1、空調(diào)節(jié)能意義重大

　　空氣調(diào)節(jié)是智能建筑創(chuàng)造舒適高效的工作和生活環(huán)境所不可或缺的重要環(huán)節(jié)。在智能建筑中，HVAC各系統(tǒng)的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量常常占全樓監(jiān)控點(diǎn)總數(shù)的50%以上；HVAC各系統(tǒng)的耗電量常常占全樓總耗電量的50%以上。由此可見(jiàn)，HVAC各系統(tǒng)在智能建筑的一次投資和運(yùn)行費(fèi)用中占有極其重要的位置。

　　在不少建筑物中，或在建筑物的建設(shè)階段，BMS（樓宇管理系統(tǒng)）本身常常是整個(gè)智能化樓宇管理系統(tǒng)（IBMS）的主導(dǎo)成分，而HVAC各系統(tǒng)的控制部分又是BAS或BMS系統(tǒng)的主導(dǎo)成分；對(duì)于這類(lèi)建筑，HVAC控制系統(tǒng)的位置就更是舉足輕重。

　　在智能建筑中實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)能，特別是耗電耗能大戶(hù)──空調(diào)實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)能，本應(yīng)是業(yè)主投資計(jì)算機(jī)控制（亦即使建筑具有“智能化”）所能期待的主要回報(bào)內(nèi)容之一；然而目前國(guó)內(nèi)在智能建筑的建設(shè)中，真正能做到這一點(diǎn)的是鳳毛麟角。也就是說(shuō)，只有極少數(shù)智能建筑（屈指可數(shù)！）實(shí)現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，大多數(shù)智能建筑并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)能這一理應(yīng)實(shí)現(xiàn)的回報(bào)。其中原委，正是本文要探討的內(nèi)容。

　　2、工程現(xiàn)狀問(wèn)題頗多

　　2.1空調(diào)及其控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況遠(yuǎn)不理想

　　由北京市科協(xié)下達(dá)的“智能建筑軟課題”。曾對(duì)智能建筑的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和技術(shù)內(nèi)涵進(jìn)行過(guò)調(diào)查研究。在一年零三個(gè)月（1996.3-1997.6）的時(shí)間內(nèi)，組織了北京工業(yè)大學(xué)及兄弟院校，從事自控、計(jì)算機(jī)、通訊、空調(diào)方面的教授、專(zhuān)家，對(duì)北京65座大樓進(jìn)行了普查；對(duì)北京京信大廈、京誠(chéng)大廈、中化大廈、長(zhǎng)安俱樂(lè)部、遠(yuǎn)南飯店、發(fā)展大廈、徐州中房大廈、上海博物館、上海市政府大廈、上海金茂大廈、鄭州期貨商城等建筑物進(jìn)行了實(shí)地考察。

　　用戶(hù)對(duì)樓宇自控系統(tǒng)運(yùn)行情況的評(píng)價(jià)是：滿(mǎn)意的僅占30%，一般的占40%，差的竟占到30%.在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：除少數(shù)建筑物技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行良好外，普遍存在著各種各樣的問(wèn)題：有的技術(shù)不先進(jìn)，有的在運(yùn)行中存在嚴(yán)重缺陷，有的根本不能開(kāi)通。

　　經(jīng)投入巨資設(shè)計(jì)安裝的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如果根本不能開(kāi)通，或者在運(yùn)行一段時(shí)間后由于這樣那樣的故障而被拆除，這不能不說(shuō)是一種嚴(yán)重的教訓(xùn)，有關(guān)各方都應(yīng)正視問(wèn)題、認(rèn)真分析原因并采取切實(shí)有效的措施，避免重復(fù)發(fā)生。

