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    在智能建筑中，節(jié)約能源是最重要的問題之一，節(jié)能可以說是樓宇自動控制系統(tǒng)的出發(fā)點和歸宿。眾所周知，在智能建筑中，電能消耗要占到大樓能源消耗總能量的極大部分比例。特別是冷凍機組、冷卻塔、各類水泵、空調(diào)機組、新風(fēng)機組和燈光照明都是消耗電能的主要設(shè)備。采用最優(yōu)化的節(jié)能控制模式來滿足大樓的功能要求，不僅為物業(yè)管理帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可使系統(tǒng)在較佳的工況下運行，從而延長設(shè)備的使用壽命。節(jié)能在樓宇自動控制系統(tǒng)的設(shè)計、制造、安裝和使用管理中，是一個永恒的課題。節(jié)能的思想應(yīng)該貫穿于工作之始終。

1.電力供應(yīng)管理

    電是建筑用技術(shù)裝備規(guī)定使用的能源形式。人們天天無意識地、頻繁地與各式各樣的電器在打交道。大多數(shù)設(shè)備，也包括許許多多建筑用技術(shù)裝備，今天幾乎一無例外地用電來工作，電的需要量還將不斷地升高。

    大廈電力系統(tǒng)主要分為電力供應(yīng)和電力配電兩部分。電力供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備主要有高壓開關(guān)柜、變壓器、低壓開關(guān)柜等；電力配電系統(tǒng)主要有低壓配電盤、配電箱等。電力供應(yīng)系統(tǒng)將來自城市電網(wǎng)的高電壓轉(zhuǎn)換成與用電設(shè)備輸入電壓相匹配的低電壓，同時根據(jù)用電負(fù)荷的種類、等級、用電量、用電位置等把電力進(jìn)行分配和控制。電力配電系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將電力配置到各用電設(shè)備，同時對用電設(shè)備進(jìn)行各種用電保護(hù)和控制設(shè)備的運行。

    一般情況下高電壓系統(tǒng)由城市供電部門負(fù)責(zé)設(shè)計、安裝、計量、管理運行，大廈建設(shè)單位僅僅提供一定面積的設(shè)備安裝空間。電力供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)該配置電力監(jiān)控系統(tǒng)，完成對高低壓開關(guān)柜和變壓器運行狀態(tài)的監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)與樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，以便根據(jù)用電負(fù)荷及時調(diào)整電力供應(yīng)。

    電力系統(tǒng)的節(jié)能主要是指電力配電系統(tǒng)的節(jié)能控制。我們知道一座建筑物中的能源百分之八十以上是電能（空調(diào)系統(tǒng)的冷源和風(fēng)能等可以視作由電能轉(zhuǎn)換而來），其他能源，諸如水能、燃?xì)饽堋⑷加湍埽急壤僭S多。

    從電能的使用方式可以分成電力驅(qū)動和照明兩大類。電力驅(qū)動指的是對各類設(shè)備的供電，將電能轉(zhuǎn)換成了勢能、動能、熱焓等能源形式，該部分的節(jié)能措施體現(xiàn)在用電設(shè)備的控制方式上，所以我們將結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)地設(shè)備節(jié)能控制來闡述電力節(jié)能。

    大廈照明系統(tǒng)是也是一個巨大的能耗系統(tǒng)，盡管在照明設(shè)計時盡量采用各種節(jié)能燈具和光源，但是實際的運行中間仍然存在著大量浪費能源的現(xiàn)象，提高照明系統(tǒng)的節(jié)能控制方式，加強系統(tǒng)的管理能動性和靈活性是達(dá)到節(jié)能目的唯一途徑。我們推薦主要采用以下幾種方式進(jìn)行照明節(jié)能控制：
    ● 日光和照度控制
    ● 定時開關(guān)
    ● 集中控制
    ● 移動偵測控制
    ● 場景控制
    ● 按鈕控制

