伦敦西门子“水晶”建筑占地逾6300平方米,与其他同类办公楼相比,可节电50%,减少二氧化碳排放65%。
 


上海中信泰富广场通过量身定制的节能解决方案,第一年就节约能耗一百八十五万千瓦时。

 

    智慧城市的建设已在全国各地如火如荼地铺展开来,作为其主力建设之一的智能楼宇一座座拔地而起。何谓智能楼宇?如果把建筑物的结构和装修比成一个人健康的身体和俊美的外表,那么,通过各种现代化技术所构建的智能化系统,则使楼宇具备了“聪明”的大脑和敏锐的视觉、感觉、听觉以及触觉,可对建筑物内外的信息进行收集、处理,并通过智能化系统做出适当反应,为楼宇的管理者和使用者提供各种信息,提高人们的居住品质,给住户带来多元化信息以及安全、舒适、便利的生活环境。

    智能建筑正给人们的生产生活方式带来许多根本性的变化。在这一系列进程中,科技“笋盘”比比皆是。

    水泥加鼠标的时代来了

    在西方发达国家,楼宇智能化早已兴起。 1984年,美国联合科技的UTBS公司在康涅狄格州哈伏特市将一座金融大厦进行改造并取名City Place(都市大厦),主要增添了计算机设备、数据通信线路、程控交换机等,使住户可以得到通信、文字处理、电子函件、情报资料检索、行情查询等服务。同时,大楼内的所有空调、给排水、供配电设备、防火、保安设备都交由计算机进行控制,实现综合自动化、信息化。改造之后,大厦的功能发生了质的飞跃,大楼用户获得了经济舒适、高效安全的环境,世界上第一座智能化楼宇就此诞生。此后,全球的楼宇智能化建设走上了高速发展的轨道。

    中科院自动化研究所研究员陈龙告诉记者,智能建筑的发展是科学技术和经济水平的综合体现,它已成为一个国家、地区和城市现代化水平的重要标志之一。针对不同用途、不同人群、不同地域的差别,智能建筑将以人为本,为人们提供个性化的服务。据悉,我国智能建筑设计标准把智能建筑定义为:“以建筑为平台,兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统,集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合,向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。 ”

    自20世纪90年代初智能建筑技术引入我国之后,智能建筑技术在国内得到推广应用,其应用领域已从宾馆、商务楼扩展到住宅、城市综合体等建筑。目前,上海、天津、广州、深圳等城市已全面进入智能建筑建设的新一轮高潮期,继国内第一栋智能建筑北京发展大厦建成后,上海金茂大厦、上海世茂国际广场、南京中信银行大厦、首都机场新航站楼等智能楼宇也相继建成。

    对普通住户来说,智能楼宇的魅力或许在于更直观自如地“操控”。上周,由西门子开发,用来远程控制大楼自动化设备的手机应用HomeControl在安卓(Android)市场上架,此前这款应用只能在苹果iSO系统上使用。安卓版的发布意味着,将会有更多用户能够通过智能手机“操控”智能楼宇。据西门子相关负责人介绍,HomeControl支持6种语言,这一应用能实现远程楼宇进行自动化操作。无论白天黑夜,用户通过这一应用都可以随时监测和调节楼宇的供暖、通风、空调等设备和系统,从而使得楼宇的能源使用更加高效。

    有了这个程序,用户能方便地掌握供暖、通风和空调系统当前的运行状态和重要指标。如果系统不能有效运行或发生故障,应用会通知到用户。这一能耗指示功能采用不同颜色的符号来告知用户哪里有必要进行调整。如果发生问题,用户也能直接通过HomeControl进行调整。对楼宇物业的工作人员来说,他们不用再驻守中控室,只要一机在手,都能在别处自如掌握大楼的通风、空调、供暖等。不过,HomeControl本身不采取任何行动,只是提示客户各种节能的可能。启用远程访问,还能直接控制楼宇或住宅的舒适性。比如,当人们度假回来,在到家之前就可以提前打开供热系统;如果百叶窗忘记关了,屋主无论在哪里都可以“遥控”关闭它。

