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智能楼宇:让能耗之王变身节能之王

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-01-27  来源:《电气&智能建筑》  作者:霍尼韦尔自动化控制系统集团 李 宁
1 背景
 
中国的大量燃煤和汽车尾气排放被普遍认为是雾霾和空气污染的罪魁祸首,但有一个重要的领域往往被忽视。随着中国城镇化进程的加速,解决楼宇的能效问题对减排带来的影响未来甚至要比交通运输领域更大。
 
早在1975年,作为空气污染治理组合拳中的一项,美国加州已经开始对楼宇和电器实行严格的能效标准。最经济的能源恰恰正是那些已经被开发,却没能够被有效使用的能源。“负瓦特革命”的创新产物——智能楼宇技术正悄然发挥着作用。
 
智能眼镜、智能汽车、智能楼宇……曾几何时还在实验室里畅想的“智能君”开始成为人们生活的一部分,替代人所不及的能力。
 
耶鲁大学公开课《智能建筑里的一日生活》便构想了这样的一个未来的智能生活场景,前一天晚上系统获知第二天的天气预报,根据次日的温度、湿度和日照,做出一个能耗预测模型。建筑物的用电量在凌晨一点左右处于最低值,此时系统做出储备制冰的决策,以便次日温度升高用电负荷加大时这些冰可以帮助建筑物进行冷却,减少空调负荷。
 
早上八点人们开始陆续进入办公楼,此时还没到正式上班时间,大楼空调和换气装置开启。支持大楼感知的是各类传感器,如PM2.5传感器、温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、VOC(挥发性有机化合物)传感器等,它们将测试到的实时数据发回控制中心,根据设定的标准值来决定相关设备启动的功率。像会议室等一早无人使用的空间,相应设备暂时不用开启。
 
10点左右,用电量开始攀升。根据传感器测出的室内照明强度,灯光自动调暗。随着温度的不断攀升,空调用电负荷不断加大,到12点左右,部分区域限电,系统做出决定,暂时关闭部分空调装置,采用夜间制冷的冰块来帮助降温,同时系统将大楼的标准温度设定提升两度,再次降低公共区域的照明强度。与此同时,传感器还在监测会议室人数,如果人少,室内空气达到最佳要求,系统减少换气频率。
 
到下午六点,员工陆续离开建筑物时,根据打卡记录系统开始统计还在建筑物内的人数。有些房间无人办公时,系统自动关闭照明、空调和换气系统。
 
以往需要人工来实施的节能管理,智能楼宇已然可以全权接管,帮助管理者架设起了科技与人性之间的桥梁。
 
2 智能楼宇的设计思想
 
支持智能楼宇运营的是一套精密的软硬件体系。这套体系的设计思路可以简化为五个层次,分别是物理层、感知层、互联互通层、智能层和战略层。物理层即为楼宇本身的基础设施部署,如暖通空调和电梯设备等;感知层就是各智能化系统;互联互通层则打通了物理基础设施传感器和自动化系统进行了人机的交互。传统的智能楼宇解决方案多集中在这些层面。
 
当楼宇设计上升到智能层和战略层时,所需借重的将是大数据和云计算。一家拥有大量智能楼宇实施、管理经验的公司,其价值在于从各楼宇传感器中捕获的大量运营数据以及专家团队根据大数据做出的运营优化改进方案。
 
(1)运营基础:大数据和专家团队的经验
 
如场景中所述,智能楼宇的表面和内部分布有众多的传感器,这些传感器实时传递回湿度、温度、日照强度以及空气污染程度等各项数据。大楼在不同条件下运营的能耗以及设备的开启方式不尽相同。分布在全球的运营数据将汇总至中央数据处理平台,专家团队通过研究比对不同的数据之后,会根据各个楼宇的情况形成最佳方案,在能耗与人体的舒适度之间取得一个最优方案。所以一个好的智能楼宇的运营不单是拥有先进的设备,数据支持以及专家团队的经验也是重要的后勤保障。
 
(2)运营成本:单项功能与综合能耗需要适度平衡
 
由于雾霾问题严重,中国用户很看重楼宇中的新风系统,认为室内测出的PM2.5的值越低越好,但其实这是一个误区。目前,过滤PM2.5主要采用分子筛技术,其内部结构呈蜂窝状,对风和气流有非常大的阻力。把PM2.5的数值由100降到50,和由50降至0,所需的能耗是不同的。单纯追求室内空气的高度净化反而会耗费更多的能源,反过来加重整体环境的污染。
 
另外,室内外的换气频率也要综合考虑室内人数、室外温度、室内外空气质量以及能耗,这些因素需要综合评估考量,不能单纯追求某项最优。举例来说,如果室外空气优于室内,封闭式的楼宇势必会加大新风系统的换气频率,若室外温度高达40度,新进的空气需要降温,则又加重了空调系统的用电负荷。我们还要考虑到的是,人本身就是高级净化装置,有一定的净化和适应能力,PM2.5在一个标准范围内都是可以接受的。这是智能楼宇在设计中需要关注的综合能效与单项功能孰先孰后的问题。
 
(3)维护便利性:集成化是趋势
 
在智能楼宇的设计中,集成化是一个趋势。
 
智能楼宇的集成主要体现在将安防、网络、监控、智能分析、数据中心等技术环节集中在一起形成大集成系统的搭建与应用。此举对物业人员操作上的便利不言而喻,任何一个受过训练的工作人员都可以通过统一的操作手册来监控、维护各系统的运行。当然,如果开发集成系统的厂家同时也是硬件设备的提供商,这对设备的无缝衔接具有更大的便利性,因为系统可以清楚地“辨识”各硬件设备的工作性能以及最佳运营状态,一旦出错,可以及时通知服务商。
 
中国人寿建造的数据中心采用霍尼韦尔企业楼宇集成系统(EBI)。数据中心要承担集团整个信息系统的运维。在实施中,霍尼韦尔将各安防子系统集成在一个管理平台上,软硬件配合减少了人力维护,也保证了各项节能管理措施的无缝衔接。
 
同样在北京嘉铭中心的项目中,系统集成解决方案不仅降低了90%的误报警率,物业管理人员也减少了50%。通过访问嘉铭中心的微信公共账号,还可以实时查到中心能耗、二氧化碳排放量、室内PM2.5含量等。有效的集成所带来的是优质的用户体验。
 
3 展望未来 让“能耗之王”成为“节能之王”
 
整体来看,智能楼宇未来技术的发展充分利用了物联网、互联网和大数据技术,不仅管理高效、成本节约,更为重要的是,它实现了人工管理无法达到的科学节能效果,为用户创造了一个舒适、便利的居住环境。
 
“绿色”、“安全”和“高效”将是代表未来“智能楼宇”的三大关键词,而楼宇控制、能源管理、集成系统等一系列节能减排技术和解决方案则必定在未来的“智能楼宇”的发展中占据重要的一席之地,为空气污染的源头控制和减少排放作出切实的贡献。
 
关键词: 智能楼宇
 
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