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)控點數(shù)量常常占全樓監(jiān)控點總數(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，HVAC各系統(tǒng)在智能建筑的一次投資和運行費用中占有極其重要的位置。

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

　　在智能建筑中實現(xiàn)節(jié)電節(jié)能，特別是耗電耗能大戶──空調(diào)實現(xiàn)節(jié)電節(jié)能，本應是業(yè)主投資計算機控制（亦即使建筑具有“智能化”）所能期待的主要回報內(nèi)容之一；然而目前國內(nèi)在智能建筑的建設中，真正能做到這一點的是鳳毛麟角。也就是說，只有極少數(shù)智能建筑（屈指可數(shù)�。�實現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，大多數(shù)智能建筑并沒有實現(xiàn)節(jié)電節(jié)能這一理應實現(xiàn)的回報。其中原委，正是本文要探討的內(nèi)容。

　　2、工程現(xiàn)狀問題頗多

　　2.1空調(diào)及其控制系統(tǒng)的運行情況遠不理想

　　由北京市科協(xié)下達的“智能建筑軟課題”。曾對智能建筑的國內(nèi)外發(fā)展狀況和技術(shù)內(nèi)涵進行過調(diào)查研究。在一年零三個月（1996.3-1997.6）的時間內(nèi)，組織了北京工業(yè)大學及兄弟院校，從事自控、計算機、通訊、空調(diào)方面的教授、專家，對北京65座大樓進行了普查；對北京京信大廈、京誠大廈、中化大廈、長安俱樂部、遠南飯店、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行了實地考察。

　　用戶對樓宇自控系統(tǒng)運行情況的評價是：滿意的僅占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、運行良好外，普遍存在著各種各樣的問題：有的技術(shù)不先進，有的在運行中存在嚴重缺陷，有的根本不能開通。

　　經(jīng)投入巨資設計安裝的計算機控制系統(tǒng)，如果根本不能開通，或者在運行一段時間后由于這樣那樣的故障而被拆除，這不能不說是一種嚴重的教訓，有關(guān)各方都應正視問題、認真分析原因并采取切實有效的措施，避免重復發(fā)生。

　　應該指出，空調(diào)及其控制系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)問題并非我們國家所獨有。一位英國專家，Building Energy Management Systems（建筑能量管理系統(tǒng)）一書的作者，G.J.Levermore在他著作的前言中寫到：“我確實經(jīng)常詢問設計人員、用戶和學生們，他們是否知道任何建筑物在調(diào)試后運行良好，然而回答是極為稀少。我希望我的書會幫助減輕此類問題。”

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

　　2.2空調(diào)自控設計與空調(diào)設計嚴重脫節(jié)

　　在智能建筑中，空調(diào)自控系統(tǒng)的工程實施，目前大體上經(jīng)過下列工程步驟：由土建設計院的暖通空調(diào)專業(yè)人員進行空調(diào)設計，并提出空調(diào)自控要求，有設計院自控專業(yè)人員進行空調(diào)自控設計，由自控設備廠商進行控制部分的方案設計和施工圖設計，并由自控設備廠商進行控制部分的安裝調(diào)試，然后移交給物業(yè)管理部門進行運行管理。

　　在上述的工程環(huán)節(jié)中，需涉及的單位包括設計院，土建施工單位，設備安裝單位，自控廠商等，當然還有起決定和控制作用的業(yè)主。這其中本應形成密切配合，一環(huán)扣一環(huán)的，平滑運轉(zhuǎn)的鏈條，然而，實踐證明：其中各個重要環(huán)節(jié)常常嚴重脫節(jié)，遺留后患，并給樓宇自動化系統(tǒng)的正常運行和節(jié)能效果帶來嚴重問題。

　　脫節(jié)現(xiàn)象常常表現(xiàn)為：

　�。�1）設計院暖通空調(diào)專業(yè)人員對自控專業(yè)提的要求往往深度不夠：一般均未提供全年工況劃分，相應的空氣處理過程焓濕圖，各種工況下各種執(zhí)行機構(gòu)的動作要求及工作狀態(tài)，工況轉(zhuǎn)換的邊界條件等。

　�。�2）設備安裝單位的設備安裝工作未按規(guī)程進行，在安裝完畢之后對各個風系統(tǒng)和水系統(tǒng)并未進行認真的測試和平衡。

　�。�3）自控設備供應廠商，在競標時，往往“什么工作都能做”；但在工程實施時，或者缺乏必要的專業(yè)人才，或者工程人員比例嚴重不足，因而無力針對具體工程進行具體分析，常常憑借一些“copy”來的東西甚至未經(jīng)消化來應付工程。自控設備廠商的調(diào)試工作也普遍不到位：比如針對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、冬季和過度季節(jié)等不同空調(diào)工況普遍未進行足夠調(diào)試等。

