1、空調節(jié)能意義重大

　　空氣調節(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容之一；然而目前國內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容。

　　2、工程現(xiàn)狀問題頗多

　　2.1 空調及其控制系統(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外發(fā)展狀況和技術內涵進行過調查研究。在一年零三個月（1996.3-1997.6）的時間內，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%.在調查中發(fā)現(xiàn)：除少數(shù)建筑物技術先進、運行良好外，普遍存在著各種各樣的問題：有的技術不先進，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 空調自控設計與空調設計嚴重脫節(jié)

　　在智能建筑中，空調自控系統(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專業(yè)人員進行空調設計，并提出空調自控要求，有設計院自控專業(yè)人員進行空調自控設計，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)行機構的動作要求及工作狀態(tài)，工況轉換的邊界條件等。

　�。�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)等不同空調工況普遍未進行足夠調試等。

　　（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)，對于空調設計和空調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）聘請技術專家以避免盲目性。

　　3、設計體制有待調整

　　3.1 動態(tài)設計和穩(wěn)態(tài)設計

　　傳統(tǒng)的暖通空調設計，本質上是一種穩(wěn)態(tài)設計，它是以室內外的穩(wěn)定狀態(tài)為基礎進行設計的。比如空調負荷計算：室內條件是室內設計溫度和濕度，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設計負荷，并成為整個空調設計的基礎。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設計負荷，并成為整個空調設計的基礎。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。

　　暖通空調系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)的設計，特別是暖通空調系統(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，暖通空調系統(tǒng)設計與暖通空調系統(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（用于暖通空調的DDC控制）一書的作者，T.B.Hartman在書中寫到：“由于DDC技術的發(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專業(yè)人員做暖通空調系統(tǒng)設計，且由自控專業(yè)人員做暖通空調系統(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)�、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)理承認他們缺乏先進控制技術以進行高性能設計，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)學模擬技術的基礎上發(fā)展起來的。建筑能量分析方法技術復雜，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，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。房間是由維護結構所形成的空間，由外墻、外門、內墻、內門、地面、樓板、頂棚系統(tǒng)和窗子系統(tǒng)等組成的維護結構把室內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構；維護結構本身既有熱阻又有熱容，它通過自身的調節(jié)作用后把室內外環(huán)境的變化因素聯(lián)結在一起；而室內環(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系統(tǒng)又把室內和室外環(huán)境聯(lián)結在一起。這種室內、維護結構、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，也是建筑物空調自控設計的基礎。實現(xiàn)空調節(jié)能的根本途徑，就在于巧妙地利用室外條件、維護結構、室內條件和空調設備的相互作用關系，既創(chuàng)造出舒適高效的室內環(huán)境，而同時又實現(xiàn)大幅度節(jié)能的目的。

　　5、結束語

　　調查表明：已建成的智能建筑中空調自控系統(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。