智能樓宇與節能解決方案

智能樓宇基本概念

智能樓宇是樓宇發(fā)展的階段。對于智能樓宇，由于智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，至今仍無(wú)統一的定義。智能樓宇物研究機構認為“通過(guò)對建筑物的結構、系統、服務(wù)和管理方面的功能以及其內在，以*化的設計，提供一個(gè)投資合理又擁有率的優(yōu)雅舒適、便利快捷、高度安全的環(huán)境空間。智能樓宇能夠幫助樓宇的主人，財產(chǎn)的管理者和擁有者等意識到，他們在諸如費用開(kāi)支、生活舒適、商務(wù)活動(dòng)和人身安全等方面將得到zui大利益的回報。”

國內外發(fā)展現狀

智能樓宇蓬勃發(fā)展，以美國和日本興建的zui多。日本*次引進(jìn)智能樓宇的概念是在1984年的夏天，近十多年來(lái)，相繼建成了野村證券大廈、NEC總公司大樓等。日本是在智能樓宇領(lǐng)域進(jìn)行全面的綜合研究并提出有關(guān)理論和進(jìn)行實(shí)踐的有代表性的國家之一。新加坡政府為推廣智能樓宇，撥巨資進(jìn)行專(zhuān)項研究，計劃將新加坡建成“智能城市花園”。此外，印度也于1995年起在加爾各答的鹽湖開(kāi)始建設“智能城”，智能樓宇的發(fā)展形勢可謂是如日中天。由于智能樓宇具有、節能、舒適等突出優(yōu)點(diǎn)，在歐、美、日及世界各地迅速發(fā)展，引起普遍重視。

我國智能樓宇的起步較晚，直到80年代末才有較大的發(fā)展，近幾年來(lái)，在北京、上海、廣州等大城市，相繼建起了數幢具有相當水平的智能樓宇。北京的發(fā)展大廈可謂是我國智能樓宇的雛形，而后相繼出現了上海的金茂大廈、青島的中銀大廈等具有相當高水平的智能大廈。據不*統計國內已建成的智能樓宇約有一千四百棟，基本按標準設計、施工和管理。當前國內的智能樓宇開(kāi)始轉向大型公共建筑，例如，會(huì )展中心、圖書(shū)館、體育場(chǎng)館等，據國外預測，本世紀*的智能樓宇將有一半以上在中國建成。

智能樓宇的目標

智能樓宇是指通過(guò)建筑物的結構、系統、服務(wù)和管理等4個(gè)基本要素之間的內在，運用系統工程的觀(guān)點(diǎn)，對它們進(jìn)行優(yōu)化組合（系統集成），提供一個(gè)投資合理，環(huán)境、舒適、安全、方便的建筑物。

智能樓宇應滿(mǎn)足以下兩個(gè)基本要求、達到四個(gè)主要目標、實(shí)現三項服務(wù)功能。

兩個(gè)基本要求

對大廈管理者來(lái)說(shuō)，智能樓宇應當有一套管理、控制、運行、維護的通信設施，能夠花較少的經(jīng)費及時(shí)地與外界取得（例如：消防隊、醫院、安全保衛機關(guān)、新聞單位等）。

對大廈的使用者來(lái)說(shuō)，有一個(gè)利于提高工作效率、激發(fā)人的創(chuàng )造性的環(huán)境。

四個(gè)基本目標

能夠提供高度共享的信息資源。

確保提高工作效率和舒適的工作環(huán)境。

節約管理費用，達到短期投資長(cháng)期受益的目標。

適應管理工作的發(fā)展需要，做到具有可拓展性、可變性、適應環(huán)境的變化和工作性質(zhì)的多樣化。

三項服務(wù)功能

安全服務(wù)功能

安全服務(wù)功能包括：防盜報警、出入口控制、閉路電視監視、保安巡更管理、電梯安全與運控、周界防衛、火災報警、消防、應急照明、應急呼叫等。

舒適服務(wù)功能

舒適服務(wù)功能包括：空調通風(fēng)、供熱、給排水、電力供應、閉路電視、多媒體音響、智能卡、停車(chē)場(chǎng)管理、體育和娛樂(lè )管理等。

便捷服務(wù)功能

便捷服務(wù)功能包括：辦公自動(dòng)化、通信自動(dòng)化、計算機網(wǎng)絡(luò )、結構化綜合布線(xiàn)、商業(yè)服務(wù)、飲食業(yè)服務(wù)、酒店管理等。

