1  引言
　　自從上個(gè)世紀(jì)80年代初，世界第一座智能大廈誕生于美國哈特福市，首次將一座金融大廈用智能化系統(tǒng)裝備起來，隨后，在大廈的出租率、經(jīng)濟(jì)效益方面立刻有一個(gè)較大幅度的提升。智能建筑技術(shù)開始迅速發(fā)展。在我國，智能化建筑也發(fā)展迅猛，市場潛力巨大。據(jù)世界上的相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，在本世紀(jì)，全世界的智能化大廈50%將出現(xiàn)在中國。
智能建筑系統(tǒng)是利用系統(tǒng)集成的方法，將計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、與建筑藝術(shù)有機(jī)結(jié)合，通過對設(shè)備的自動監(jiān)控，對信息資源的管理和對用戶提供的信息服務(wù)，所獲得投資合理，適合信息社會需要，具有安全、高效、舒適、節(jié)能、環(huán)境親和屬性的建筑物。節(jié)能是智能化建筑的一個(gè)重要屬性，由于樓宇建筑智能化系統(tǒng)一般含有5個(gè)自動化子系統(tǒng):OAS(辦公自動化系統(tǒng))、CAS(通信自動化系統(tǒng))、FAS(消防自動化系統(tǒng))、SAS(安防自動化系統(tǒng))、BAS(樓宇自動化系統(tǒng))。其中，BAS中含有機(jī)電設(shè)備,工作運(yùn)行節(jié)能潛力最大，因此，智能建筑中的節(jié)能主要指BAS系統(tǒng)的節(jié)能。

2  BAS系統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備的調(diào)速節(jié)能
(1) BAS的基本組成
　　智能建筑中的樓宇自動化系統(tǒng)也叫建筑物自動化系統(tǒng)(Building Automation System，BAS)，它是一個(gè)將建筑物內(nèi)的電力、照明、空調(diào)、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控和管理構(gòu)成為一個(gè)綜合系統(tǒng)。BAS系統(tǒng)的組成包括“電力供應(yīng)和管理部分”含有:高壓配電、變電、低壓配電、應(yīng)急用電等環(huán)節(jié);“環(huán)境控制和管理部分”含有:空調(diào)、冷/熱源、通風(fēng)、給排水及飲用水、衛(wèi)生設(shè)備和污水處理等環(huán)節(jié)。BAS系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 BAS系統(tǒng)框圖

