（海思技術(shù)部提供）
一、智能建筑節(jié)能概述
在與客戶探討建筑節(jié)能時，海思經(jīng)常強調(diào)的是，當(dāng)我們實施樓宇的節(jié)能時，不僅僅為了降低樓宇的壽命周期成本，我們需要更加注重的是我們所生存的星球可持續(xù)性發(fā)展。作為樓宇自控行業(yè)的專業(yè)人士，不論是業(yè)主還是系統(tǒng)服務(wù)商都應(yīng)為節(jié)約能源、改善環(huán)境和保持可持續(xù)發(fā)展作出一些貢獻(xiàn)。我們所運用能源管理及控制系統(tǒng)就是為了實現(xiàn)上述的目的。
二、影響樓宇能效的因素
樓宇的生命從包含四層因素。第一層即最底層，代表了建筑設(shè)計，包括建筑朝向、外立面和空間設(shè)計等。第二層表示設(shè)備設(shè)計，包括暖通負(fù)荷估算以及暖通系統(tǒng)的設(shè)計。第三層表示控制系統(tǒng)的設(shè)計。第四層即最頂層則是運行與維護(hù)。
低階系統(tǒng)將影響到高階系統(tǒng)的表現(xiàn)。例如房屋的外立面設(shè)計及其建筑材料的選擇將影響到建筑冷暖要求。一個清晰的而長遠(yuǎn)的計劃可以使暖通系統(tǒng)的設(shè)計者精確評估設(shè)計負(fù)荷，正確選擇的合適的暖通系統(tǒng)。一個配置適當(dāng)?shù)闹评浞桨缚梢酝ㄟ^冷凍機組的優(yōu)化組合，滿足部分負(fù)荷下的高能效比。最后，運行和維護(hù)在建筑節(jié)能方面發(fā)揮著非常重要的作用，關(guān)鍵在于建筑的運行和維護(hù)在設(shè)計開發(fā)階段就要納入考慮。
由于不同的專業(yè)對建筑能耗有著不同的影響，所以對于他們在設(shè)計初期的參與就顯得尤為重要。這樣的合作不僅減少了由于考慮不充分而限制其他專業(yè)節(jié)能設(shè)計的開展，而且通過人員的專業(yè)知識的結(jié)合還將帶來更加完善的設(shè)計。
三、樓宇自控系統(tǒng)令樓宇更節(jié)能
能源的可持續(xù)利用和環(huán)境健康問題是樓宇自控系統(tǒng)的主要發(fā)展推動力，早在七十年代初期它就被引進(jìn)到建筑業(yè)發(fā)展中。在其他一些國家，樓宇自控系統(tǒng)還被稱為EMCS——能源管理和控制系統(tǒng)，闡明了它的最重要的功能，即控制樓宇的能源消耗和操作樓宇設(shè)備。EMCS對于提高建筑能效有著直接的影響。EMCS的設(shè)計者成為了建筑設(shè)計小組中的一員。對于房屋的業(yè)主、開發(fā)商和其他專業(yè)設(shè)計者認(rèn)識到EMCS的必要性是很重要的。環(huán)境控制設(shè)備，例如照明、供暖、制冷和通風(fēng)設(shè)備，是按建筑最大需求量設(shè)計的，但每幢樓宇都有一個復(fù)合峰值曲線，它包括上中午波峰、下午波峰以及夜晚和凌晨的低負(fù)荷波谷。EMCS通過對建筑設(shè)備的控制來適應(yīng)不同的峰值曲線。
EMCS通過控制設(shè)備的如下運行，節(jié)省并且管理了能源：
1.只在必要時運行設(shè)備；
2.在滿足要求的最低容量下運行；
3.調(diào)節(jié)設(shè)備的開啟，以降低運行費用。
A. EMCS的運行調(diào)度
根據(jù)空間使用率及用途進(jìn)行運行調(diào)度是EMCS的基本功能之一。運行調(diào)度既可以基于設(shè)備不同的用途，又可以基于不同的時間段：一天、一周中的一天、假日或不在計劃內(nèi)的一天，還可以基于室內(nèi)外空氣的條件，控制設(shè)備的開關(guān)以及溫度的升降。
1. 分區(qū)的控制提供了更多節(jié)能的可能，合理清晰的空間設(shè)計使得通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的節(jié)能更易實現(xiàn)。例如一個開放的辦公空間可被分割成多個區(qū)域，每個區(qū)域由一個VAV終端箱（變風(fēng)量調(diào)節(jié)箱）和一個照明線路控制。銷售員工、服務(wù)員工和其他員工有時需要離開他們工作崗位，就可以通過工作區(qū)域的暫時控制來進(jìn)行溫度升降和照明設(shè)備的開關(guān)。
2. 提供靈活的控制
在一棟辦公樓中，一些住戶經(jīng)常需要加班。EMCS可以使得這些人員通過網(wǎng)絡(luò)、電話、門禁卡或者按鈕來延長時間。額外的使用將按照時間或?qū)嶋H使用負(fù)荷的耗電量以帳單形式發(fā)給住戶。