　　應(yīng)該指出，空調(diào)及其控制系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題并非我們國(guó)家所獨(dú)有。一位英國(guó)專(zhuān)家，Building Energy Management Systems（建筑能量管理系統(tǒng)）一書(shū)的作者，G.J.Levermore在他著作的前言中寫(xiě)到：“我確實(shí)經(jīng)常詢(xún)問(wèn)設(shè)計(jì)人員、用戶(hù)和學(xué)生們，他們是否知道任何建筑物在調(diào)試后運(yùn)行良好，然而回答是極為稀少。我希望我的書(shū)會(huì)幫助減輕此類(lèi)問(wèn)題。”

　　在我國(guó)的智能建筑中，由于發(fā)展極為迅速，而市場(chǎng)管理和技術(shù)管理等方面又存在著一定程度的混亂，因此所暴露出來(lái)的問(wèn)題就更廣、更深、更嚴(yán)重一些。

　　2.2空調(diào)自控設(shè)計(jì)與空調(diào)設(shè)計(jì)嚴(yán)重脫節(jié)

　　在智能建筑中，空調(diào)自控系統(tǒng)的工程實(shí)施，目前大體上經(jīng)過(guò)下列工程步驟：由土建設(shè)計(jì)院的暖通空調(diào)專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行空調(diào)設(shè)計(jì)，并提出空調(diào)自控要求，有設(shè)計(jì)院自控專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行空調(diào)自控設(shè)計(jì)，由自控設(shè)備廠商進(jìn)行控制部分的方案設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)，并由自控設(shè)備廠商進(jìn)行控制部分的安裝調(diào)試，然后移交給物業(yè)管理部門(mén)進(jìn)行運(yùn)行管理。

　　在上述的工程環(huán)節(jié)中，需涉及的單位包括設(shè)計(jì)院，土建施工單位，設(shè)備安裝單位，自控廠商等，當(dāng)然還有起決定和控制作用的業(yè)主。這其中本應(yīng)形成密切配合，一環(huán)扣一環(huán)的，平滑運(yùn)轉(zhuǎn)的鏈條，然而，實(shí)踐證明：其中各個(gè)重要環(huán)節(jié)常常嚴(yán)重脫節(jié)，遺留后患，并給樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行和節(jié)能效果帶來(lái)嚴(yán)重問(wèn)題。

　　脫節(jié)現(xiàn)象常常表現(xiàn)為：

　�。�1）設(shè)計(jì)院暖通空調(diào)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)自控專(zhuān)業(yè)提的要求往往深度不夠：一般均未提供全年工況劃分，相應(yīng)的空氣處理過(guò)程焓濕圖，各種工況下各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要求及工作狀態(tài)，工況轉(zhuǎn)換的邊界條件等。

　�。�2）設(shè)備安裝單位的設(shè)備安裝工作未按規(guī)程進(jìn)行，在安裝完畢之后對(duì)各個(gè)風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)并未進(jìn)行認(rèn)真的測(cè)試和平衡。

　　（3）自控設(shè)備供應(yīng)廠商，在競(jìng)標(biāo)時(shí)，往往“什么工作都能做”；但在工程實(shí)施時(shí)，或者缺乏必要的專(zhuān)業(yè)人才，或者工程人員比例嚴(yán)重不足，因而無(wú)力針對(duì)具體工程進(jìn)行具體分析，常常憑借一些“copy”來(lái)的東西甚至未經(jīng)消化來(lái)應(yīng)付工程。自控設(shè)備廠商的調(diào)試工作也普遍不到位：比如針對(duì)建筑物特性和具體管網(wǎng)特征的一些參數(shù)選擇粗糙，夏季、冬季和過(guò)度季節(jié)等不同空調(diào)工況普遍未進(jìn)行足夠調(diào)試等。

　　（4）業(yè)主對(duì)樓宇能量管理系統(tǒng)（BEMS）的安排，它的節(jié)能潛力，它在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問(wèn)題往往心中無(wú)數(shù)，對(duì)于空調(diào)設(shè)計(jì)和空調(diào)自控設(shè)計(jì)中的重大方案問(wèn)題往往缺乏判斷能力，亦未組織必要的論證。有些投資者對(duì)于已建和在建的智能建筑BEMS方面屢屢發(fā)生的問(wèn)題甚至處于幾乎盲目狀態(tài)。