　�。�4）業(yè)主對樓宇能量管理系統(tǒng)（BEMS）的安排，它的節(jié)能潛力，它在運行中可能出現(xiàn)的問題往往心中無數(shù)，對于空調(diào)設計和空調(diào)自控設計中的重大方案問題往往缺乏判斷能力，亦未組織必要的論證。有些投資者對于已建和在建的智能建筑BEMS方面屢屢發(fā)生的問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行管理水平，大量的減少維護管理人員；但應該指出的是：對維護管理人員的素質(zhì)要求高了。特別是業(yè)主必須選擇一個合格的設備運行負責人，他（她）應該了解HVAC各系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的運行原理。

　　必要的投資之后，管理就至關(guān)重要。業(yè)主可以在建設初期就注意選擇和培養(yǎng)管理人才。必要時，亦可在建設過程的各個環(huán)節(jié)以至全過程（從設計方案到系統(tǒng)運行）聘請技術(shù)專家以避免盲目性。

　　3、設計體制有待調(diào)整

　　3.1動態(tài)設計和穩(wěn)態(tài)設計

　　傳統(tǒng)的暖通空調(diào)設計，本質(zhì)上是一種穩(wěn)態(tài)設計，它是以室內(nèi)外的穩(wěn)定狀態(tài)為基礎進行設計的。比如空調(diào)負荷計算：室內(nèi)條件是室內(nèi)設計溫度和濕度，室外條件是每年平均不保證50小時的室外溫度和濕度的統(tǒng)計值（某種人為規(guī)定的極值條件），在此基礎上計算出房間空調(diào)設計負荷，并成為整個空調(diào)設計的基礎。各種風系統(tǒng)和水系統(tǒng)的水力平衡計算，也主要是為了選擇風機或泵的大小，一般計值（某種人為規(guī)定的極值條件），在此基礎上計算出房間空調(diào)設計負荷，并成為整個空調(diào)設計的基礎。各種風系統(tǒng)和水系統(tǒng)的水力平衡計算，也主要是為了選擇風機或泵的大小，一般很少進行詳細的運行分析，且常常是憑經(jīng)驗用估算來完成的。

　　暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)的設計，特別是暖通空調(diào)系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)的設計，是建立在系統(tǒng)日常運行的基礎上的，也就是說，本質(zhì)上是一種非穩(wěn)態(tài)的動態(tài)設計。計算機控制系統(tǒng)要求動態(tài)分析資料，而暖通空調(diào)設計提供的是有限的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)──這大約是當前智能建筑建設中，暖通空調(diào)系統(tǒng)設計與暖通空調(diào)系統(tǒng)控制系統(tǒng)設計嚴重脫節(jié)的重要原因。

　　這種情況是歷史原因形成的，且并非我們國家所獨有。一位美國專家，Direct Digital Controls for HVAC Systems（用于暖通空調(diào)的DDC控制）一書的作者，T.B.Hartman在書中寫到：“由于DDC技術(shù)的發(fā)展而提供的改進HVAC系統(tǒng)的機會，在建筑設備系統(tǒng)的設計中，很少被充分研究。建筑業(yè)中的大多數(shù)設計工作，是來自于估算，而不是嚴格分析。打破現(xiàn)有設計原則的想法和行動，仍然被認為是冒險。使用高性能控制的設計，要求設計者反復考慮，如何使系統(tǒng)最有效的組成，而這種思考對廣泛應用的估算原則是一種挑戰(zhàn)。”

　　3.2高性能設計和知識更新

　　在我國智能建筑當前的設計體制中，一般的情況是：土建設計院的暖通空調(diào)專業(yè)人員做暖通空調(diào)系統(tǒng)設計，且由自控專業(yè)人員做暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計。但其中控制系統(tǒng)的設計，一般沒有達到施工圖設計的深度，而要控制設備廠商或集成商重新做“弱電”方案設計和其后的施工圖設計。

　　目前有的設計院提出做計算機控制（即“智能”的一部分）設計的要求，有的設計院做了一些嘗試，有的設計院則為此做著技術(shù)準備。以長遠來說，土建設計院承擔“智能”部分設計也許是具有競爭力的，但就目前情況來看，“智能”部分設計仍然是自控設備廠商和系統(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：使設計人員從氣動控制的限制所需要的簡單穩(wěn)態(tài)控制中解放出來，采用先進技術(shù)進行動態(tài)控制。這種高性能控制系統(tǒng)設計，比傳統(tǒng)設計方法精細得多，但它有極為可觀的節(jié)能回報。