3. 夜間低負(fù)荷控制
為了滿足在夜間繼續(xù)運行的設(shè)備的要求，將溫度控制在室內(nèi)外最小溫差，這樣可以使得圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失保持最小。
4. 優(yōu)化的開啟
最優(yōu)化的開啟，就是在上班之前，先行開啟暖通設(shè)備。關(guān)閉新風(fēng)閥門，使室內(nèi)空氣溫度迅速達(dá)到設(shè)定值。這個過程稱為預(yù)冷或預(yù)熱。
5. 優(yōu)化的停止
在大樓內(nèi)的人員離開前，且能夠維持設(shè)定點溫度一定時間的情況下，盡可能早地關(guān)閉暖通設(shè)備。
6. 夜間換氣
在涼爽季節(jié)的夜間或清晨的室外空氣涼爽且干燥的情況下，引進(jìn)室外的新風(fēng)來凈化室內(nèi)，可以延遲設(shè)備在早上開啟的時間以節(jié)省能源。
B. EMCS的容量調(diào)節(jié)
建筑的采暖、制冷及通風(fēng)的需求量取決于占有水平、室外氣候及其他因素。然而設(shè)備的選型和設(shè)計始終應(yīng)滿足最大需求量。至關(guān)重要的是，整個系統(tǒng)的設(shè)計，包括暖通及樓宇控制系統(tǒng)，必須能夠通過控制調(diào)節(jié)以滿足建筑的瞬時要求。
1. EMCS的VAV（變風(fēng)量）調(diào)節(jié)
擁有智能DDC（直接數(shù)字控制器）的VAV終端裝置是一個很好的例子。在建筑設(shè)計的早期就應(yīng)開始此系統(tǒng)的設(shè)計。重要的是應(yīng)保持空間盡可能的開放，避免不必要的劃分以減少系統(tǒng)阻力。開放式的普通辦公區(qū)域、購物商場、大型飯店、會議室、多數(shù)大廈的前廳以及任何普遍的大型公用空間，這些區(qū)域在時間和空間上的要求是十分多樣化的。VAV系統(tǒng)可以根據(jù)使用空間傳感器測到的實際溫度與設(shè)定的溫度的差別，計算需要的冷/熱風(fēng)量，以使空間溫度達(dá)到設(shè)定值。根據(jù)每塊區(qū)域所需冷、熱量來調(diào)節(jié)空氣的溫濕度，以減少能源的消耗。未經(jīng)使用的空氣循環(huán)回到AHU（空氣處理機）以減少能量的損失。新、回風(fēng)在經(jīng)過表冷器前混合，然后經(jīng)過加熱/冷卻盤管，然后進(jìn)入送風(fēng)管。在低負(fù)荷情況下，VAV系統(tǒng)與CAV（定風(fēng)量）系統(tǒng)或FCU（風(fēng)機盤管）系統(tǒng)相比，節(jié)約的能源是巨大的。通過使用室內(nèi)空氣的循環(huán)利用，減少了AHU的熱交換，也就節(jié)約了冷凍水能耗。
2. EMCS的變靜壓調(diào)節(jié)
在常規(guī)VAV系統(tǒng)設(shè)計中，送風(fēng)管道的靜壓是固定的一個值，這將確保該系統(tǒng)能夠滿足系統(tǒng)最不利的末端入口的資用壓力。而高靜壓是系統(tǒng)所需的最高需求風(fēng)壓，但低負(fù)荷需求在大多數(shù)情況下，卻幾乎占了系統(tǒng)運行時間的75%，這就導(dǎo)致了低效率。變靜壓控制根據(jù)系統(tǒng)總風(fēng)量的需求改變靜壓，并且使壓力能夠滿足最不利變風(fēng)量調(diào)節(jié)箱的需求。AHU的送風(fēng)機的壓力只需維持VAV調(diào)節(jié)箱的需求。
3. VAV的AHU送風(fēng)溫度的調(diào)節(jié)
當(dāng)所有區(qū)域的溫度都達(dá)到設(shè)定溫度，并且所有VAV調(diào)節(jié)箱都在供應(yīng)最小風(fēng)量時，若空氣處理機在制冷模式下，其送風(fēng)溫度將被調(diào)節(jié)至一個較高設(shè)定點；若其在供暖模式下的話，其送風(fēng)溫度則被調(diào)節(jié)至一個較低設(shè)定點。
4．根據(jù)需要控制新風(fēng)量
