智能楼宇与节能解决方案

智能楼宇基本概念

智能楼宇是楼宇发展的阶段。对于智能楼宇，由于智能化技术的不断发展，至今仍无统一的定义。智能楼宇物研究机构认为“通过对建筑物的结构、系统、服务和管理方面的功能以及其内在，以*化的设计，提供一个投资合理又拥有率的优雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。智能楼宇能够帮助楼宇的主人，财产的管理者和拥有者等意识到，他们在诸如费用开支、生活舒适、商务活动和人身安全等方面将得到zui大利益的回报。”

国内外发展现状

智能楼宇蓬勃发展，以美国和日本兴建的zui多。日本*次引进智能楼宇的概念是在1984年的夏天，近十多年来，相继建成了野村证券大厦、NEC总公司大楼等。日本是在智能楼宇领域进行全面的综合研究并提出有关理论和进行实践的有代表性的国家之一。新加坡政府为推广智能楼宇，拨巨资进行专项研究，计划将新加坡建成“智能城市花园”。此外，印度也于1995年起在加尔各答的盐湖开始建设“智能城”，智能楼宇的发展形势可谓是如日中天。由于智能楼宇具有、节能、舒适等突出优点，在欧、美、日及世界各地迅速发展，引起普遍重视。

我国智能楼宇的起步较晚，直到80年代末才有较大的发展，近几年来，在北京、上海、广州等大城市，相继建起了数幢具有相当水平的智能楼宇。北京的发展大厦可谓是我国智能楼宇的雏形，而后相继出现了上海的金茂大厦、青岛的中银大厦等具有相当高水平的智能大厦。据不*统计国内已建成的智能楼宇约有一千四百栋，基本按标准设计、施工和管理。当前国内的智能楼宇开始转向大型公共建筑，例如，会展中心、图书馆、体育场馆等，据国外预测，本世纪*的智能楼宇将有一半以上在中国建成。

智能楼宇的目标

智能楼宇是指通过建筑物的结构、系统、服务和管理等4个基本要素之间的内在，运用系统工程的观点，对它们进行优化组合（系统集成），提供一个投资合理，环境、舒适、安全、方便的建筑物。

智能楼宇应满足以下两个基本要求、达到四个主要目标、实现三项服务功能。

两个基本要求

对大厦管理者来说，智能楼宇应当有一套管理、控制、运行、维护的通信设施，能够花较少的经费及时地与外界取得（例如：消防队、医院、安全保卫机关、新闻单位等）。

对大厦的使用者来说，有一个利于提高工作效率、激发人的创造性的环境。

四个基本目标

能够提供高度共享的信息资源。

确保提高工作效率和舒适的工作环境。

节约管理费用，达到短期投资长期受益的目标。

适应管理工作的发展需要，做到具有可拓展性、可变性、适应环境的变化和工作性质的多样化。

三项服务功能

安全服务功能

安全服务功能包括：防盗报警、出入口控制、闭路电视监视、保安巡更管理、电梯安全与运控、周界防卫、火灾报警、消防、应急照明、应急呼叫等。

舒适服务功能

舒适服务功能包括：空调通风、供热、给排水、电力供应、闭路电视、多媒体音响、智能卡、停车场管理、体育和娱乐管理等。

便捷服务功能

便捷服务功能包括：办公自动化、通信自动化、计算机网络、结构化综合布线、商业服务、饮食业服务、酒店管理等。

智能楼宇的组成和功能

智能楼宇按组成来说，一般可由 10个弱电子系统共同构成。它们分别是：中央计算机及网络系统（Center Computer System ，CCS）、办公自动化系统（Office Automation System ，OAS）、楼宇设备自控系统（Building Automation System ，BAS）、保安管理系统（Security Management System，SMS）、智能卡系统（Smart Card System ，SCS）、火灾报警系统（Fire Alarm System ，FAS）、内部通信系统（Inter-Communication System ，ICS）、音视频及共用天线系统（Central Antenna evision ，CATV）、停车场管理系统（Car-parking Management System ，CMS）和综合布线系统（Premises Distribution System ，PDS）。按体系结构来说，智能楼宇是由智能楼宇集成管理系统通过综合布线系统将楼宇自动化系统（BAS）、通信自动化系统（CAS）和办公自动化系统（OAS）三大要素连接起来并予以管理和控制的，即通常所说的3A智能楼宇。在智能化建筑环境内体现智能化功能的就是由SIC、PDS和3A系统等五个部分组成。