　　高性能系統(tǒng)的設計是建筑在動態(tài)分析的基礎上的。設計者選擇評估高性能設計方案的工具，必須能夠恰當?shù)摹�準確的預測建筑物在實際運行條件下的熱流和能耗。也就是說，必須能夠提供動態(tài)結(jié)論。

　　T.B.Hartman對國外咨詢公司的描述，我們的設計人員和設計院可做為借鑒和參考：“想做高性能設計的公司，必須更好地、不斷地使自己的設計人員由于DDC技術(shù)的出現(xiàn)而進行知識更新。我的經(jīng)驗是：極少有公司愿意承擔這個任務。很多公司傾向于過高地估計他們對先進技術(shù)的知識和理解。人們很少能聽到，設備設計公司的經(jīng)理承認他們?nèi)狈ο冗M控制技術(shù)以進行高性能設計，但只有極少數(shù)公司具備這種能力。做為對進行高性能設計任何考慮的起點，就是這些設計院長們認識到需要獲取知識和技術(shù)以便確保設計目標能夠全部實現(xiàn)。”

　　4、能量分析方法依舊

　　在智能建筑HVAC系統(tǒng)的研究、設計和運行管理中，需要一種工具以便評估或預測建筑物在實際運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（美國采暖冷凍空調(diào)工程師協(xié)會）自70年代中期，在建筑物熱狀態(tài)計算機數(shù)學模擬技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的。建筑能量分析方法技術(shù)復雜，程序龐大；因此從一開始，即有很多學者致力于簡化方法的研究，以便適應不同場合、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)生了大量的簡化方法及其分類。但總的來說，有代表性的仍然是詳細的逐時模擬的方法。

　　建筑能量分析方法的主要技術(shù)，包括建筑物的熱模擬，建筑設備（包括冷熱源）的熱模擬，以及動態(tài)氣象資料等，有代表性的典型程序，是美國能源局的DOE-2和美國陸軍研究院的BLAST等。 1982年美國加州大學LBL實驗室A.H.Rosenfeld教授在北京第一屆中美能源環(huán)境會議上，提出了“建筑節(jié)能技術(shù)與中國公寓式住宅的能耗問題”的論文，其中采用美國DOE程序，采用上海和北京的氣象資料，對中國公寓式住宅的采暖能耗問題做了分析，并提出了節(jié)能建議。 此后，我國學者在國內(nèi)也對建筑物逐時模擬方法的應用做了探索。

　　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。房間是由維護結(jié)構(gòu)所形成的空間，由外墻、外門、內(nèi)墻、內(nèi)門、地面、樓板、頂棚系統(tǒng)和窗子系統(tǒng)等組成的維護結(jié)構(gòu)把室內(nèi)室外隔成了兩個氣候環(huán)境。太陽輻射和室外氣溫變化等因素，通過輻射、對流和傳導三種形式作用于維護結(jié)構(gòu)；維護結(jié)構(gòu)本身既有熱阻又有熱容，它通過自身的調(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輻射和對流交換著熱量。此外，空氣滲透和通風空調(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)、維護結(jié)構(gòu)、室外三個部分，輻射、傳導、對流三種形式相互作用相互影響而不斷變化的錯綜復雜的局面，構(gòu)成了實際建筑熱過程的復雜圖象。

　　上述方程組是建筑物動態(tài)負荷分析的基礎，也是建筑物空調(diào)自控設計的基礎。實現(xiàn)空調(diào)節(jié)能的根本途徑，就在于巧妙地利用室外條件、維護結(jié)構(gòu)、室內(nèi)條件和空調(diào)設備的相互作用關(guān)系，既創(chuàng)造出舒適高效的室內(nèi)環(huán)境，而同時又實現(xiàn)大幅度節(jié)能的目的。

　　5、結(jié)束語

　　調(diào)查表明：已建成的智能建筑中空調(diào)自控系統(tǒng)的運行出現(xiàn)一定程度的問題相當普遍，根本未能開通或運行一段時間后被拆除的例子也屢見不鮮。對問題的剝離分析表明：業(yè)主的認識和安排──HVAC系統(tǒng)設計──施工安裝──HVAC控制系統(tǒng)設計安裝──調(diào)試──運行，各個環(huán)節(jié)常常出現(xiàn)嚴重脫節(jié)的現(xiàn)象；其中自控設備廠商在設計和調(diào)試中不到位常常引起嚴重后果。業(yè)主可以聘請專家加強全過程的監(jiān)督管理，確保建成HVAC各系統(tǒng)起碼能夠正常運行，進而追求實現(xiàn)一定程度的節(jié)能，在此基礎上再實現(xiàn)運行的全面優(yōu)化，以便達到最大限度的節(jié)能效果。