1、最新智能大厦楼宇环境管理中的基本自动控制系统资料智能大厦楼宇环境管理中的基本自动控制系统 折叠 1 引言基于一个完整的智能大厦系统组成,智能大厦与非智能大厦的区别在于：完备的通讯与计算机网络设施；自动化的物业安防系统；节能设备和控制装置(包括电源装置)；弹性（或柔性）工作区和各种环境控制系统。其技术一般认为由建筑自动化技术与信息技术两大部分组成,由此从管理上可分为设备管理和通信管理两大部分。本文在此前提下重点介绍智能大厦楼宇管理中的基本自动控制系统的三个组成部分，(1) 能源管理和控制系统；(2) 建筑安防系统；(3)生命支持系统。2 能源管理和控制系统（EMCS）一般认为，能源和建筑物运作的
2、成本是可控的，而成本在智能建筑中亦可简化处理。提高资产负债，增强市场优势在今天这样一个高度竞争的建筑市场上，是至关重要的。能源成本占据了整个运作费用的大部分（比总费用的1/3还多）。优化的能源管理模式,为智能建筑系统运作过程节省运行费用、降低能耗指标提供了一个最直接的方法。智能建筑设施的机械/电力系统的有效性和可靠性，决定了为其用户提供舒适的条件和生产支持的成本和能力。随着能源和劳动力成本的上升，最优化系统的选择、设计和架构的重要性也随着增加。因此，能源管理在智能建筑中有着不可忽视的越来越重要的作用。2.1 EMCS是怎样工作的 EMCS需要用计算机编写一个便于操作且详尽明了的管理与控制程序，
3、以便于在一个特殊的条件下使局域环路控制得到最大限度的使用。因此，它能比单独使用控制系统节省更多的能量。局域环路是指那些与单独采暖，通风和空调（HVAC）系统联接成关系相近的控制。HVAC本身在配置大量自动办公设备的智能建筑中，是一个非常重要的要考虑的内容。因此设计可扩展的 HVAC（Heating Ventilating Air Conditioning）系统是很重要的。随着办公室达到每人一个电脑终端的占有率，每一个终端也将能有11.2个附加设备。这些外加设备是打印机、复印机、分布式处理单元（distributing processing units)等等。这些终端产生的热量，是坐着工作的人所
4、产生热量的11.5倍。这样一个人员和终端的比例,意味着智能建筑中人员空间配置的占有率至少应是常规建筑占有率配置的两倍。 今天办公室内部分割设计,要求在方法上既要有开放的空间，又要有封闭的空间。因此，大量安装在不同位置上的HAVC系统应按照上述规则实行分区控制，以防止空间被锁住或开放在计划选择之外，这种灵活性是非常重要的。同样，在设计当中尽可能考虑到在某一个位置电气硬件可能的集成，这样有利于针对不同的要求，对某些局部的制冷量进行增强、调节。但如果设备布置在区域空间，那么所有的制冷设备都必须同步进行调节。而EMCS系统则能对不同的情况进行必要的温度变化。能源管理控制系统可以像一个时钟那么简单，也可
5、以像配有精心设计的监测和控制硬件及软件的计算机系统那么复杂。智能建筑就是用后者计算机系统来管理能源。这种计算机系统当然还可以包括其它功能，例如：维护时间表管理、火灾及烟雾控制、安全防护系统及与此相关联的数据报告系统。 2.2 EMCS的基本功能能源管理和控制系统制造商所提供的在众多的功能中，最重要的是： 监测功能；编程功能；控制功能；图像功能；警报功能；记录功能 。2.2.1 监测功能智能建筑中需要监控的内容包括：全部的温度；锅炉的运转；泵的状态参数；水仓（深井）泵的水位；关键部位的温度（计算机房所需要的温度）。最优化的操作监测包括：室外空气的质量；外部和内部地域的温度；电力需求；水的初始温度