智能樓宇的組成和功能

智能樓宇按組成來(lái)說(shuō)，一般可由 10個(gè)弱電子系統共同構成。它們分別是：中央計算機及網(wǎng)絡(luò )系統（Center Computer System ，CCS）、辦公自動(dòng)化系統（Office Automation System ，OAS）、樓宇設備自控系統（Building Automation System ，BAS）、保安管理系統（Security Management System，SMS）、智能卡系統（Smart Card System ，SCS）、火災報警系統（Fire Alarm System ，FAS）、內部通信系統（Inter-Communication System ，ICS）、音視頻及共用天線(xiàn)系統（Central Antenna evision ，CATV）、停車(chē)場(chǎng)管理系統（Car-parking Management System ，CMS）和綜合布線(xiàn)系統（Premises Distribution System ，PDS）。按體系結構來(lái)說(shuō)，智能樓宇是由智能樓宇集成管理系統通過(guò)綜合布線(xiàn)系統將樓宇自動(dòng)化系統（BAS）、通信自動(dòng)化系統（CAS）和辦公自動(dòng)化系統（OAS）三大要素連接起來(lái)并予以管理和控制的，即通常所說(shuō)的3A智能樓宇。在智能化建筑環(huán)境內體現智能化功能的就是由SIC、PDS和3A系統等五個(gè)部分組成。

智能樓宇的系統集成中心（System  Integrated  center，簡(jiǎn)稱(chēng)SIC）。

它具有各個(gè)智能化系統信息總匯集和各類(lèi)信息的綜合管理的功能。具體要達到以下三方面要求：

匯集大廈內外各種信息。接口界面要標準化、規范化，以實(shí)現各智能化系統之間的信息交換及通訊協(xié)議（接口、命令等）。

對大廈各個(gè)智能化系統的綜合管理。

對大廈內各種網(wǎng)絡(luò )管理，必須具有很強的信息處理及數據通訊能力。

綜合布線(xiàn)系統（Premises  Distribution  System ，PDS）。

它為整個(gè)大廈的光電信息傳輸提供技術(shù)標準統一（ISO標準）、傳輸介質(zhì)統一（五類(lèi)雙絞線(xiàn)以及光纖）、布線(xiàn)結構整齊一致（模塊化的星形結構），適應多種信息（語(yǔ)音、圖像、數據等）傳輸、管理配置靈活（按需跳接線(xiàn)即可）、維護方便（系統而完整的各類(lèi)標記：如標簽、標記排、標記帶等）的信息傳輸通道。它所采用的五類(lèi)雙絞線(xiàn)傳輸帶寬為100MHZ，水平距離為100米。通過(guò)信息插座，可把各種適配器連接各種設備，比如通過(guò)網(wǎng)卡連接微機，通過(guò)ISDN適配器連接ISDN終端，通過(guò)圖像適配器連接攝像機，當然，像則可直接插上去即可。PDS通常是由工作區（終端）子系統、水平布線(xiàn)子系統、垂直干線(xiàn)子系統、管理子系統、設備子系統及大廈室外連接子系統等六個(gè)部分組成。

樓宇自動(dòng)化系統（Building Automation System，BAS）。

它對智能樓宇中的暖通、空調、電力、照明、給排水、消防、電梯、停車(chē)場(chǎng)、廢物處理等大量機電設備進(jìn)行有條不紊綜合協(xié)調，科學(xué)地運行管理及維護保養工作。它為所有機電設備提供了安全、可靠、節能、長(cháng)壽命運行可信賴(lài)的保證。樓宇自動(dòng)化系統必須包括以下三個(gè)系統：

建筑物管理子系統：對大廈內所有機電設備完成運行狀態(tài)監視，報表編制，起?？刂萍熬S護保養，事故診斷分析的系統。大廈中央管理系統通過(guò)設在現場(chǎng)各被控設備附近的控制分站來(lái)完成上述工作。

安全保衛子系統：在具備高度信息化辦公室內對安全保衛系統的重要性越來(lái)越受到重視。出入警衛、防盜、防災、防火、車(chē)庫管理、商業(yè)秘密等都屬安全保衛系統。它采用了身份卡、閉路電視、遙感、傳感控制等來(lái)實(shí)現安全保衛要求。

能源管理子系統：它的任務(wù)是在不降低舒適性的前提下，達到節能因而降低運行費用的目的。

通信自動(dòng)化系統（Communication Automation System，CAS）。

通訊網(wǎng)絡(luò )是智能樓宇的“中樞神經(jīng)”。它由各種通信設備、通信線(xiàn)路和相關(guān)計算機軟件組成。它主要包括傳送話(huà)音、數據和圖像的基本通信網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現樓層間各種終端、微機、工作站之間通信的樓層局域網(wǎng)；溝通樓群或樓內計算機與樓內各個(gè)局域網(wǎng)間通信的樓群或樓內高速主干網(wǎng)以及與公共信息資源（如Internet， China PAC， China DDN等等）相通的遠程數據通信。