AHU負(fù)責(zé)為其服務(wù)區(qū)域攝取新鮮空氣。新風(fēng)可以直接由室外引入，或者先通過一個可進(jìn)行空氣預(yù)熱或預(yù)冷的PHU（空氣預(yù)處理機組）再引入送風(fēng)管。兩種方式的AHU都有一個控制區(qū)域新風(fēng)量的新風(fēng)閥門。建筑規(guī)范中要求最小新風(fēng)量來保證室內(nèi)空氣質(zhì)量指標(biāo)。為了符合這一規(guī)定，一些設(shè)計師用假設(shè)最大人數(shù)乘以25CMH。這樣，計算所得的新風(fēng)量總是在大部分時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大樓所必需的新風(fēng)量。多余的新風(fēng)處理將導(dǎo)致了能源和成本的浪費。根據(jù)需要對風(fēng)量的控制是根據(jù)室內(nèi)外CO2濃度的比較來控制新風(fēng)閥門的開啟。
5．冷凍機房的容量控制
機房內(nèi)的設(shè)備的選型和配置需要對于一天中不同時刻的負(fù)荷變化來設(shè)計。大型建筑的負(fù)荷曲線通常更加多樣化。設(shè)備的效率隨負(fù)荷而變化，不同型號設(shè)備的效率曲線的走勢有時會相去甚遠(yuǎn)。大型建筑需要多種不同型號的設(shè)備來確保高效或低KW/RT冷水機房的總效率。機房的容量調(diào)節(jié)的目的在于確定總負(fù)荷，比較所有設(shè)備的局部負(fù)荷效率和容量，并確定最高效的設(shè)備組合。為了避免不必要的設(shè)備的開啟與關(guān)閉所造成的能源浪費，實際所需的負(fù)荷量必須由終端開始計算，而不僅是在送水管中測量熱量。送水管中熱量的測量是一個能量傳遞中的瞬時值，它往往滯后于實際值。
6．冷凝水溫度的調(diào)節(jié)
進(jìn)入冷卻器的冷凝水溫度越低，冷卻器的效率越高。為了降低冷凝水溫度，必須提高冷卻塔風(fēng)機轉(zhuǎn)速而使得更多的能源消耗在冷卻塔。然而冷凝水溫度不可能低于室外空氣濕球溫度。節(jié)能的方法是將水溫控制在室外濕球溫度以上4℃至3℃左右。例如，在70%部分負(fù)荷下，冷卻水進(jìn)水溫度在32℃時，冷凝器的能耗比在0.92（KW/RT），若將冷卻水進(jìn)水溫度降至26℃，其能耗比將達(dá)到0.7（KW/RT），能耗比降低了0.22（KW/RT），即效率提高了24%。
C．EMCS的主要特性
在EMCS中，大樓中的所有設(shè)備分散的安裝在大樓的不同位置，而且每種設(shè)備都有其獨立的控制程序。因此EMCS系統(tǒng)的設(shè)計必須是分散式的（distributed），給每個設(shè)備都由一個個專用的DDC獨立控制，而現(xiàn)場總線就必須高效的連通,以使DDC信號能夠不經(jīng)由其他服務(wù)器或主控制器實現(xiàn)對等通信。
一個好的節(jié)能方案必須能夠分析并兼顧到不同設(shè)備的特點。比如，提高冷卻水供水溫度可以節(jié)省冷卻機組的能耗，但是將導(dǎo)致風(fēng)機的高速運行。一個好的EMCS系統(tǒng)必須有能力分析各種實時參數(shù)來確保整棟大樓處在最佳的運行工況。主從式的溝通方式是不可能達(dá)到同樣的效果。
控制措施的編程是復(fù)雜而繁瑣的。集成工程師必須同時掌握實際應(yīng)用和編程的經(jīng)驗。找到同時具備兩項技能的人員是很困難的，因此開發(fā)集成的成本是高昂的。通過運用ASDDC（應(yīng)用模塊化控制器）可以大大縮短開發(fā)的時間。ASDDC具有先進(jìn)的控制技術(shù)嵌入芯片，集成工程師只需配置正確的參數(shù)即可。
你或許無法在單一的供應(yīng)商處獲取所有系統(tǒng)所需的產(chǎn)品。重要的是選擇一個可以允許來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品互操作的通信協(xié)議。開放系統(tǒng)這一術(shù)語在今天被廣泛運用，有時開放系統(tǒng)表示系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連通。EMCS需要的是不同廠家控制器之間的實現(xiàn)互操作。我們所選擇的是通過CSMA媒體通道控制方式的對等LonWorks通信協(xié)議以及LonMark功能對象屬性所構(gòu)成的平臺。
本文通過對一些有效控制措施的描述，非常淺顯的闡述了EMCS系統(tǒng)的重要性。這并不是要像向?qū)б粯觼碇笇?dǎo)系統(tǒng)的執(zhí)行。集成的EMCS系統(tǒng)的計劃、編程和實施必須由合格的專業(yè)人員開展。一個成功的EMCS需要不同專業(yè)領(lǐng)域人員較早的互動與緊密的合作以及通過由EMCS所收集數(shù)據(jù)的調(diào)試和重調(diào)試。