6、和流量。 2.2.2 编程功能设备可以按预先设定的程序自动的开启或关闭。关键问题是具备确定什么时间停止以及要停多长时间，并且不影响智能建筑租户的使用或建筑设备的运转。总之EMCS要具备足够的传感器和完善的功能程序，例如开启系统时间的最优化功能，就可以提供这种时间循环和负荷需要控制。 2.2.3 控制功能 对于EMCS的实用性来说，局部环路的直接控制或调节至关重要。根据正常参数以外的扰动或干扰所产生的波动进行的调节可使系统回到最优化的效率状态。扰动控制主要包括: 电机启停；局部环路控制器控制点的复位。建筑自动化是建筑智能化的一个方面，提供供热、通风、空调等的集中控制，而在联合技术建筑系统公司在D
7、enver的Tabor中心除了上述功能外，还可以监测和控制电梯、照明、火灾、安防以及电子办公室的服务。 2.2.4 图像功能包括对空气处理系统、泵循环处理系统、建筑轮廓、烟分区、火警分区、区域规划和图形描述的彩色图像监视，对于多数监控型系统是适用的。标准的可探访的图像演示(Graphics Displays)不但帮助使用者了解系统，而且对训练新的操作者也特别有价值。 2.2.5 警报功能 网络的关键控制点应该和警报系统联系起来。大多数监控系统可以为每一个关键控制点方便地设置高限和低限警报界限，如果被测报警值超过了预先设定的警戒线，操作人员就会被告知确认现场情况。这个功能通常包括火灾、烟雾和安防
8、系统的报警。2.2.6 记录功能能够打印出系统相关变量数据和警报的持续记录是越来越多的EMCS的一个重要特征。打印机能按程序设定打印出在特定的时间的特定的变量值、警报发生的时间以及能记录警报状态恢复正常的时间或者以上的任何变化。如果一个适当的预防性的程序加载到系统的工作指令中，保持维护工作的命令和报告同样能被打印出来。长远的看，历史性数据及其分析对于提高系统运转效能是极为有用的。 2.3 EMCS的经济效益EMCS的功能是通过分析建筑使用和环境需要的所有相互作用的因素来改善或提高现有的或新系统运行效率。EMCS在保证适宜的建筑环境控制的同时保存了能量,节省了能源。因此说，EMCS首要的好处是降
9、低能源成本。EMCS能够通过很多方法，例如通过提供更高的安全性和更好的维护与保养特性来实现降低成本低运作：节省能源- 不断地控制设施，使之达到最佳化，达到系统的最高效率；节省劳力- 通过单一系统加强控制，劳动力的生产效率得到提高；减少维修- 通过定期自动保养可以减少建筑设施故障和过度的耗损。EMCS还可以调节整个建筑系统使其达到更高效，更精确的运作。例如：加热和空气调整系统有许多用来采集环境参数变化的（例如建筑的日照数据）传感器，根据所采集的参数依据程序进行自动调节。由安装在每一个地板监测器上的传感器和计算机调整空气流速和温度。这种自动调节对每人一个办公终端的比率是非常重要的。这些好处体现在经
10、济学和功效（或人类工程）学上，劳动力和维修成本可以大大减少。当然，智能建筑设施的故障和过度耗损也可以通过定期自动保养而减少。 3 智能建筑安防系统同能量管理系统一样，智能建筑自动安防系统在传统的设计中已经使用相当一段时间了。它们在智能建筑中的新颖性不仅在于它们的内含，而且在于它们自动化的程度以及它们与其它建筑系统的相互联系的程度（这一点将另文详述）。对智能建筑自动安防系统可描述如下：安防系统通过监测与之相连的安防传感器可提供三种形式的保护:(1) 周边保护；(2)区域保护；(3)物体保护。这些设施的设置使得被授权人得以通过受控制的建筑或限制区域的入口。这些人可以通过使用磁卡阅读器、卡式钥匙或其
11、它身份鉴别设备被确认。系统可基于这一点开启适当的门，允许人们进出被限制的区域。对于非法侵入，系统不仅可以提供打印报告和可视的侵入显示，而且可启动整个建筑的彩色图像监视器系统的监控程序。这样的功能仅在市场上最复杂的高档次的安防系统之中才能见得到，而且需要大量的连线来支持必要的感应器设置。而在现代智能建筑当中，这种系统的安装变得非常简单。4 网络的生命支持系统 生命支持系统一旦配置完成开始使用，它必须保证良好的运作。当这一系统与建筑信息网络捆绑在一起时，它必须提供能量和环境条件以保证建筑信息系统的连续不断的工作。尽管PBXs和计算机是由硅和钢制成的，但是它们也需要生命支持系统和高度精密的物理环境，