    1.1. 日光和照度控制
    一年四季日起日落的時間都不同，加之天有不測風(fēng)云，今日風(fēng)和日麗，明日可能就變成陰天多云。當(dāng)日光采光不足時就必須要利用燈光進(jìn)行補償。可這種補償是隨機的，且需要補償?shù)恼斩纫膊灰粯印４送猓拷皯艋蚰粔Φ膮^(qū)域與遠(yuǎn)離窗戶和幕墻的地方燈光的補償需求同樣也是不同的。因此我們依照室外陽光強度和室內(nèi)照度相結(jié)合控制電燈的開閉和調(diào)整燈光亮度。對于像航站樓這樣大空間的建筑，可以根據(jù)日光對室內(nèi)的影響程度劃分成若干個照明區(qū)域，在每個區(qū)域內(nèi)依據(jù)照明負(fù)荷或面積分成不同的供電回路。不同回路上的燈具可以相互交叉或者并排布置，以取得最佳效果。安裝在室外和室內(nèi)的照度傳感器信號與設(shè)定的照度指標(biāo)相比較后控制電燈的開啟或閉合，同時調(diào)整燈光亮度。在這里需要注意的是室內(nèi)照度傳感器要安裝在具有代表性的位置，區(qū)域的劃分要合理，相鄰區(qū)域的燈具布置要有一定的重疊。另外，每個回路所帶的電燈不易過多，否則投資額將會增加（大功率的調(diào)光器價格很高）。

    1.2. 定時控制
    建筑物內(nèi)部的樓梯間、走道、電梯廳、廁所等公共區(qū)域的電燈可以采用預(yù)先設(shè)定時間（段），譬如在下班時間自動變暗或關(guān)閉，或者只有在上班、營業(yè)時間才供電。由此可以避免人走燈明，浪費能源的現(xiàn)象。

    1.3. 集中控制
    計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得我們可以實現(xiàn)原來想都不敢想的事。照明系統(tǒng)智能化集中控制，將所有的電燈都可以在中央控制室進(jìn)行集中控制，設(shè)定各種運行參數(shù)，隨意修改運行模式，智能化的面板開關(guān)可以任意的設(shè)定、調(diào)整開關(guān)控制的區(qū)域。將傳統(tǒng)的、永遠(yuǎn)不能改變的、僅能完成開關(guān)功能的照明系統(tǒng)改變成具有人性化設(shè)計、可以根據(jù)不同的需求、任意的條件（定時開關(guān)，照度控制，移動檢測控制等）進(jìn)行單一或組合式的控制，加之與調(diào)光器的配合更加會使得照明系統(tǒng)錦上添花，實現(xiàn)了在不降低照明標(biāo)準(zhǔn)，甚至更加豐富照明內(nèi)容的基礎(chǔ)上最大限度的節(jié)約能源，對今后大廈的運行管理將帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)效益。

    1.4. 移動偵測控制
    針對公共區(qū)域，例如電梯前室、樓梯、通道等，往往沒有人時也是燈光長明，浪費了寶貴的能源。利用智慧型移動探測器，控制電燈開啟。當(dāng)有人到達(dá)時，探測器輸出信號，啟動電燈；經(jīng)過一定時間，電燈自動關(guān)閉或者轉(zhuǎn)暗。移動探測器也可以兼作可疑行動或非法入侵報警探測用。

    1.5. 場景控制
    對于一些具有一定組合燈光效果要求，或者多種燈光效果的場所或區(qū)域，如建筑外觀照明、廣告照明等，可以采用場景控制模式。相同場所的燈光可以組合成若干個場景，各場景之間的切換都是平順而容易。在設(shè)置場景模式時我們可以選擇最節(jié)約能源的方式進(jìn)行組合控制，即簡化了控制，又達(dá)到了節(jié)能的目的。

    1.6. 按鈕控制
    對于一些大型建筑物，大部分公共區(qū)域的照明都可以不設(shè)置手動面板，而是采用集中控制方式。但是對于一些局部場所，例如辦公區(qū)域、營業(yè)場所、某些特殊房間等，仍然可以采用傳統(tǒng)的手動面板控制方式。所不同的是手動面板都是智能化的，通過軟件設(shè)置可以任意改變面板控制的對象，而且面板開關(guān)沒有負(fù)荷容量的概念，甚至可以一鍵多控。智能化的面板開關(guān)具備調(diào)光的功能或分段控制功能，就是在手動狀態(tài)下，也同樣能達(dá)到節(jié)能的目的。

    以上各種控制方式可以單獨運行也可以組合工作，例如按鈕控制和移動探測控制相結(jié)合，正常工作時間采用按鈕控制，下班后自動切換到移動探測控制模式，從而保證了一天二十四小時都處于節(jié)能控制狀態(tài)下。

    照明系統(tǒng)智能化為今后的大廈管理帶來了極大的靈活性和可操作性。隨著大廈建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，業(yè)務(wù)種類的不斷拓展，管理水平的不斷提高，但是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)卻不會為此而降低，因此勢必對照明系統(tǒng)提出更高的要求，要滿足這些要求唯一的辦法就是從開始就建設(shè)一個智能化的照明系統(tǒng)。