    能如此轻松地在手机上“操控”楼宇内设备的运作,除了楼宇的综合布线、安防等主导性要素外,“楼宇自控”是智能建筑的核心系统之一。忽略晦涩难懂的专业术语,所谓的“楼宇自控”即对楼宇内的电气设备进行检测、分析和控制以达到统一且高效管理的目的。由于建筑能耗过大的问题日益突出,这对量化降低能耗的要求变得越来越迫切,设计者不仅要把节能作为楼宇自控系统设计的出发点,还要能够有效地掌握和计量节能效果。另外,整个节能过程需要更加智能化,能将数据分析、自动决策等技术和人工控制用电、温度控制、设备节能等措施结合起来,为节能提供更加完善、详实的数据。

    近年来,设计上出现的新变化为楼宇自控企业带来了商机。很多智能化产品生产企业开始调整自己的经营战略,转向节能领域。三菱电机相关负责人向记者介绍,三菱电机提倡“可视化节能”概念,不仅注重改善设备性能,还依靠可视化、透明的管理方式,把握能量消耗的动向,对建筑运行提出针对性的意见。在楼宇节能项目实践中,三菱电机根据学校能耗的特点,将各类能耗集成到一套完整的能耗分析系统中,定期调整节能措施,达到良好的节能效果;通过分析学校建筑利用率的特点,对教室、宿舍等场所的空调、照明系统实现智能化程度较高的自动化控制,使学校的用电量有所下降。

    展望未来,西门子楼宇科技解决方案与服务负责人认为,安防和楼宇自动化之间的传统划分正在逐渐模糊,完善的、整体的危机处理和楼宇自动化解决方案及增值服务将是大势所趋。为满足这些需求,西门子提供的“全面楼宇解决方案”,能实现对多个技术基础系统的整合:电气安装、供暖、通风、气温控制、照明控制、门禁控制、视频监控、报警系统、火灾探测和疏散系统。

    “智商”升级,绿色更“深”

    从快餐店到耸立的办公楼,楼宇拥有各种各样的形状和尺寸。但是大多数建筑物有着两个共同点:对能源的胃口很大、能效提升潜力很大。实际上,根据美国和德国政府的统计数据,住宅和商用建筑消耗了全球40%的一次能源,并且排放了全球21%的二氧化碳。另一组研究数字显示,全球用于建筑物供热与照明的能耗占总能耗的比例高达40%左右。不过,随着智能楼宇管理系统的广泛采用,供电、供热网络的负荷将得以大大缓解。

    于是,这样的场景越来越普遍:当最后一个员工刷卡离开办公室,办公室里所有的照明就会自动关闭;炎炎夏日里,办公室内若只有两三名员工在工作,空调会根据室内人员数量自动调整室温;如果某一房间的室温过低或过高,系统会将报警信息送到相关管理人员的手机上以示提醒……还是那座钢筋水泥筑成的楼宇建筑,但因为其中密布着的一张无形信息大网,而使楼宇的“智商”整体升级,从而变得更加绿色。实际上,智能建筑本身的发展,以及它经过的历程,也正朝着绿色建筑的方向行进着。

    绿色建筑我们并不陌生,最直观的释义就是建筑能够实现节能降耗的目的。西门子楼宇科技技术总监钟庆华表示,国际协会对绿色建筑有正式的定义。“绿色建筑要求对某个结构及其周围环境的设计、建造及运行首先要符合更加有效地使用资源(如能源,水,原料等)。其次,绿色建筑要减少浪费、污染和对环境的损害。再者,绿色建筑能改善居住者的健康与生产力的特点。绿色建筑的特点是它们都有绿色可持续场地评价,做到建筑节水、能源利用与大气保护,它们合理利用资源,室内环境质量优并且采用创新的设计流程。 ”