BAS系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段，從CCMS中央監(jiān)控系統(tǒng)到上世紀(jì)80年代的DCS集散控制系統(tǒng)，90年代發(fā)展了開放式集散系統(tǒng)，并發(fā)展到現(xiàn)在的階段—網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)。
在智能化建筑中的5個(gè)A系統(tǒng)中，建筑運(yùn)行耗電絕大部分是由BAS系統(tǒng)消耗的。采用節(jié)能措施主要時(shí)針對這個(gè)系統(tǒng)來講的。
在BAS系統(tǒng)中，集中了供電、照明、電梯、空調(diào)、給排水等建筑系統(tǒng)中主要強(qiáng)電用電設(shè)備。關(guān)于供電、照明環(huán)節(jié)、電梯和空調(diào)的的節(jié)能此文不做討論。(空調(diào)的設(shè)備廠家現(xiàn)已生產(chǎn)各種系列的節(jié)能型產(chǎn)品;電梯則配備專用的變頻器，不僅控制性能較傳統(tǒng)方式提高，而且有較好的節(jié)能效果)。我們主要分析給排水系統(tǒng)、新風(fēng)機(jī)和冷/熱源系統(tǒng)的節(jié)能問題。
(1) BAS系統(tǒng)中部分可調(diào)速設(shè)備的節(jié)能
　　智能化建筑的BAS系統(tǒng)中，一般裝備有高位水箱、送排風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、冷卻塔。
通過非調(diào)速水泵將水不斷地補(bǔ)入高位水箱，送排風(fēng)、給排水系統(tǒng)、冷卻塔都含有非調(diào)速電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。這些系統(tǒng)中的電動機(jī)容量一般取得偏大，以應(yīng)對系統(tǒng)運(yùn)行中最大功率出現(xiàn)時(shí)的工況，這就導(dǎo)致這些系統(tǒng)一般都工作在大馬拉小車的狀況下(由于實(shí)際上的工況運(yùn)行中，電動機(jī)的實(shí)際負(fù)荷與額定功率偏差較大，且均小于電動機(jī)的額定功率)，這種定速驅(qū)動方式下造成了比較大的功率消耗。如對高位水箱進(jìn)行儲水補(bǔ)充的水泵，工作時(shí)壓力水頭和速度水頭都比實(shí)際需求要大，較大的壓力水頭和速度水頭中攜載了多余的功率作為不必要的電耗消耗損失了。送排風(fēng)、給排水和冷卻塔中驅(qū)動風(fēng)機(jī)、泵類也處于類似的情況下。額定功率比實(shí)際負(fù)荷較大，導(dǎo)致不應(yīng)有的電能損失。
　　對于BAS系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)、泵類，采用定速運(yùn)行方式，勢必出現(xiàn)較多的電能損耗，如改用調(diào)速方式運(yùn)行，節(jié)能效果顯著。在一幢智能化樓宇中，高位水箱、送排風(fēng)、給排水、冷卻塔系統(tǒng)的電機(jī)容量總和一般都在幾百千瓦以上，采用變頻調(diào)速，節(jié)能效果明顯。如某一智能化辦公樓的風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載裝機(jī)總?cè)萘繛?47kW，如80%的水泵風(fēng)機(jī)采用了變頻調(diào)速，節(jié)能35%，每天這些設(shè)備平均工作16小時(shí)計(jì)算，每天節(jié)電3558.4kwh。智能樓宇中的BAS系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)、泵類較普遍地使用變頻調(diào)速，節(jié)能效果是很好的。對于智能化建筑來講，在設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)將BAS中的泵類、風(fēng)機(jī)配置變頻器考慮到方案中。

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3  節(jié)能的模型化控制
　　智能建筑系統(tǒng)本身是一個(gè)開放式的大信息系統(tǒng)的載體，但這個(gè)大信息系統(tǒng)也具有一定的
封閉性，這里的封閉性指智能化建筑中的BAS的控制網(wǎng)絡(luò)的控制范圍僅限于一個(gè)特定的區(qū)域。BAS的節(jié)能可以在一個(gè)更高的層次上進(jìn)行，這里指通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線，運(yùn)用計(jì)算機(jī)的軟硬件管理控制系統(tǒng)對BAS中的可調(diào)速電機(jī)進(jìn)行群組協(xié)調(diào)運(yùn)行控制，達(dá)到最佳或近于最佳的的節(jié)能效果。
(1) 可調(diào)速電機(jī)群組的節(jié)能模型化控制
　　將BAS中的可調(diào)速電機(jī)視為一個(gè)群組，群組由K個(gè)子系統(tǒng)組成(按不同的工作屬性分)，群組總電耗為Z。第1，….第k個(gè)子系統(tǒng)的最大電耗為:maxz1、maxz2、…. maxzK。由于群組中必然存在著一些邏輯關(guān)聯(lián)的控制關(guān)系，即群組中k個(gè)子系統(tǒng)的電耗滿足一定的約束關(guān)系，表現(xiàn)為約束方程

正是由于約束，群組總電耗的最小值
min z≠min z1 + min z2 + … + min zk (2)
式中m11，m12…m1K;m21，m22，m2K;B1，B2，…均為約束中的常系數(shù)，由具體的群組工作條件來定。
群組電耗的最小值
min Z=C1z1+C2z2+…CKzK  (3)
式中C1，C2，…，Ck為常數(shù)。由(3)和(1)式聯(lián)立，構(gòu)成了可調(diào)速電機(jī)群組的線性控制模型。通過模擬求解，確定了z1，z2，… zK，minZ后，繼續(xù)通過模擬求解，得出C1，C2，…，Ck的值，群組中個(gè)子系統(tǒng)中的電機(jī)調(diào)速規(guī)律(24小時(shí)運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行速度)便被確定。

