智能樓宇與節能解決方案

智能樓宇基本概念

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

國內外發展現狀

智能樓宇蓬勃發展，以美國和日本興建的zui多。日本*次引進智能樓宇的概念是在1984年的夏天，近十多年來，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域進行全面的綜合研究并提出有關理論和進行實踐的有代表性的國家之一。新加坡政府為推廣智能樓宇，撥巨資進行專項研究，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始建設“智能城”，智能樓宇的發展形勢可謂是如日中天。由于智能樓宇具有、節能、舒適等突出優點，在歐、美、日及世界各地迅速發展，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展，近幾年來，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始轉向大型公共建筑，例如，會展中心、圖書館、體育場館等，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

智能樓宇是指通過建筑物的結構、系統、服務和管理等4個基本要素之間的內在，運用系統工程的觀點，對它們進行優化組合（系統集成），提供一個投資合理，環境、舒適、安全、方便的建筑物。

智能樓宇應滿足以下兩個基本要求、達到四個主要目標、實現三項服務功能。

兩個基本要求

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

對大廈的使用者來說，有一個利于提高工作效率、激發人的創造性的環境。

四個基本目標

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境。

節約管理費用，達到短期投資長期受益的目標。

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

三項服務功能

安全服務功能

安全服務功能包括：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。

舒適服務功能

舒適服務功能包括：空調通風、供熱、給排水、電力供應、閉路電視、多媒體音響、智能卡、停車場管理、體育和娛樂管理等。

便捷服務功能

便捷服務功能包括：辦公自動化、通信自動化、計算機網絡、結構化綜合布線、商業服務、飲食業服務、酒店管理等。

智能樓宇的組成和功能

智能樓宇按組成來說，一般可由 10個弱電子系統共同構成。它們分別是：中央計算機及網絡系統（Center Computer System ，CCS）、辦公自動化系統（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）、音視頻及共用天線系統（Central Antenna evision ，CATV）、停車場管理系統（Car-parking Management System ，CMS）和綜合布線系統（Premises Distribution System ，PDS）。按體系結構來說，智能樓宇是由智能樓宇集成管理系統通過綜合布線系統將樓宇自動化系統（BAS）、通信自動化系統（CAS）和辦公自動化系統（OAS）三大要素連接起來并予以管理和控制的，即通常所說的3A智能樓宇。在智能化建筑環境內體現智能化功能的就是由SIC、PDS和3A系統等五個部分組成。

智能樓宇的系統集成中心（System  Integrated  center，簡稱SIC）。

它具有各個智能化系統信息總匯集和各類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，以實現各智能化系統之間的信息交換及通訊協議（接口、命令等）。

對大廈各個智能化系統的綜合管理。

對大廈內各種網絡管理，必須具有很強的信息處理及數據通訊能力。

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

它為整個大廈的光電信息傳輸提供技術標準統一（ISO標準）、傳輸介質統一（五類雙絞線以及光纖）、布線結構整齊一致（模塊化的星形結構），適應多種信息（語音、圖像、數據等）傳輸、管理配置靈活（按需跳接線即可）、維護方便（系統而完整的各類標記：如標簽、標記排、標記帶等）的信息傳輸通道。它所采用的五類雙絞線傳輸帶寬為100MHZ，水平距離為100米。通過信息插座，可把各種適配器連接各種設備，比如通過網卡連接微機，通過ISDN適配器連接ISDN終端，通過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、水平布線子系統、垂直干線子系統、管理子系統、設備子系統及大廈室外連接子系統等六個部分組成。

樓宇自動化系統（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、停車場、廢物處理等大量機電設備進行有條不紊綜合協調，科學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、長壽命運行可信賴的保證。樓宇自動化系統必須包括以下三個系統：

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設在現場各被控設備附近的控制分站來完成上述工作。

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越受到重視。出入警衛、防盜、防災、防火、車庫管理、商業秘密等都屬安全保衛系統。它采用了身份卡、閉路電視、遙感、傳感控制等來實現安全保衛要求。

能源管理子系統：它的任務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。

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

通訊網絡是智能樓宇的“中樞神經”。它由各種通信設備、通信線路和相關計算機軟件組成。它主要包括傳送話音、數據和圖像的基本通信網絡，實現樓層間各種終端、微機、工作站之間通信的樓層局域網；溝通樓群或樓內計算機與樓內各個局域網間通信的樓群或樓內高速主干網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。

一般來說，一幢建筑應有一個高速主干通信網絡，每個樓層有一個或幾個局域網，各局域網連接到高速主干網。高速主干網溝通計算機中心主機及各局域網，同時負責實現樓群間的通信連網。