    可见,对“绿色”楼宇的定义,不单单是将系统安装在一栋楼,通过硬件达到节能降耗的效果,还要辅以能耗监控,辅以节能措施,降低用电量。钟庆华向记者介绍,楼宇真正的成本在于设计、建造、运营以及60年后的重建。一栋楼80%成本在运营中产生,其中能耗占40%,运营成本占60%。 “由此,我们对建筑有了新的思考。建筑物中,我们可以对绝缘材料、供热与制冷、照明和电器进行减排投资。”经西门子测算,供热与制冷以及照明的减排投资回报率最高。

    “西门子从上世纪90年代就开始关注建筑节能。”钟庆华表示,“通过西门子合同能源管理的方式,客户无需承担任何费用,西门子对建筑物的供热制冷、照明减排等进行科学合理的设计和改造,从而实现降低能耗、提高运行效率,并通过以此节约的成本来支付项目所需费用。 ”据了解,目前西门子已广泛参与到绿色节能建筑领域,参与了香港第一个零碳建筑、北京市朝阳区政府办公楼等项目。

    据悉,2011年投入使用的西门子上海中心获得了美国绿色建筑委员会颁发的LEED金奖认证,与国内同等规模的楼宇相比,可节能30%,年减排二氧化碳1400吨。整个园区采用了多项西门子节能技术,通过能源管理和控制系统、高效泵机和风扇变频器、节水卫生设施、热量回收以及智能高效的照明和遮阳系统等,有效地提高并优化能源及自然资源在楼宇中的使用。“上海西门子大楼采用了最大化的日光照射,灯光控制系统,我们力争尽量采用自然光照明等等。”钟庆华补充说,仅从大楼第一年的运行数据来看,就节电105万千瓦时,减少二氧化碳排放340吨,节约电费113万元,比不采取节能措施节约20%。

    近年来,大城市里的城市综合体如雨后春笋般多起来。城市综合体就是将城市中的商业、办公、居住、旅店、展览、餐饮、会议、文娱和交通等城市生活空间的三项以上进行组合,并在各部分间建立一种相互依存、相互助益的能动关系,从而形成一个多功能、高效率的综合体。其与多功能建筑的区别就在于,城市综合体是将各种功能的建筑优化之后组成的有机体,也就是说,它本身就是一种能效节约的产物。事实上,城市综合体还可以实现更高效的能源集约化。

    据了解,城市综合体的能耗随着各功能区的不同组合而呈现不同的变化趋势。一般而言,空调耗电占到总能耗的50%左右。而城市综合体的节能挑战在于:第一,业态多样,客户需求差异大,能耗特点各不相同;第二,冷热负荷波动范围大,用能峰值处于用电高峰期;第三,系统庞大繁杂,运营方案复杂多变。

    不难发现,这些既是节能的难点,也可以是提高能效的突破点。钟庆华介绍说,以上海闹市的中信泰富广场为例,这个城市综合体是集大型购物广场、商场、商务办公等功能于一体的地标性建筑,通过最近实施的节能改造,实现了降低大楼运营成本、提高设备可靠性以及提高环境舒适性等多个目标。西门子在对中信泰富广场的能耗情况进行详细审计、调研和评估后,为其量身定做了相应的节能解决方案,对相应的设备和系统进行了升级改造,主要包括锅炉节能控制系统、蓄冷/蓄热空调节能系统、灯具及照明控制系统、自动扶梯节能控制系统等,采用了城市综合体能效监控平台、能量按需分配控制、新风按需送风控制、排风余热回收等新技术。

    如今的中信泰富广场已然是一座高效节能型城市综合体,改造后第一年即节能达到185万千瓦时,节约人民币折合153万余元;第二年节能达到172万千瓦时,节约人民币折合142万余元。据记者了解,虽然节能改造的花费代价不菲,但投资回报超出预期,仅需3.5年即可收回全部投资。

    智能楼宇,聪明用电

    随着智能楼宇技术和智能电网技术的不断成熟,这两者也碰撞出新的火花。

    在阿联酋的沙漠中,一座未来的环保之城呼之欲出。这座名为马斯达尔的城市毗邻阿联酋首府阿布扎比,汇集了来自全球的能工巧匠。该城市在建成后能够容纳5万名居民,其能源需求将完全由可再生能源满足,同时还能实现二氧化碳零排放。据了解,该市的电力将主要由太阳能热电厂及光伏装置提供。