2.空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制

    空調(diào)系統(tǒng)是一個大能耗系統(tǒng)，對于一些大型建筑，空調(diào)系統(tǒng)的控制相當(dāng)復(fù)雜，如果采用一般的控制方式，即要保證環(huán)境的舒適性，就不可避免得要浪費掉大量的能源。可是當(dāng)我們運用一些先進(jìn)的節(jié)能控制方法，使得能源的利用最大化，即滿足環(huán)境的需求，又節(jié)約了能源。

    空調(diào)系統(tǒng)主要由冷源水系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)風(fēng)系統(tǒng)兩部分組成。下面我們就從“水”和“風(fēng)”兩種介質(zhì)的控制闡述節(jié)能控制方案。

    2.1. 冷源系統(tǒng)的節(jié)能控制
    2.1.1. 理論分析
    我們知道空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照建最大設(shè)計熱負(fù)荷選定的，且留有余量,而運行情況是一年四季長期在固定的最大水流量下工作，由于季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的變化，實際空調(diào)熱負(fù)荷在絕大部分時間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計負(fù)荷低，如下圖所示是一建筑物的實測熱負(fù)載率變化的情況，由圖可見，與決定水泵流量和壓力的最大設(shè)計負(fù)荷（負(fù)載率為100%）相比，一年中負(fù)荷率在50%以下的小時數(shù)約占全部運行時間的50%以上。一般冷凍水設(shè)計溫差為5―7℃，冷卻水的設(shè)計溫差為4―5℃，在系統(tǒng)流量固定的情況下，全年絕大部分運行時間溫差僅為1.0―3.0℃，即在低溫差、大流量情況下工作，從而增加了管路系統(tǒng)的能量損失，浪費了水泵運行的輸送能量。一般空調(diào)水泵的耗電量約占總空調(diào)系統(tǒng)耗電量的20―30%，故節(jié)約低負(fù)荷時水系統(tǒng)的輸送能量，具有很重要的意義。所以我們建議采用隨熱負(fù)荷而改變水量的變流量空調(diào)水系統(tǒng)。采用變頻器調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速可以方便地調(diào)節(jié)水的流量，其節(jié)能率通常都在40%以上。

    對于水泵來說，流量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，溫差ΔT與轉(zhuǎn)速n的一次方成反比，揚程H與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，而軸功率P與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，下表告訴我們上述幾個量的變化關(guān)系：

    顯然，變流量控制系統(tǒng)的節(jié)能效果是十分突出的。請見下面的比較曲線：

    采用變頻控制技術(shù)控制水泵和冷卻塔風(fēng)機具有以下優(yōu)點：
    ● 低負(fù)荷時可以通過降低水泵及冷卻塔風(fēng)機轉(zhuǎn)速來節(jié)約電能消耗。
    ● 低負(fù)荷時可以通過降低水泵及冷卻塔風(fēng)機轉(zhuǎn)速來降低冷站噪聲。
    ● 變頻調(diào)速便于調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速以此來適應(yīng)水管阻力，達(dá)到設(shè)計工況。
    ● 變頻起動電流小而起動力矩大，對設(shè)備無沖擊力矩，對電網(wǎng)無沖擊電流，不影響其它設(shè)備運行，具有理想的起動特性。
    ● 變頻調(diào)節(jié)可靠性明顯優(yōu)于Y―Δ啟動器，可以大大減少維護(hù)的工作量。

    2.1.2.一次冷凍水泵控制
    空調(diào)水系統(tǒng)的負(fù)荷對象通常為空氣處理機組和風(fēng)機盤管兩大類，前者表冷器供冷量通過兩通閥自動控制，當(dāng)空氣處理機組在定風(fēng)量方式下運行，冷水量將隨著需冷量的改變而變化；當(dāng)空氣處理機組變風(fēng)量運行時，主要依靠調(diào)節(jié)送風(fēng)量來滿足冷量的需求，僅僅在冷負(fù)荷較小時達(dá)到了風(fēng)量的最低值才會改變冷水量，后者的兩通閥采用位式控制模式，打開時為設(shè)計流量，關(guān)閉時流量為零。通常水系統(tǒng)總冷量與水流量特性的綜合作用呈非線性，水流量的變化相對于總冷量的變化要小。