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

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

圖文通訊在當今智能樓宇中，可實現傳真，可視數據檢索，電子郵件，電視會議等多種通訊業務。由于數字傳送和分組交換技術發展及采用大容量高速數字通訊線路實現多種通訊方式，使得根據需要選定經濟而通訊線路成為可能。

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

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

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

智能樓宇中要處理行政、財務、商務、檔案、報表、文件等管理業務，安全保衛業務、防災害業務。這些業務特點是部門多、綜合性強、業務量大，時效性高。沒有科學的辦公自動化系統來處理這些業務是不可能想象的。因此辦公自動化系統被譽為智能樓宇的忠實可靠的人事、財務、行政、保衛、后勤的總管。

OAS系統是在CAS系統基礎上建立起來的信息系統，主要由日常事務型和決策型兩個子系統組成。前一個子系統是通用的，主要是提高人們的工作效率，后一個子系統是與人們從事的工作領域有關，是“專門領域的應用信息系統”，如金融領域的信息系統。

辦公自動化是把計算機技術、通信技術、系統科學及行為科學，應用于傳統的數據處理技術所難以處理、數量龐大且結構不明確的業務上。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，為科學管理和科學決策提供服務。辦公自動化是一種用高新技術來支撐的，輔助人們辦公的先進手段。從它的業務性質來看，主要有三種類型：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境中心的節能應用案例

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

挑戰：此項目主要目標是設計一個比傳統的HVAC系統更為有效的冷熱循環系統，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量。

解決方案：此建筑選擇安裝LonWorks自動化系統。PE，LEED Acc redited eQuest公司的Joseph Pustai說：“我們決定所有合作的廠商的產品都基于LonWorks技術。”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封閉的管道給冷凝器和蒸發器供水。每個水源熱泵都有一個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)。它有兩個驅動需用于分別控制送風機和回風機，還有一個回轉式熱交換器用來對進入大樓的新風進行預處理和從排風中回收熱量。大樓地下室有兩個熱泵，一個用來給ERV設備提供加熱和冷卻水， 用來保證送進來的空氣溫度適中。另一個用來給位于一層的加熱系統提供能量， 這是一個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 傳感器用來監控新風恒溫系統，這會減少能量損耗。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，通過編程用它們來對細節和程序進行的控制，這些在控制器還監控安裝在屋頂的三個溫度分布傳感器。

安裝在屋頂表面的傳感器的面積為5×5英尺。一個傳感器被涂成了黑色，一個被涂成了白色。還有一個被屋頂花園覆蓋。系統檢測屋頂的溫度分布， 并以此來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LON電量表監測的大樓用電量來進行比較。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圖中。

來自于Distech Controls授權方案提供商Thermal Dynamics的自動系統工程師Scott Uline說：“我們選擇Techcon產品是因為我們確信他們的產品可以滿足項目的要求，Techcon產品線非常全、非常靈活， 同時還非常易用。”整個系統使用Techcon的LonWatcher軟件來管理的， 同時還裝有提供瀏覽器訪問界面的WebWatcher服務。為了方便教學還在大廳里安裝了一套×LoN觸摸屏電腦。×LoN電腦通過大樓里的局域網連接到LonWatcher的LNS數據庫里。中心的參觀者通過LoN 網絡能看到所有參數。

系統收益：這套系統提供了zui大的能源利用率和的空氣質量。Distech Controls董事長Etienne Veilleux說：“Distech Controls產品為用戶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WebWatcher軟件，可以在任意時間、任意地點對系統進行監控。此系統不僅減少了建設和運營成本， 提供集成管理監控系統， 還為克利夫蘭環境中心發展綠色建筑技術和完成教學任務提供了強有力的支持。

智能樓宇的發展前景

從智能樓宇功能來看，實現智能樓宇功能主要依賴于計算機技術、自動控制技術和通信技術等(即所謂“3C”技術)以及集成技術。以它們為主構成了樓宇智能化技術。

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、馬來西亞等地的智能樓宇也方興未艾。據有關方面統計，美國的智能樓宇超過萬幢，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。

樓宇智能化技術是隨著智能樓宇的發展而進步的，一方面，它對智能化技術提出了更多更高的要求；另一方面，它也需要智能化技術的全面支持?？梢灶A料，隨著智能樓宇的發展，除了對“3A”有進一步要求外，對效率、舒適、便捷等方面要求將更高，將有更多學科的高新技術應用到智能樓宇中。