　　智能建筑建成之后，不僅可以節(jié)電節(jié)能，而且可以極大的提高運(yùn)行管理水平，大量的減少維護(hù)管理人員；但應(yīng)該指出的是：對(duì)維護(hù)管理人員的素質(zhì)要求高了。特別是業(yè)主必須選擇一個(gè)合格的設(shè)備運(yùn)行負(fù)責(zé)人，他（她）應(yīng)該了解HVAC各系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理。

　　必要的投資之后，管理就至關(guān)重要。業(yè)主可以在建設(shè)初期就注意選擇和培養(yǎng)管理人才。必要時(shí)，亦可在建設(shè)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)以至全過(guò)程（從設(shè)計(jì)方案到系統(tǒng)運(yùn)行）聘請(qǐng)技術(shù)專(zhuān)家以避免盲目性。

　　3、設(shè)計(jì)體制有待調(diào)整

　　3.1動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，本質(zhì)上是一種穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)，它是以室內(nèi)外的穩(wěn)定狀態(tài)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。比如空調(diào)負(fù)荷計(jì)算：室內(nèi)條件是室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度和濕度，室外條件是每年平均不保證50小時(shí)的室外溫度和濕度的統(tǒng)計(jì)值（某種人為規(guī)定的極值條件），在此基礎(chǔ)上計(jì)算出房間空調(diào)設(shè)計(jì)負(fù)荷，并成為整個(gè)空調(diào)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。各種風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)的水力平衡計(jì)算，也主要是為了選擇風(fēng)機(jī)或泵的大小，一般計(jì)值（某種人為規(guī)定的極值條件），在此基礎(chǔ)上計(jì)算出房間空調(diào)設(shè)計(jì)負(fù)荷，并成為整個(gè)空調(diào)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。各種風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)的水力平衡計(jì)算，也主要是為了選擇風(fēng)機(jī)或泵的大小，一般很少進(jìn)行詳細(xì)的運(yùn)行分析，且常常是憑經(jīng)驗(yàn)用估算來(lái)完成的。

　　暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別是暖通空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是建立在系統(tǒng)日常運(yùn)行的基礎(chǔ)上的，也就是說(shuō)，本質(zhì)上是一種非穩(wěn)態(tài)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)要求動(dòng)態(tài)分析資料，而暖通空調(diào)設(shè)計(jì)提供的是有限的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)──這大約是當(dāng)前智能建筑建設(shè)中，暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與暖通空調(diào)系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)重脫節(jié)的重要原因。

　　這種情況是歷史原因形成的，且并非我們國(guó)家所獨(dú)有。一位美國(guó)專(zhuān)家，Direct Digital Controls for HVAC Systems（用于暖通空調(diào)的DDC控制）一書(shū)的作者，T.B.Hartman在書(shū)中寫(xiě)到：“由于DDC技術(shù)的發(fā)展而提供的改進(jìn)HVAC系統(tǒng)的機(jī)會(huì)，在建筑設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，很少被充分研究。建筑業(yè)中的大多數(shù)設(shè)計(jì)工作，是來(lái)自于估算，而不是嚴(yán)格分析。打破現(xiàn)有設(shè)計(jì)原則的想法和行動(dòng)，仍然被認(rèn)為是冒險(xiǎn)。使用高性能控制的設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)者反復(fù)考慮，如何使系統(tǒng)最有效的組成，而這種思考對(duì)廣泛應(yīng)用的估算原則是一種挑戰(zhàn)。”

　　3.2高性能設(shè)計(jì)和知識(shí)更新

　　在我國(guó)智能建筑當(dāng)前的設(shè)計(jì)體制中，一般的情況是：土建設(shè)計(jì)院的暖通空調(diào)專(zhuān)業(yè)人員做暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且由自控專(zhuān)業(yè)人員做暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。但其中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一般沒(méi)有達(dá)到施工圖設(shè)計(jì)的深度，而要控制設(shè)備廠商或集成商重新做“弱電”方案設(shè)計(jì)和其后的施工圖設(shè)計(jì)。