    以冷凍水總流量控制一次水泵的轉(zhuǎn)速。如果多臺一次水泵并聯(lián)運行時宜采用同步變頻控制。一次水泵變頻控制的流量范圍應(yīng)為50%G～100%G，此范圍內(nèi)流量與頻率的變化基本呈線性關(guān)系。變頻器在低負(fù)荷時的效率將下降，不宜無限制地擴(kuò)大頻率變化范圍，只要能滿足流量調(diào)節(jié)的變化范圍即可。

    一次水泵和冷凍機組仍然采用負(fù)荷（冷量）控制方式，當(dāng)總冷量較大時根據(jù)總冷水量控制水泵和機組的運行臺數(shù)，總冷量小到某個值（可以根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計估計或現(xiàn)場試測得到）時改為總冷量控制。這樣控制是基于考慮到當(dāng)總冷量需求較大時停止一臺機組運行可能出現(xiàn)總供水量不足的現(xiàn)象，此時工作水泵達(dá)到額定流量值，空氣處理機組的兩通閥全部打開，管路阻力降低而致使水泵的工作點向低揚程、大流量方向移動，嚴(yán)重時可能造成水泵電機過載發(fā)生事故。

    對于一次泵采用變流量方案時由于變流量運行，其供水溫度也是不斷變化的，此時冷水機組供水溫度傳感器不再起控制調(diào)節(jié)作用，它的主要用途是檢測水溫并通過設(shè)定水溫的上、下限對冷水機組起連鎖保護(hù)作用。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)低負(fù)荷時，供水流量已經(jīng)處于低流量運行狀態(tài)，由于低流量必定導(dǎo)致供水溫度下降，使得冷水機組制冷效率降低，節(jié)能效果勢必收到影響。因此，我們可以適當(dāng)提高供水溫度并保持，在調(diào)節(jié)供水量來達(dá)到一個新的平衡點。

    2.1.3. 二次冷凍水泵控制
    在采用變風(fēng)量控制空氣機組方式時，冷凍水流量變化范圍不大，因此我們推薦采用總冷量控制調(diào)節(jié)二次冷凍水泵轉(zhuǎn)速，改變供水量。如果出現(xiàn)負(fù)荷太小的情況，改為控制壓差旁通調(diào)節(jié)閥開度的方式控制，此時二次水泵轉(zhuǎn)速不變，保持恒定供水流量，調(diào)節(jié)旁通水量來滿足冷量的需求。

    2.2. 空氣處理機組系統(tǒng)的節(jié)能控制
    空氣處理機組系統(tǒng)分為風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)兩部分。水系統(tǒng)可以按照常規(guī)調(diào)節(jié)二通閥開度來控制送風(fēng)溫度，測量參數(shù)可以是回風(fēng)溫度或者室內(nèi)溫度。風(fēng)系統(tǒng)比較復(fù)雜，負(fù)荷變化是嚴(yán)重影響風(fēng)系統(tǒng)正常工作的主要原因。為滿足環(huán)境的要求，往往不得不是空氣處理機組運行在最大負(fù)荷的情況下，以損失能源為代價來滿足環(huán)境的需求。近幾年變風(fēng)量空調(diào)技術(shù)的發(fā)展越來越成熟，成功的范例不少。所以我們建議空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理機組采用變風(fēng)量控制方式。

    2.2.1. 變風(fēng)量控制的節(jié)能效益分析
    空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量通常是按夏季室內(nèi)的最大余熱量設(shè)計的，一般工藝設(shè)備，照明發(fā)熱量占約75%，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量占25%，后者是隨室外氣象條件而變化的。實際上全年出現(xiàn)最大負(fù)荷量的時間是很短的。

    當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷變化時，如果采用定風(fēng)量運行，一方面浪費風(fēng)機電耗，另一方面會出現(xiàn)許多季節(jié)需要再熱，造成冷熱量抵消。采用變風(fēng)量運行，就是風(fēng)機采用變頻調(diào)速控制，根據(jù)房間熱負(fù)荷變化，改變風(fēng)機轉(zhuǎn)速和風(fēng)量。

    風(fēng)機轉(zhuǎn)速（n）改變時，風(fēng)機電量（L）和軸功率（N）有如下變化關(guān)系
   
    根據(jù)上述公式，當(dāng)風(fēng)量減少到80%，功率消耗卻減少了一半（51.2%）。

    據(jù)不完全統(tǒng)計，通常空調(diào)系統(tǒng)80%以上時間是在小于80%負(fù)荷下工作的，如果在部分負(fù)荷下風(fēng)量按L1=0.8Lo計算，則有80%時間實際運行功率：
   
