1 关于节能要求的背景资料

1.1 国情需要

我国是一个能源消耗大国，尤其是对电力的需求显得尤为迫切，每年冬夏季，全国很多地方都闹“电荒”，目前，中国正面临着长期性的电力短缺和紧张。相关研究报告指明：中国目前的电力缺口是９．９３％，到２０１５年将剧增至１５％.并且，中国的电力来源的结构（见表1）也对未来的电力市场造成了巨大的潜在的威胁。

从表1可以看出，火力发电是中国电力的最主要来源。火力发电的原料是煤，但中国已由原来最大的煤炭生产国和消费国转变为进口国，电力成本也因此不断上扬。随着电力的普及，即使接近亚洲市场的平均电力使用水平，也都会使中国的电力市场不堪重负。

1.2 国家关于节能的立法

１９８６年我国颁布第一部建筑节能标准《北方寒冷地区建筑节能标准》。

早在１９９５年5月，建设部就颁发了《建设部建筑节能九五“计划和２０１０年规划》，１９９７年１１月１１日，第八届全国人民代表大会常务委员会第２８次会议又通过了《中华人民共和国节约能源法》，节能已经成为我国经济和社会发展的一项长远战略方针。１９９８年１月１日起执行《中华人民共和国节约能源法》。

针对民用建筑，在２０００年２月１８日的中华人民共和国建设部部长令第７６号中宣布自２０００年１０月１日起施行《民用建筑节能管理规定》。

２００５年７月１日起实施《公共建筑节能设计标准》ＧＢ５０１８９－２００５，这是我国批准颁布的第一部公共建筑节能设计的综合性国家标准。

由此可以看出，节约能源已经成为我国的重要国策之一。在能源法中所称的节能，是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。为了推动全社会开展节能降耗，缓解能源瓶颈对经济发展的制约，建设节能型社会，促进社会可持续发展，节能技术改造已经成为当前一项极其紧迫的任务。

《公共建筑节能设计标准》的颁布施行，标志着我国建筑节能工作在民用建筑领域的全面铺开，对我国的建筑节能工作将发挥重要的作用。

2 大型建筑运行能耗的构成分析

表2是从某资料获取美欧国家建筑物能耗分配比例综合统计表，从中可以看出：一栋建筑内，暖通空调是最大的耗能大户。所以，采用良好的节能控制措施，对节约能源，降低运行费用十分重要。

资料《上海的建筑节能与空调冷热源》中也针对办公性质的建筑分析了其能源消费的构成。

办公楼耗电量构成：由上述统计数据的分析可以看出，在建筑运行过程中，其能源消耗的途径是建筑内的各类机电设备，而其中大部分又是照明部分和空调部分的能耗。因此，建筑节能需要针对建筑物使用过程中的供暖、通风、空调、照明的能耗进行控制，特别是其中的暖通空调和建筑照明的节能潜力最大。

对于政府办公楼、大型公共设施、大型商业项目，节能降耗不仅是相应国家号召，顺应国家政策，更是与建筑运营管理部门切身利益息息相关，这不仅能降低运行费用，而且能延长设备使用寿命，不仅具有明显的经济效益，更具有深远的社会效益。

3 建筑节能途径分析

通过前面的数据可以看出，对于建筑节能而言，除了从建筑和结构和机电设备的选型和设计上考虑节能，例如采用太阳能建筑一体化，外墙保温技术、地源热泵等一系列技术外，建筑节能的关键在于节电，而节电的核心是节约建筑机电设备节能和照明的节能。

对于建筑节能，根据国际专业能源公司长期实践摸索，已经对建筑的节能的有了理论的总结。

第一层面：管理层面。通过专门的智能控制系统，让对设备的能耗进行有效的控制，建筑机电设备智能监控系统（楼宇自控系统），智能照明控制系统的采用，这样可保证在管理层面可以非常清楚地了解到建筑运行实际需要的能源，使设备按照建筑实际的需求的能源进行经济地运行。

第二层面，负荷层面，建议首先在负载的选型上进行控制，选用高效、节能的用电设备，从根本上进行节能；其次是对用电设备进行节能控制，保证设备运行和使用的高效和节能。

照明用电：政府办公楼、大型公共设施、大型商业类的建筑，其照明用电是相当可观的，照明主要集中有室外景观，建筑泛光照明和室内照明、公共区域照明，一般室内公共照明和室内照明主要是以荧光灯、节能灯为主的照明负载，而大楼泛光照明和景观照明则是以金卤灯和高压钠灯为主的照明负载，照明灯具均需采用绿色高效率的光源。大楼能耗及用电量的组成见表3。