　　以上這些工作全部由BAS中的計(jì)算機(jī)控制中心來自動進(jìn)行，通過這種模型控制，使BAS中可調(diào)速電機(jī)群組實(shí)現(xiàn)電耗最小。
(2) 模型化控制的實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)
　　通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)來對BAS中的可調(diào)速電機(jī)群組進(jìn)行最小電耗的控制，并將控制的內(nèi)容作入系統(tǒng)集成的方案中去。節(jié)能的模型化控制的實(shí)現(xiàn)還有下面的幾個(gè)特點(diǎn):
(a) 智能建筑的可調(diào)速電機(jī)群組具體內(nèi)容彼此不同，節(jié)能控制的模型也不同;另外還有各種不同的建摸方法，故節(jié)能控制模型可以因建筑而異，因方法而異。
(b) 模型化節(jié)能控制可程序化進(jìn)行
由于BAS中，可調(diào)速電機(jī)群組的控制模型是智能建筑中系統(tǒng)集成應(yīng)用軟件開發(fā)的一部分，將開發(fā)出的應(yīng)用軟件融入系統(tǒng)集成方案，BAS在運(yùn)行時(shí)，可調(diào)速電機(jī)群組的節(jié)能模型控制可程序化進(jìn)行。
(3) 節(jié)能模型控制與現(xiàn)場總線
　　在智能化建筑中的BACnet是ASHRAE(American Society of Heating Refrigerating and Aire Condition Engineers)制定的建筑自動化和控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供的一種機(jī)制，在此機(jī)制下，所有微處理機(jī)化的設(shè)備，都可以彼此交換信息。在現(xiàn)場總線環(huán)境下的底層控制設(shè)備、測控儀表可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場互相通信、設(shè)備互連;可實(shí)現(xiàn)彼此間的互操作;可將底層中的設(shè)備和測控儀表構(gòu)成一個(gè)開放的系統(tǒng)。在現(xiàn)場總線中，由Echelon推出的Lonworks總線由于開發(fā)系統(tǒng)配置齊全，即插即用互連方便，應(yīng)用于BAS系統(tǒng)中，提高BAS系統(tǒng)的整體性能及智能化程度，使BAS系統(tǒng)中的現(xiàn)場控制設(shè)備、測控儀表將現(xiàn)場設(shè)備的能耗計(jì)量信息，實(shí)時(shí)地傳給BAS的管理工作站，再隨同各智能化子系統(tǒng)的能耗計(jì)量信息送往集成系統(tǒng)的中央管理環(huán)節(jié)，進(jìn)行系統(tǒng)集成總的節(jié)能系統(tǒng)化控制，從而使整個(gè)智能化建筑有很高的能耗控制能力，節(jié)能效果好。
　　智能化建筑中，描述各個(gè)電耗環(huán)節(jié)工作狀態(tài)的參量、電耗計(jì)量信息，能實(shí)時(shí)地被傳送到中央管理控制中心。對BAS中的可調(diào)速電機(jī)群組的節(jié)能模型控制，可通過連接部分BA設(shè)備的現(xiàn)場總線來進(jìn)行。

4  結(jié)束語
　　為使BAS中的可調(diào)速設(shè)備有較好的節(jié)能效果,使變頻調(diào)速在智能化建筑中的應(yīng)用在較高的層面上進(jìn)行，即對BAS中的可調(diào)速電機(jī)群組進(jìn)行模型化的節(jié)能控制。這一方法可在智能建建筑中的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的管理控制功能下得到實(shí)現(xiàn)。
實(shí)際上，整個(gè)智能化建筑中電耗控制還有其他一些環(huán)節(jié)，如:照明、空調(diào)等，在系統(tǒng)集成中，還要將這些環(huán)節(jié)考慮進(jìn)去，對不同電耗環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)控制，使整個(gè)建筑的運(yùn)行電耗最小或接近最小。