    式中：N1――風(fēng)機實際運行功率
                 N0――風(fēng)機額定功率

    2.2.2.空氣處理機組變風(fēng)量控制
    變風(fēng)量控制（VAV）空調(diào)系統(tǒng)成功與否在很大程度上取決于是否采用最佳的控制方法。目前采用較多的控制方法有定靜壓和變靜壓兩種。定靜壓控制系統(tǒng)的機理是，在保證系統(tǒng)風(fēng)管上某點（或幾點平均）靜壓一定的前提下，調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速來滿足室內(nèi)負(fù)荷變化的需求。該種方法的關(guān)鍵是確定風(fēng)管上的靜壓點，往往是根據(jù)經(jīng)驗值來定，科學(xué)性差。不同的風(fēng)系統(tǒng)靜壓點的位置也不同，所以出現(xiàn)較多變風(fēng)量系統(tǒng)達(dá)不到設(shè)計要求或節(jié)能效果不明顯。在日本這種方法已經(jīng)很少采用，取而代之地是變靜壓控制空調(diào)系統(tǒng)。變靜壓控制思想是盡量使風(fēng)閥處于全開（85%～100%）狀態(tài)，使系統(tǒng)靜壓降至最低，因而能最大限度地降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速以達(dá)到節(jié)能目的。

    變靜壓空調(diào)系統(tǒng)分為三個控制環(huán)節(jié)，室內(nèi)送風(fēng)量控制、總風(fēng)量控制和送風(fēng)溫濕度控制。室內(nèi)送風(fēng)量控制是根據(jù)室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度的差值計算出要求風(fēng)量（送風(fēng)溫度一定），控制風(fēng)閥開度改變實際送風(fēng)量達(dá)到計算風(fēng)量的要求。系統(tǒng)總風(fēng)量控制是以各風(fēng)閥開度來決定系統(tǒng)需要總風(fēng)量，從而調(diào)節(jié)空氣處理機組的風(fēng)機轉(zhuǎn)速，改變送風(fēng)量來滿足總風(fēng)量的要求。當(dāng)室內(nèi)熱負(fù)荷不斷降低致使風(fēng)閥開度低于設(shè)定的最小開度時，說明單純調(diào)整風(fēng)量已經(jīng)不能滿足負(fù)荷變化的要求，此時我們可以提高送風(fēng)溫度使整個空調(diào)系統(tǒng)從新達(dá)到平衡。另外，改變送風(fēng)溫度可以改善室內(nèi)溫度過高或過低而產(chǎn)生的不舒適感和室內(nèi)的氣流組織，提高環(huán)境的舒適度。

    在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量的控制是一個不可忽略的重要參數(shù)，當(dāng)送風(fēng)量在運行過程中隨著負(fù)荷的減少而不斷減少時，新風(fēng)量也將隨著送風(fēng)量成比例減少，在負(fù)荷很低的情況下，就有可能出現(xiàn)新風(fēng)量不足現(xiàn)象，因此必須對最小新風(fēng)量進(jìn)行控制。新風(fēng)量的控制方法也有多種，例如風(fēng)閥跟蹤調(diào)節(jié)、送回風(fēng)機控制、設(shè)置獨立新風(fēng)機控制。空氣處理機組混和段靜壓控制和CO2濃度控制等，我們認(rèn)為CO2濃度控制較適應(yīng)人員變動率大，且室內(nèi)有害物主要是由人產(chǎn)生的建筑。通過測定CO2濃度對新風(fēng)量進(jìn)行控制。表示室內(nèi)CO2濃度的方程為

    式中：，――n時刻室內(nèi)、外空氣中CO2濃度，×10-6(即ppm)；
     ――n-1時刻的新風(fēng)量，m3/h；
     ――n時刻建筑物內(nèi)部CO2產(chǎn)生率，cm3/h；
    V――房間體積，m3；
    t――采樣時間間隔，h.。

    新風(fēng)量的控制如下，當(dāng)CO2濃度超過設(shè)定值（通常1000×10-6）時新風(fēng)門自動調(diào)節(jié)到預(yù)測值相對應(yīng)的位置，當(dāng)濃度超過某一臨界值（預(yù)設(shè)）時，新風(fēng)閥全開以稀釋室內(nèi)空氣。

    智能建筑節(jié)能是一個非常復(fù)雜的問題，由于每棟建筑物的用途不同，采用的建筑材料不同，建筑形狀不同等等，往往難以進(jìn)行有效的比較，因此無論從定性方面來看，還是從定量方面來進(jìn)行分析，顯然尚有大量的課題需要我們?nèi)プ錾钊氲难芯俊?/FONT>