一般來(lái)說(shuō)，一幢建筑應有一個(gè)高速主干通信網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)樓層有一個(gè)或幾個(gè)局域網(wǎng)，各局域網(wǎng)連接到高速主干網(wǎng)。高速主干網(wǎng)溝通計算機中心主機及各局域網(wǎng)，同時(shí)負責實(shí)現樓群間的通信連網(wǎng)。

CAS能高速處理智能樓宇內外各種圖像、文字、語(yǔ)言及數據之間的通訊。目前，一般可分為衛星通訊、圖文通訊、語(yǔ)言通訊及數據通訊等四個(gè)子系統。

衛星通訊突破了傳統的地域觀(guān)念，實(shí)現了相距*近在眼前的信息交往。起到了零時(shí)差信息的重要作用。

圖文通訊在當今智能樓宇中，可實(shí)現傳真，可視數據檢索，電子郵件，電視會(huì )議等多種通訊業(yè)務(wù)。由于數字傳送和分組交換技術(shù)發(fā)展及采用大容量高速數字通訊線(xiàn)路實(shí)現多種通訊方式，使得根據需要選定經(jīng)濟而通訊線(xiàn)路成為可能。

語(yǔ)言通訊系統可給用戶(hù)提供預約呼叫、等候呼叫、自動(dòng)重撥、快速撥號、轉向呼叫、直接撥入、用戶(hù)帳單報告、語(yǔ)言郵政（E--mail）等上百種不同特色的通訊服務(wù)。

數據通訊系統可供用戶(hù)建立區域網(wǎng)，以聯(lián)接其辦公區內電腦及其外部設備完成電子數據交換業(yè)務(wù)（EDI）。多功能自動(dòng)交換系統還可以使不同售主的電腦相互之間進(jìn)行通訊。

辦公自動(dòng)化系統（Office  Automation  System，OAS）。

智能樓宇中要處理行政、財務(wù)、商務(wù)、檔案、報表、文件等管理業(yè)務(wù)，安全保衛業(yè)務(wù)、防災害業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)特點(diǎn)是部門(mén)多、綜合性強、業(yè)務(wù)量大，時(shí)效性高。沒(méi)有科學(xué)的辦公自動(dòng)化系統來(lái)處理這些業(yè)務(wù)是不可能想象的。因此辦公自動(dòng)化系統被譽(yù)為智能樓宇的忠實(shí)可靠的人事、財務(wù)、行政、保衛、后勤的總管。

OAS系統是在CAS系統基礎上建立起來(lái)的信息系統，主要由日常事務(wù)型和決策型兩個(gè)子系統組成。前一個(gè)子系統是通用的，主要是提高人們的工作效率，后一個(gè)子系統是與人們從事的工作領(lǐng)域有關(guān)，是“專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域的應用信息系統”，如金融領(lǐng)域的信息系統。

辦公自動(dòng)化是把計算機技術(shù)、通信技術(shù)、系統科學(xué)及行為科學(xué)，應用于傳統的數據處理技術(shù)所難以處理、數量龐大且結構不明確的業(yè)務(wù)上。即在辦公室中，以微型計算機為中心，采用傳真機、復印機、打印機、電子郵件等一系列現公及通訊設備，全面而又廣泛地收集、整理、加工、使用信息，為科學(xué)管理和科學(xué)決策提供服務(wù)。辦公自動(dòng)化是一種用高新技術(shù)來(lái)支撐的，輔助人們辦公的先進(jìn)手段。從它的業(yè)務(wù)性質(zhì)來(lái)看，主要有三種類(lèi)型：電子數據處理（Electronic  Data  Processing ，EDP）、管理信息系統（Management  Information  System ，MIS）、決策支持系統（Decision  Support  System ，DSS）。

對于智能樓宇的總體結構的基本型如圖所示：

智能樓宇的節能案例

俄亥俄州克里夫蘭環(huán)境中心的節能應用案例

克利夫蘭環(huán)境中心在一座1918年建成的銀行的基礎上改建而來(lái)，它是美國歷*的標志性建筑，節能減排技術(shù)在樓里的應用給人們提供了一個(gè)健康的工作環(huán)境。

挑戰：此項目主要目標是設計一個(gè)比傳統的HVAC系統更為有效的冷熱循環(huán)系統，要求此建筑的能量有效利用率要比常規建筑高33％ 。并且室內空氣監控系統能提供更的室內空氣質(zhì)量。

解決方案：此建筑選擇安裝LonWorks自動(dòng)化系統。PE，LEED Acc redited eQuest公司的Joseph Pustai說(shuō)：“我們決定所有合作的廠(chǎng)商的產(chǎn)品都基于LonWorks技術(shù)。”此建筑的HVAC系統包含很多節能設計。zui重要的設備是水源熱泵， 它們利用地下水源通過(guò)封閉的管道給冷凝器和蒸發(fā)器供水。每個(gè)水源熱泵都有一個(gè)LON恒溫器或者使用Techcon EasyControlsⅢ EC—FCC設備作為其熱泵控制器。