12、来保证它们正常的功能。例如，一旦电源终断，并导致PBX瘫痪，公司会在商务活动中损失成千上万的美元。智能建筑的开发商应绝对保证其用户和设备需要的信息系统环境的安全。尽管原始投资会很大，但是和单独的计算机灾难相比，它就显得微不足道了。网络生命支持系统包括：(1)连续电源供给；(2)电源调节器；(3)空气调节。4.1 连续电源供给UPS的设计目的是用来在出现市政电力故障时，向信息网络和空气调节器的各部提供紧急的电力支持的。在停电的瞬间，UPS电池自动向计算机系统提供电源。这些电池的使用时间一般为28小时，这足以用来保存计算机中的数据、关闭系统或确认备用的柴油发电机无机械故障地提供电力。 UPS的成本
13、构成，除了初投资和持续维持的成本外，主要是由电池储存和相关的维护费用。因为从电池中散发的气体是有毒的，柴油发电机用燃料也是易挥发的，因此，安全地存放电池和柴油机这一现实问题必需提出来以引起人们高度重视。发电机和储存的油箱必须配置在一个安全保险的地方。比如设计成远离人群密集地方或城市高层建筑的地下室中的隔离结构。因为只有维护人员才需要接近UPS，所以从各方面来说选择不便多数人进入的地方是适合的。同时应做好标识，以警示其它人员不要接近UPS测试开关，这个开关至少应该一周测试一次以保证能正常运行。4.2 电源调节器电源调节器是UPS的起博器，它能不断调整能量流动，保持电压在设定水平的34的范围内波动
14、。这样的调节是很严格的，因为市区电力系统的波动范围经常是在57。在仲夏，空调对市区电力造成严重破坏时，甚至会发生更大的波动。这一点很重要，因为电压波动会给交换机和计算机带来损耗和破坏，会引起数据流的紊乱，甚至会导致数据的失真。交流电路的干扰（中断）比衰减（电路的电压减少）、脉冲（短时间的电压超负荷）和冲击电流都较少发生，这些衰减脉冲或冲击电流实际上在长期的运转过程中产生的破坏，比电力故障产生的还要大。它们会使数据被删除，还可能烧毁不成熟设备，这对于依靠洁净数据流的商业企业来说是一个潜在的巨大消耗。 因此，智能建筑首先需要有电源调节。大多数UPS系统不能解决瞬变高压问题。电源调节器可以保护硬件且
15、普遍置于计算机房内，在这里操作者可以经常使用机器的监视功能和自检特性。对于机械系统来说，电源不必由操作者来控制，但在技术上应该捆绑在UPS系统中。5 空气调节计算机对气温和湿度的变化就如同它们对电压的升降一样敏感，计算机对温度、湿度变化的需要超过标准空气调节的能力，原因有三：5.1 计算机环境的设置需求计算机需要在2的温度范围内进行运转，它需要一个相对湿度变化在5以内（一般来说，大约是华氏72，5的相对湿度）。许多标准的空气调节系统的环境不能保持在这些参数内;5.2 标准空气调系统的局限性一般建筑的标准空气调节系统是受季节（5月1日10月1日）和日常（上午8点下午6点）控制的。而计算机每年整天
16、24小时运转，不断地产生热量，需要恒定的自动制冷。 5.3 对供电系统的设置需求 既然由同样的易于停电的城市电力系统驱动空气调节器来冷却计算机，那么，公司就应考虑把空气调节系统也接入UPS系统中以备后患。类似于UPS系统，空气调节压缩机可以放到计算机房的外面，只有维修人员需要接近它们。由于空气调节是一个不断地运转的机械系统，它必须偶尔停下来检修一下,而计算机系统又不能容忍缺少空气调节，所以必须配置备用的空气调节装置。计算机应放到建筑的内部，远离外面的窗户，这样空气调节系统就不必去对付因为夏天的太阳光穿过窗户或照射房顶而产生的热量了。这意味着人们可以把最不喜欢的空间做成穹顶，以适应这些敏感的机器