　　目前有的設(shè)計(jì)院提出做計(jì)算機(jī)控制（即“智能”的一部分）設(shè)計(jì)的要求，有的設(shè)計(jì)院做了一些嘗試，有的設(shè)計(jì)院則為此做著技術(shù)準(zhǔn)備。以長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，土建設(shè)計(jì)院承擔(dān)“智能”部分設(shè)計(jì)也許是具有競(jìng)爭(zhēng)力的，但就目前情況來(lái)看，“智能”部分設(shè)計(jì)仍然是自控設(shè)備廠商和系統(tǒng)集成廠商的天地。

　　T.B.Hartman提出一種“High-Performance Systems”（高性能控制系統(tǒng)）的概念：使設(shè)計(jì)人員從氣動(dòng)控制的限制所需要的簡(jiǎn)單穩(wěn)態(tài)控制中解放出來(lái)，采用先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。這種高性能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法精細(xì)得多，但它有極為可觀的節(jié)能回報(bào)。

　　高性能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是建筑在動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)上的。設(shè)計(jì)者選擇評(píng)估高性能設(shè)計(jì)方案的工具，必須能夠恰當(dāng)?shù)摹��?zhǔn)確的預(yù)測(cè)建筑物在實(shí)際運(yùn)行條件下的熱流和能耗。也就是說(shuō)，必須能夠提供動(dòng)態(tài)結(jié)論。

　　T.B.Hartman對(duì)國(guó)外咨詢(xún)公司的描述，我們的設(shè)計(jì)人員和設(shè)計(jì)院可做為借鑒和參考：“想做高性能設(shè)計(jì)的公司，必須更好地、不斷地使自己的設(shè)計(jì)人員由于DDC技術(shù)的出現(xiàn)而進(jìn)行知識(shí)更新。我的經(jīng)驗(yàn)是：極少有公司愿意承擔(dān)這個(gè)任務(wù)。很多公司傾向于過(guò)高地估計(jì)他們對(duì)先進(jìn)技術(shù)的知識(shí)和理解。人們很少能聽(tīng)到，設(shè)備設(shè)計(jì)公司的經(jīng)理承認(rèn)他們?nèi)狈ο冗M(jìn)控制技術(shù)以進(jìn)行高性能設(shè)計(jì)，但只有極少數(shù)公司具備這種能力。做為對(duì)進(jìn)行高性能設(shè)計(jì)任何考慮的起點(diǎn)，就是這些設(shè)計(jì)院長(zhǎng)們認(rèn)識(shí)到需要獲取知識(shí)和技術(shù)以便確保設(shè)計(jì)目標(biāo)能夠全部實(shí)現(xiàn)。”

　　4、能量分析方法依舊

　　在智能建筑HVAC系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中，需要一種工具以便評(píng)估或預(yù)測(cè)建筑物在實(shí)際運(yùn)行條件下的全年能耗──這就是所謂“建筑能量分析”方法（Building Energy Analyses）。

　　建筑能量分析方法是ASHRAE（美國(guó)采暖冷凍空調(diào)工程師協(xié)會(huì)）自70年代中期，在建筑物熱狀態(tài)計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模擬技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。建筑能量分析方法技術(shù)復(fù)雜，程序龐大；因此從一開(kāi)始，即有很多學(xué)者致力于簡(jiǎn)化方法的研究，以便適應(yīng)不同場(chǎng)合、不同范圍和不同精度的要求，（作者也曾參與1985年丹麥第一屆暖通世界大會(huì)上關(guān)于建筑能量分析方法的自由論壇：Workshop──“Is the simplified method good enough？”），并由此產(chǎn)生了大量的簡(jiǎn)化方法及其分類(lèi)。但總的來(lái)說(shuō)，有代表性的仍然是詳細(xì)的逐時(shí)模擬的方法。