大樓的屋頂裝有能量回收裝置(ERV，Energy Recovery Unit)。它有兩個(gè)驅動(dòng)需用于分別控制送風(fēng)機和回風(fēng)機，還有一個(gè)回轉式熱交換器用來(lái)對進(jìn)入大樓的新風(fēng)進(jìn)行預處理和從排風(fēng)中回收熱量。大樓地下室有兩個(gè)熱泵，一個(gè)用來(lái)給ERV設備提供加熱和冷卻水， 用來(lái)保證送進(jìn)來(lái)的空氣溫度適中。另一個(gè)用來(lái)給位于一層的加熱系統提供能量， 這是一個(gè)空間設計特性要求的備份加熱系統。

大樓內還有一些控制器和CO 傳感器用來(lái)監控新風(fēng)恒溫系統，這會(huì )減少能量損耗。方案中使用了Techcon EasyControls EC一4c、EC一8c和EC一12c自由編程控制器，通過(guò)編程用它們來(lái)對細節和程序進(jìn)行的控制，這些在控制器還監控安裝在屋頂的三個(gè)溫度分布傳感器。

安裝在屋頂表面的傳感器的面積為5×5英尺。一個(gè)傳感器被涂成了黑色，一個(gè)被涂成了白色。還有一個(gè)被屋頂花園覆蓋。系統檢測屋頂的溫度分布， 并以此來(lái)檢測屋頂花園的能量效率。不同的屋頂區域的能量效率通過(guò)LON電量表監測的大樓用電量來(lái)進(jìn)行比較。Techcon EasyControls系統監測整棟大樓的能量消耗， 并將此與屋頂傳感器的能量吸收數據比較后顯示在曲線(xiàn)圖中。

來(lái)自于Distech Controls授權方案提供商Thermal Dynamics的自動(dòng)系統工程師Scott Uline說(shuō)：“我們選擇Techcon產(chǎn)品是因為我們確信他們的產(chǎn)品可以滿(mǎn)足項目的要求，Techcon產(chǎn)品線(xiàn)非常全、非常靈活， 同時(shí)還非常易用。”整個(gè)系統使用Techcon的LonWatcher軟件來(lái)管理的， 同時(shí)還裝有提供瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)界面的WebWatcher服務(wù)。為了方便教學(xué)還在大廳里安裝了一套×LoN觸摸屏電腦。×LoN電腦通過(guò)大樓里的局域網(wǎng)連接到LonWatcher的LNS數據庫里。中心的參觀(guān)者通過(guò)LoN 網(wǎng)絡(luò )能看到所有參數。

系統收益：這套系統提供了zui大的能源利用率和的空氣質(zhì)量。Distech Controls董事長(cháng)Etienne Veilleux說(shuō)：“Distech Controls產(chǎn)品為用戶(hù)zui大程度的節約了能源。”LonWatcher軟件集中管理監控系統，從而避免了因為多系統信號傳遞的中斷。此外，通過(guò)WebWatcher軟件，可以在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)對系統進(jìn)行監控。此系統不僅減少了建設和運營(yíng)成本， 提供集成管理監控系統， 還為克利夫蘭環(huán)境中心發(fā)展綠色建筑技術(shù)和完成教學(xué)任務(wù)提供了強有力的支持。

智能樓宇的發(fā)展前景

從智能樓宇功能來(lái)看，實(shí)現智能樓宇功能主要依賴(lài)于計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等(即所謂“3C”技術(shù))以及集成技術(shù)。以它們?yōu)橹鳂嫵闪藰怯钪悄芑夹g(shù)。

美國、日本zui早的智能樓宇為日后興起的智能樓宇勾劃了基本的特征。隨后智能樓宇便蓬勃發(fā)展，以美國和日本興建的zui多。此外在法國、瑞典、英國等歐洲國家和香港、新加坡、馬來(lái)西亞等地的智能樓宇也方興未艾。據有關(guān)方面統計，美國的智能樓宇超過(guò)萬(wàn)幢，日本新建的大樓中60%是智能樓宇。

我國智能樓宇的起步較晚，直到20世紀年代末才有較大發(fā)展，近幾年在北京、上海、廣州等大城市，相繼建成了若干具有相當水平的智能樓宇。

樓宇智能化技術(shù)是隨著(zhù)智能樓宇的發(fā)展而進(jìn)步的，一方面，它對智能化技術(shù)提出了更多更高的要求；另一方面，它也需要智能化技術(shù)的全面支持?？梢灶A料，隨著(zhù)智能樓宇的發(fā)展，除了對“3A”有進(jìn)一步要求外，對效率、舒適、便捷等方面要求將更高，將有更多學(xué)科的高新技術(shù)應用到智能樓宇中。