17、。 用于空气调节的空气通常分布在容纳计算机线路的升高的地面下，设备管理人员需要检查所有新的和改动的线路规划,以确保（电缆）线路不会在升高的地面下的12或18英寸的空间中的阻塞气流。发展中的网络、交换机和与他们相连的计算机需要或多或少的特殊环境，先进的计算机需要一个超级冷却的(supercooled)环境，远远要超过普通的空气调节系统，如果客户希望跟上变化的工作环境，他们需要展望一下未来并为随之而来的技术性问题做好充分准备，保护设备的一种方法就是选择一个含有在线电力管理系统的智能建筑。这些不但能保护智能建筑信息网络系统，而且对个人自动化办公室信息资料的保护也至关重要.6 结束语智能大厦的自动化管
18、理是实现智能大厦智能化功能配置的关键所在，而对此的理解也往往因人而异，建筑师侧重于高效节能以及使用空间的弹性设置；智能大厦的物业管理者则更重视管理的高效及设备的精确自动化控制；而使用者往往对真正的人体功效学环境有更高的要求，包括：个人工作区的温度、湿度、音响、新鲜空气的比率设定以及安防系统的精度等。这些都是靠系统的设备管理自动化来实现的。因此，智能大厦的开发商和智能大厦设备的供应商，实现商业目标的关键是去了解顾客需要什么样的工作与生活环境并愿意为之付费。IBM、DEC、Honeywell等公司把顾客的需求看作是信息处理机遇的合理延伸，而不断的推出新的解决方案。 张筠莉 杨祯山 范锦生编译编辑整
19、理：张新房 转载请注明出处！阅读(254)分享(0) 评论(0) 分类：1.04 楼宇.发表于23:09 正在加载评论.2006/12/02 建筑能耗现状与节能途径 折叠 建筑能耗主要指采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器、电梯、通风等方面的能耗。据统计，建筑能耗在我国能源总消费中所占的比例已经达到27.6%，且仍将继续增长。我国目前城镇民用建筑运行耗电占我国总发电量的25%左右，北方地区城镇供暖消耗的燃煤占我国非发电用煤量的15%20%。这些数值仅为建筑运行所消耗的能源。建设领域中的建筑业和住宅产业也是资源消耗的大户，据计算，钢材消耗约占我国钢材生产总量的20%，水泥消耗量约占我国水泥
20、生产量的20%，玻璃消耗量约占我国玻璃生产总量的15%，降低能耗、节约资源问题不容忽视。 我国建筑能源消耗按其性质可分为如下几类：（1）北方地区供暖能耗约占我国建筑总能耗的36%，约为1.3亿吨标煤/年（折合3700亿度电/年）。（2）除供暖外的住宅用电（照明、炊事、生活热水、家电、空调），约占我国建筑总能耗的20%，约为2000亿度电/年。（3）除供暖外的一般性非住宅民用建筑（办公室、中小型商店、学校等）能耗，主要是照明、空调和办公室电器等，约占民用建筑总能耗的16%；（4）大型公共建筑（高档写字楼、星级酒店、购物中心）能耗，占民用建筑总能耗的10%左右。（5）农村生活用能（不包括非商品能）
21、，约为0.3亿吨标煤/年和900亿度电。 建筑属于长期的消费品，一旦建筑物按照设计要求施工落成后，能耗就会维持在某一固定范围内。一座节能建筑，对后人来讲是一笔巨大的财富，反之，则很可能是一个长期负担的财务包袱。 1 建筑能耗的总体发展趋势1.1 既有建筑规模到2004年底，我国城乡建筑总面积约400亿平方米，其中城镇约为150亿平方米。在城镇中居住建筑面积约为105亿平方米，能达到建筑节能标准的仅占5%，其余95%都是非节能高能耗建筑。 目前我国公共建筑面积大约为45亿平方米，其中采用中央空调的大型商厦等为56亿平方米。这些建筑绝大部分为高耗能建筑，其单位面积能耗大约是普通居住建筑的1015倍