    马斯达尔的规划者希望能够通过提高能源效率,来冲抵部署先进能源解决方案的高额成本。事实上,马斯达尔居民的人均用电量预计仅为目前水平的1/5。

    如果将极具前瞻意识的规划与现代技术完美结合,这一目标完全可以实现。遵循这一理念,马斯达尔的建筑物相对较为集中,如此便能够相互遮光,进而减少对空调的使用需求。除此之外,城市所有的建筑物都将建于混凝基座之上,这样有助于在楼宇底部形成空气流通,从而保持凉爽的室温。统计显示,目前空调占阿布扎比总能耗的比例高达70%,而规划中的这些建筑措施则有望使马斯达尔的这一比例大大降低。

    马斯达尔的绿色环保、高新技术理念由英国建筑师诺曼·福斯特提出,预计这座城市将于2016年竣工。一旦这一理念经证明是行之有效的,那么世界各地的城市规划者与建筑师就能根据这个项目中的新技术,制定并调整规划。马斯达尔当然非常独特。毕竟,这种能够从城市建设最初就着眼于最大程度地降低环境影响的机会极为难得。

    对于智能楼宇管理技术的需求倒是无处不在。以工业化国家为例,建筑物已经开始从纯粹的能源消费者定位朝着电力市场的积极参与者转变在市场上出售自身生产的电力。供职于瑞士楚格西门子楼宇科技集团、专攻能源效率技术的沃克·爵根指出,“越来越多的建筑都配备了自己的光伏发电系统或小型风力发电厂,而智能电表的应用将带来诸多变化。 ”

    这些小巧的智能电表除用于显示用电量之外,还将能够与家用电器及电力公司实现互联互通。根据欧盟的一项指令以及德国的法律法规,自2010年起,所有新建的现代化楼宇都必须配备智能电表。通过这种方式,消费者能够更清楚地了解自己的用电成本,而电力公司也能更准确地预测用电需求,进而推出新产品,包括每15分钟调整一次的动态定价机制。由于能够更方便地“疏散”用电需求,这使得所有电网的供电压力得以缓解。事实上,据专家预测,通过这种方式,可节省高达20%的电能。

    当然,智能建筑借助智能电网可实现的节能比例 “因楼而异”,一般来说,建筑物均能实现20%-25%的节能幅度。爵根举例说明:“购物中心的节能潜力通常可高达50%,写字楼介于20%至30%之间,而医院则为5%至10%。 ”这些差异主要取决于建筑物的用途。以欧洲为例,当地许多购物中心每天开放时间通常为10至12个小时,且逢周日休息。但医院则不同,必须全天候地运转。“这就是为什么医院节能空间不大的原因。同样的,写字楼的暖气可以关,但医院仍然行不通。”位于美国的西门子零售与商业系统公司(RCS)专门从事大型连锁商场的能源管理,来自该公司的数据证实了这一点。尽管电力成本不断攀升,但是该公司客户的电费却降低了15%-30%。鉴于美国商用建筑占楼宇总能耗的比例高达46%,因此RCS对能源需求的潜在长期影响将是巨大的。

    先进技术不仅能够帮助热带和温带地区实现节能,在严寒地区同样也能够发挥成效。以瑞士阿尔卑斯俱乐部新建的罗萨山小屋为例。这幢坐落于海拔2883米的建筑将在很大程度上实现自给自足这还得归功于西门子提供的先进楼宇技术与组件。楼宇的电力平常将由光伏系统提供,而配备的热电联产机组将能提供应急电力。为了最大限度地提高能源效率,该建筑的控制系统将根据天气预报及预定信息,对电力与供暖系统以及储能与用电需求进行协调。与此同时,控制系统还将采用巧妙的算法,定期计算出最佳的终点温度,以求以最少的资源消耗来实现舒适的室内环境,从而杜绝能源浪费。

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