智能楼宇的系统集成中心（System  Integrated  center，简称SIC）。

它具有各个智能化系统信息总汇集和各类信息的综合管理的功能。具体要达到以下三方面要求：

汇集大厦内外各种信息。接口界面要标准化、规范化，以实现各智能化系统之间的信息交换及通讯协议（接口、命令等）。

对大厦各个智能化系统的综合管理。

对大厦内各种网络管理，必须具有很强的信息处理及数据通讯能力。

综合布线系统（Premises  Distribution  System ，PDS）。

它为整个大厦的光电信息传输提供技术标准统一（ISO标准）、传输介质统一（五类双绞线以及光纤）、布线结构整齐一致（模块化的星形结构），适应多种信息（语音、图像、数据等）传输、管理配置灵活（按需跳接线即可）、维护方便（系统而完整的各类标记：如标签、标记排、标记带等）的信息传输通道。它所采用的五类双绞线传输带宽为100MHZ，水平距离为100米。通过信息插座，可把各种适配器连接各种设备，比如通过网卡连接微机，通过ISDN适配器连接ISDN终端，通过图像适配器连接摄像机，当然，像则可直接插上去即可。PDS通常是由工作区（终端）子系统、水平布线子系统、垂直干线子系统、管理子系统、设备子系统及大厦室外连接子系统等六个部分组成。

楼宇自动化系统（Building Automation System，BAS）。

它对智能楼宇中的暖通、空调、电力、照明、给排水、消防、电梯、停车场、废物处理等大量机电设备进行有条不紊综合协调，科学地运行管理及维护保养工作。它为所有机电设备提供了安全、可靠、节能、长寿命运行可信赖的保证。楼宇自动化系统必须包括以下三个系统：

建筑物管理子系统：对大厦内所有机电设备完成运行状态监视，报表编制，起停控制及维护保养，事故诊断分析的系统。大厦中央管理系统通过设在现场各被控设备附近的控制分站来完成上述工作。

安全保卫子系统：在具备高度信息化办公室内对安全保卫系统的重要性越来越受到重视。出入警卫、防盗、防灾、防火、车库管理、商业秘密等都属安全保卫系统。它采用了身份卡、闭路电视、遥感、传感控制等来实现安全保卫要求。

能源管理子系统：它的任务是在不降低舒适性的前提下，达到节能因而降低运行费用的目的。

通信自动化系统（Communication Automation System，CAS）。

通讯网络是智能楼宇的“中枢神经”。它由各种通信设备、通信线路和相关计算机软件组成。它主要包括传送话音、数据和图像的基本通信网络，实现楼层间各种终端、微机、工作站之间通信的楼层局域网；沟通楼群或楼内计算机与楼内各个局域网间通信的楼群或楼内高速主干网以及与公共信息资源（如Internet， China PAC， China DDN等等）相通的远程数据通信。

一般来说，一幢建筑应有一个高速主干通信网络，每个楼层有一个或几个局域网，各局域网连接到高速主干网。高速主干网沟通计算机中心主机及各局域网，同时负责实现楼群间的通信连网。

CAS能高速处理智能楼宇内外各种图像、文字、语言及数据之间的通讯。目前，一般可分为卫星通讯、图文通讯、语言通讯及数据通讯等四个子系统。

卫星通讯突破了传统的地域观念，实现了相距*近在眼前的信息交往。起到了零时差信息的重要作用。

图文通讯在当今智能楼宇中，可实现传真，可视数据检索，电子邮件，电视会议等多种通讯业务。由于数字传送和分组交换技术发展及采用大容量高速数字通讯线路实现多种通讯方式，使得根据需要选定经济而通讯线路成为可能。

语言通讯系统可给用户提供预约呼叫、等候呼叫、自动重拨、快速拨号、转向呼叫、直接拨入、用户帐单报告、语言邮政（E--mail）等上百种不同特色的通讯服务。

数据通讯系统可供用户建立区域网，以联接其办公区内电脑及其外部设备完成电子数据交换业务（EDI）。多功能自动交换系统还可以使不同售主的电脑相互之间进行通讯。

办公自动化系统（Office  Automation  System，OAS）。

智能楼宇中要处理行政、财务、商务、档案、报表、文件等管理业务，安全保卫业务、防灾害业务。这些业务特点是部门多、综合性强、业务量大，时效性高。没有科学的办公自动化系统来处理这些业务是不可能想象的。因此办公自动化系统被誉为智能楼宇的忠实可靠的人事、财务、行政、保卫、后勤的总管。

OAS系统是在CAS系统基础上建立起来的信息系统，主要由日常事务型和决策型两个子系统组成。前一个子系统是通用的，主要是提高人们的工作效率，后一个子系统是与人们从事的工作领域有关，是“专门领域的应用信息系统”，如金融领域的信息系统。

办公自动化是把计算机技术、通信技术、系统科学及行为科学，应用于传统的数据处理技术所难以处理、数量庞大且结构不明确的业务上。即在办公室中，以微型计算机为中心，采用传真机、复印机、打印机、电子邮件等一系列现公及通讯设备，全面而又广泛地收集、整理、加工、使用信息，为科学管理和科学决策提供服务。办公自动化是一种用高新技术来支撑的，辅助人们办公的先进手段。从它的业务性质来看，主要有三种类型：电子数据处理（Electronic  Data  Processing ，EDP）、管理信息系统（Management  Information  System ，MIS）、决策支持系统（Decision  Support  System ，DSS）。