22、。 1.2 建筑发展趋势目前，我国每年竣工的房屋建筑面积约20亿平方米，预计到2020年底，我国新增的房屋面积将近300亿平方米。 1.3 农村建筑能源的需求我国农村建筑面积约为250亿平方米，2004年总耗电量900亿度，生活用标准煤0.3亿吨。但需要指出的是，目前我国农村的煤炭电力等商品能源消耗量很低，薪柴、秸秆等非商品能源在农村建筑能耗中占很大份额，如果这些非商品能源完全被常规商品能源所替代，则我国建筑能耗将增加一倍。 1.4 建筑能耗在总能耗所占比例的增长如果延续目前的建筑发展规模和建筑能耗状况，到2020年，每年将消耗1.2万亿度电和4.1亿吨标煤，接近目前全国建筑能耗的3倍。伴随着
23、我国城市化程度不断提高，第三产业占GDP比重的加大以及制造业结构的调整，建筑能耗的比例将继续提高，最终接近发达国家目前的33%的水平。加之建材的生产能耗16.7%，建筑相关能耗约占全社会总能耗的46.7%。2 建筑节能的主要技术途径2.1 建筑围护结构的节能 冬夏两季要靠采暖空调系统来维持室内温度与室外温度之间的差别。提高建筑围护结构的保温隔热能力从而达到降低采暖空调能耗。 建筑围护结构可以分成透明和不透明两大类。提高外墙、屋顶的节能性能，主要是增大其热阻。现代节能建筑对墙体热阻的要求非常高，开发同时能满足承重和保温两种性能要求的墙体材料，非常困难。因此，必须考虑走结构性材料和高效保温材料复合
24、的技术路线，将墙体的承重层和保温层功能明确区分开来。国际上，建筑节能做的比较好的国家都是走的这条技术路线。常见的高效保温材料的保温性能是极其优越的。玻璃棉、岩棉、聚苯乙烯泡沫塑料板等保温材料的保温性能均相当于同厚度粘土红砖的20倍左右，因此走复合墙体之路，需要解决的是两层材料如何复合及如何保护保温材料的问题。 提高窗和玻璃幕墙的节能性能，除了降低其传热系数外，对空调负荷比较大的建筑，提高玻璃的遮阳性能也非常重要。使用断热铝型材、多空腔的PVC型材制作窗框、幕墙框能够降低窗、幕墙的传热系数。使用各种中空玻璃也能够降低窗、幕墙的传热系数。为减少直接进入室内的太阳辐射热，可以用低透型的low-e玻璃
25、，也可以借助各种各样的建筑外遮阳装置。 2.2 采暖空调系统的节能 采暖系统中的节能首先应该做到热源节能，改革传统供暖系统，提高调节效果是降低集中供热系统能耗的重要途径。 以煤为燃料的大型热电联产热源和大型锅炉房通过采用清洁煤燃烧技术，热效率高、低污染。若使锅炉稳定在某个最佳工况，系统末端配合快速的调节方式（天然气等），则可以避免调节带来的浪费，燃煤热源也可稳定运行，保证清洁与高效。 供暖系统中，60%的能耗是风机和水泵的输配能耗，这也是导致建筑能源消耗过高的主要原因。在集中供热系统中推广变频技术，不仅可以改善调节效果，同时也可以大幅降低运行费用，实现节能运行。 我国空调能耗已占总能耗的20%
26、左右，因而空调节能意义巨大。实现合理的运行调节是空调系统节能的关键。 空调节能需要结合整个建筑的结构、布局、功能等方面的通盘考虑，在室外温度较低时注意房间的通风，白天注意采用遮阳措施，空调运行时尽量关闭门窗等都是节能的有效措施。 2.3 照明动力系统节能目前，我国照明用电量已占总用电量的7%8%。照明节电已成为节能的重要方面。节电是在保证照度的前提下，推广高效节能照明器具，提高电能利用率。 科学选用电光源是照明节电的首要问题。电光源发光原理可分为两类。一类是热辐射电光源，如白炽灯、卤钨灯等。另一类是气体放电光源，如汞灯、钠灯、氮灯、金属卤化物灯等。气体放电光源比热辐射电光源高得多。一般情况下，
27、可逐步用气体放电光源替代热辐射电光源，并尽可能选用光效高的气体放电光源。 各类灯具中，荧光灯主要用于室内照明，汞灯和钠灯用于室外照明，也可将二者装在一起作混光照明。 选择照度是照明设计的重要问题。在满足标准照度的条件下，为节约电力，应恰当地选用一般照明、局部照明和混合照明3种方式，当一种光源不能满足显色性要求时，可采用两种以上光源混合照明的方式。同时，充分利用自然光，正确选择自然采光。充分利用室内受光面的反射性，也能有效地提高光的利用率。 加强照明用电管理是照明节电的重要方面。随手关灯；按户安装电表，实行计度收费；对集体宿舍安装电力定量器，限制用电。灯泡积污光通量可能降到正常光通量的50%以下