　　建筑能量分析方法的主要技術(shù)，包括建筑物的熱模擬，建筑設(shè)備（包括冷熱源）的熱模擬，以及動(dòng)態(tài)氣象資料等，有代表性的典型程序，是美國(guó)能源局的DOE-2和美國(guó)陸軍研究院的BLAST等。 1982年美國(guó)加州大學(xué)LBL實(shí)驗(yàn)室A.H.Rosenfeld教授在北京第一屆中美能源環(huán)境會(huì)議上，提出了“建筑節(jié)能技術(shù)與中國(guó)公寓式住宅的能耗問(wèn)題”的論文，其中采用美國(guó)DOE程序，采用上海和北京的氣象資料，對(duì)中國(guó)公寓式住宅的采暖能耗問(wèn)題做了分析，并提出了節(jié)能建議。 此后，我國(guó)學(xué)者在國(guó)內(nèi)也對(duì)建筑物逐時(shí)模擬方法的應(yīng)用做了探索。

　　建筑能量分析方法的核心是一組反映房間熱特性的熱平衡方程式。房間是由維護(hù)結(jié)構(gòu)所形成的空間，由外墻、外門(mén)、內(nèi)墻、內(nèi)門(mén)、地面、樓板、頂棚系統(tǒng)和窗子系統(tǒng)等組成的維護(hù)結(jié)構(gòu)把室內(nèi)室外隔成了兩個(gè)氣候環(huán)境。太陽(yáng)輻射和室外氣溫變化等因素，通過(guò)輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)三種形式作用于維護(hù)結(jié)構(gòu)；維護(hù)結(jié)構(gòu)本身既有熱阻又有熱容，它通過(guò)自身的調(diào)節(jié)作用后把室內(nèi)外環(huán)境的變化因素聯(lián)結(jié)在一起；而室內(nèi)環(huán)境也有人體、照明、設(shè)備等發(fā)熱發(fā)濕因素影響著熱平衡，而且各墻、窗、家具表面之間以及各表面與空氣之間也通過(guò)輻射和對(duì)流交換著熱量。此外，空氣滲透和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)又把室內(nèi)和室外環(huán)境聯(lián)結(jié)在一起。這種室內(nèi)、維護(hù)結(jié)構(gòu)、室外三個(gè)部分，輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流三種形式相互作用相互影響而不斷變化的錯(cuò)綜復(fù)雜的局面，構(gòu)成了實(shí)際建筑熱過(guò)程的復(fù)雜圖象。

　　上述方程組是建筑物動(dòng)態(tài)負(fù)荷分析的基礎(chǔ)，也是建筑物空調(diào)自控設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能的根本途徑，就在于巧妙地利用室外條件、維護(hù)結(jié)構(gòu)、室內(nèi)條件和空調(diào)設(shè)備的相互作用關(guān)系，既創(chuàng)造出舒適高效的室內(nèi)環(huán)境，而同時(shí)又實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能的目的。

　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　調(diào)查表明：已建成的智能建筑中空調(diào)自控系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)一定程度的問(wèn)題相當(dāng)普遍，根本未能開(kāi)通或運(yùn)行一段時(shí)間后被拆除的例子也屢見(jiàn)不鮮。對(duì)問(wèn)題的剝離分析表明：業(yè)主的認(rèn)識(shí)和安排──HVAC系統(tǒng)設(shè)計(jì)──施工安裝──HVAC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝──調(diào)試──運(yùn)行，各個(gè)環(huán)節(jié)常常出現(xiàn)嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象；其中自控設(shè)備廠商在設(shè)計(jì)和調(diào)試中不到位常常引起嚴(yán)重后果。業(yè)主可以聘請(qǐng)專(zhuān)家加強(qiáng)全過(guò)程的監(jiān)督管理，確保建成HVAC各系統(tǒng)起碼能夠正常運(yùn)行，進(jìn)而追求實(shí)現(xiàn)一定程度的節(jié)能，在此基礎(chǔ)上再實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的全面優(yōu)化，以便達(dá)到最大限度的節(jié)能效果。