果都按照被動房標準建設或改造,到2050年將節省大約70億噸標準煤。

  (青島中德生態園被動房技術中心)

  展望未來,智能樓宇發展將充滿無限潛能。例如,樓宇和跨領域的電網數據如能實現共享,那么建筑將不僅僅是能源消耗者,也可以變身為智能產消者,在能源系統中發揮新的作用。西門子已經在全球啟動了項目試點,嘗試把樓宇集成到電網中,成為分布式能源系統的組成部分。在加拿大數個大量采用電供暖系統的省份,西門子正嘗試與當地政府合作試點項目,將樓宇用作“電池”,以“熱”力形式儲存多余的電量,繼而實現電力的削峰填谷。西門子還曾與紐約布魯克林的一家初創公司LO3合作,利用區塊鏈技術構建能源交易社區,讓社區內的建筑業主可以將自家屋頂光伏生產的多余電力出售給附近的其他用戶,他們將這些多余的可再生電力用于空調的運行,而不是使用電廠提供的電力。

  (西門子與紐約布魯克林的一家初創公司LO3合作,利用區塊鏈技術構建能源交易社區)

  在樓宇基礎設施和服務領域,人類社會正在步入一個巨變的時代。傳感器、數字化技術,以及智能基礎設施與物聯網的無縫連接為樓宇的業主、用戶和管理者在降低成本、改善使用體驗和應對氣候變化等方面帶來新的機遇。而未來的智能樓宇將能夠自我感知和預測用戶需求,更具靈活性和更加個性化,并與用戶及所在社區共同構建智能社區,以點及面地打造智慧城市新生態,為人們的美好生活,也為社會的可持續發展提供更多助力。

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