28、。应根据照明环境定期清洁灯泡、灯具和墙壁。 2.4 可再生能源在建筑中的应用具体讲，可再生能源在建筑中的应用重点可以分成6个方面：一是太阳能光热在建筑中的推广应用及太阳能光电在建筑中的应用研究；二是地源热泵、水源热泵在建筑中的推广应用；三是热电冷三联供技术在城市供热、空调系统中的研究与应用；四是生物质能发电技术的研究与应用；五是太阳能、沼气和风能在集镇中的推广应用；六是垃圾燃烧在发电、供热中的应用。 2.5 建筑能源系统的运行管理节能 由于系统的运行管理操作不够科学与规范造成系统大量的能量浪费，最主要的体现在：空调的操作和管理人员缺乏专业知识；对水泵、风机的节能普遍重视不够；过渡季节不懂得利用
29、室外空气降温；冷却塔质量差，导致制冷主机耗电增加。 通过以下措施可实现能源系统的运行管理节能： 合理降低室内给定值标准。实际生活中，民用空调可有一个范围较宽的舒适区，在该舒适范围内，夏季降温时，取较高的干球温度和相对湿度作设定值；冬季采暖时，取较低的干球温度和相对湿度作设定值，从而减少处理空气所耗费的能量； 减少新风量。从卫生要求出发，室内每人必须保证有一定的新风量。和固定新风量的情况相比较，调节新风量，冷负荷可减少到50%70%，热负荷可减少到近35%，手动调节不需要增加设备，比较简单，而且操作工作量不大；防止空调过冷和过热。 改变空调设备启动、停止时间。 实现空调运行管理的自动化。目前在空
30、调系统的运行中，大多数已采用分区多工况调节方式来达到经济运行的目的。但在工况间的相互转换方面，基本上还是由运行操作人员根据运行的状况和工况转换条件进行手动转换，从而会因为人为原因，而造成能量的过多损耗。建筑设备自动化系统可将建筑物的空调、电气、卫生、防火报警等进行集中管理和最佳控制，可通过预测室内、外空气状态参数以维持室内舒适环境为约束条件，把最小耗能量作为评价函数，来判断和确定所需提供的冷热量、冷热源和空调机、风机、水泵的运行台数，工作顺序和运行时间及空调系统各环节的操作运行方式，以达到最佳节能运行效果。3 建筑节能技术支撑条件3.1 健全政策法规体系 建筑节能必须首先由政府主导。而我国法律
31、对建筑节能缺少具体明确的规定。要建立健全建筑节能法规体系，应补充修改中华人民共和国节约能源法，增补建筑节能内容，加强法规建设。建筑节能管理条例出台后会加强对建筑节能的监管作用。 3.2 完善技术标准规范 目前我国建筑节能技术标准体系还不够健全，主要体现在以下几个方面，一是目前的建筑节能标准被分散到了不同专业的标准体系中，尚没有形成独立的体系，无法做到统筹规划部署相关节能标准的制修订；二是缺乏建筑节能标准的相关衍生物（如技术导则、指南、标准图集等），无法对标准的实施提供强有力的技术支持。从而无法为建筑节能工作的开展适时提供全面的、必要的技术依据。三是由于节能技术标准的编制缺乏科学的支撑基础，影响
32、了标准的编制进度和质量，同时标准实施缺乏相关技术和产品支持；四是缺乏建筑节能过程控制和最终的认定与评价标准。因此急需建立并实施建筑能效标识系统。 因此，随着建筑节能工作的发展，迫切需要建立和完善建筑节能技术标准体系，促进我国的建筑节能工作形成健康、持续的发展模式。 3.3 建立激励措施 制定节能省地型建筑经济激励政策是国务院明确的重点工作。有位德国专家在他提出的中国建筑节能建议书中说过，搞建筑节能就是要用胡萝卜加大棒的政策，两者缺一不可。所谓大棒，就是强制性的法规标准和征税；而胡萝卜，则是优惠政策。 为此，建议对不执行节能标准的新建（或改建、扩建）民用建筑工程恢复征收固定资产投资方向调节税，或者建筑