对于智能楼宇的总体结构的基本型如图所示：

智能楼宇的节能案例

俄亥俄州克里夫兰环境中心的节能应用案例

克利夫兰环境中心在一座1918年建成的银行的基础上改建而来，它是美国历*的标志性建筑，节能减排技术在楼里的应用给人们提供了一个健康的工作环境。

挑战：此项目主要目标是设计一个比传统的HVAC系统更为有效的冷热循环系统，要求此建筑的能量有效利用率要比常规建筑高33％ 。并且室内空气监控系统能提供更的室内空气质量。

解决方案：此建筑选择安装LonWorks自动化系统。PE，LEED Acc redited eQuest公司的Joseph Pustai说：“我们决定所有合作的厂商的产品都基于LonWorks技术。”此建筑的HVAC系统包含很多节能设计。zui重要的设备是水源热泵， 它们利用地下水源通过封闭的管道给冷凝器和蒸发器供水。每个水源热泵都有一个LON恒温器或者使用Techcon EasyControlsⅢ EC—FCC设备作为其热泵控制器。

大楼的屋顶装有能量回收装置(ERV，Energy Recovery Unit)。它有两个驱动需用于分别控制送风机和回风机，还有一个回转式热交换器用来对进入大楼的新风进行预处理和从排风中回收热量。大楼地下室有两个热泵，一个用来给ERV设备提供加热和冷却水， 用来保证送进来的空气温度适中。另一个用来给位于一层的加热系统提供能量， 这是一个空间设计特性要求的备份加热系统。

大楼内还有一些控制器和CO 传感器用来监控新风恒温系统，这会减少能量损耗。方案中使用了Techcon EasyControls EC一4c、EC一8c和EC一12c自由编程控制器，通过编程用它们来对细节和程序进行的控制，这些在控制器还监控安装在屋顶的三个温度分布传感器。

安装在屋顶表面的传感器的面积为5×5英尺。一个传感器被涂成了黑色，一个被涂成了白色。还有一个被屋顶花园覆盖。系统检测屋顶的温度分布， 并以此来检测屋顶花园的能量效率。不同的屋顶区域的能量效率通过LON电量表监测的大楼用电量来进行比较。Techcon EasyControls系统监测整栋大楼的能量消耗， 并将此与屋顶传感器的能量吸收数据比较后显示在曲线图中。

来自于Distech Controls授权方案提供商Thermal Dynamics的自动系统工程师Scott Uline说：“我们选择Techcon产品是因为我们确信他们的产品可以满足项目的要求，Techcon产品线非常全、非常灵活， 同时还非常易用。”整个系统使用Techcon的LonWatcher软件来管理的， 同时还装有提供浏览器访问界面的WebWatcher服务。为了方便教学还在大厅里安装了一套×LoN触摸屏电脑。×LoN电脑通过大楼里的局域网连接到LonWatcher的LNS数据库里。中心的参观者通过LoN 网络能看到所有参数。

系统收益：这套系统提供了zui大的能源利用率和的空气质量。Distech Controls董事长Etienne Veilleux说：“Distech Controls产品为用户zui大程度的节约了能源。”LonWatcher软件集中管理监控系统，从而避免了因为多系统信号传递的中断。此外，通过WebWatcher软件，可以在任意时间、任意地点对系统进行监控。此系统不仅减少了建设和运营成本， 提供集成管理监控系统， 还为克利夫兰环境中心发展绿色建筑技术和完成教学任务提供了强有力的支持。

智能楼宇的发展前景

从智能楼宇功能来看，实现智能楼宇功能主要依赖于计算机技术、自动控制技术和通信技术等(即所谓“3C”技术)以及集成技术。以它们为主构成了楼宇智能化技术。

美国、日本zui早的智能楼宇为日后兴起的智能楼宇勾划了基本的特征。随后智能楼宇便蓬勃发展，以美国和日本兴建的zui多。此外在法国、瑞典、英国等欧洲国家和香港、新加坡、马来西亚等地的智能楼宇也方兴未艾。据有关方面统计，美国的智能楼宇超过万幢，日本新建的大楼中60%是智能楼宇。

我国智能楼宇的起步较晚，直到20世纪年代末才有较大发展，近几年在北京、上海、广州等大城市，相继建成了若干具有相当水平的智能楼宇。

楼宇智能化技术是随着智能楼宇的发展而进步的，一方面，它对智能化技术提出了更多更高的要求；另一方面，它也需要智能化技术的全面支持。可以预料，随着智能楼宇的发展，除了对“3A”有进一步要求外，对效率、舒适、便捷等方面要求将更高，将有更多学科的高新技术应用到智能楼宇中。