机电设备动力用电：政府办公楼、大型公共设施、大型商业项目一般都配备了中央空调系统，中央空调系统很多新型工艺本身就属于节能环保的设计，例如地源空调系统，变风量空调系统，能量回收空调系统，可从空调设计工艺上进行了节能，空调系统的配电也将采用专用动力配电回路供电，这是整个用电负荷的主要组成部分。

建筑中的中央空调系统、给水泵，这些动力负载一般都是中大功率的设备，这些设备都是建筑里的能耗大户，这些负载一般都是电机负载，其中很多设备已经采用了成套的自动变频控制或成套独立控制系统。

下文分别针对这两个层面的节能控制措施进行说明，以便使政府办公楼、大型公共设施、大型商业类建筑将来运营中参考其中的一些节能措施，尽可能使建筑运营处于经济、节能模式下运行。

4 楼宇自控系统节能控制措施

楼宇自控系统主要的功能之一就是可以尽可能地节约能源，针对不同的受控设备，采用相应的节能控制技术或控制策略实现节能运行，下面就楼宇自控系统的新型节能控制技术和控制策略进行说明。

4.1 楼宇自控系统的最新节能技术

4.1.1 控制器内置节能控制程序

随着技术的不断进步，有的楼宇自控系统厂家为了更好地保护客户利益，已经将一些通用的节能控制程序内置在控制器中，例如西门子公司的ＡＰＯＧＥＥ（顶峰）系统旗下的ＰＸＣ系列控制器，只需输入简单参数后即可执行节能控制程序，具体节能程序包括：

（1）自动日光节约时间切换；
       （2）基于日历的计划列表；
       （3）计划表；
       （4）经济节能控制；
       （5）设备计划列表、优化和顺序列表；
       （6）事件计划列表；
       （7）假日计划列表；
       （8）夜间低温设定控制；
       （9）尖峰需求显示（ＰＤＬ）；
       （10）启停事件最优控制（ＳＳＴＯ）；
       （11）临时强制计划表。

控制器内置节能控制算法是对用户非常好的一个功能，而且目前作为一种技术发展趋势，相信越来越多的厂家会采用这一项技术。

4.1.2 更先进的控制算法—自适应控制算法

随着计算机和控制技术的不断进步，ＤＤＣ控制器也有了很大的提高，目前楼宇自控行业主流的控制器是３２位ＣＰＵ的ＤＤＣ控制器，并且具有超大内存，这就为更先进和复杂的控制算法提供了硬件基础。

自适应控制是一个复杂的闭环循环控制算法。自适应控制能自动校正参数以补偿机械的系统/负载/季节性变化；它提供ＰＩＤ控制较传统的更高效，拥有更好的鲁棒性，更快和更稳定的控制。与ＰＩＤ控制相比，自适应控制在动态非线性系统中的响应时间，保持稳态和减少错误方面有出色的表现。

西门子ＡＰＯＧＥＥ楼控系统的各种控制器中，包括了由Ｃｙｂｏｓｏｆｔ开发的基于无模型自适应控制技术的自适应控制算法。

（1）自适应控制的特点

能连续的对系统特性的变化做出调整，且易于操控。

       1）非线性循环
       2）如多输出的送风温度控制的复杂应用
       无模型—由于不需要复杂的建模过程，所以响应时间更快，具有更匹配的控制性能。
       降低培训成本，提高员工的生产力，减少人为错误的几率；
       自动对季节性和机械特性的变化做出调整—非手动季节性调整。
       3）更好的调节回路实现节能减少调节次数
       4）减少偏移量
       延长阀门和执行器的生命周期。
       5）减少由循环引起的磨损和破裂
       6）减少末端设备的维护、修理和置换成本。
       自适应控制是为变量型系统、非线性系统、彻底改变ＰＩＤ控制的折衷方法而设计的。

（2）自适应控制如何运作

自适应控制是基于ＣｙｂｏＳｏｆｔ的无模型自适应控制专利软件开发的，以多层神经网络为基础的控制程序。自适应控制并非基于ＰＩＤ的“自动调谐”，它也没有利用任何ＰＩＤ控制技术。

无模型自适应控制技术易于嵌入和配置。其神经网络技术允许控制器学习记忆，继而提高性能。

自适应控制对系统的性能、响应时间、设定值错误作连续的测量。神经网络对新的运行条件作动态的调整，同时继续对其性能作重新的测算，创造了“学习型记忆”的连续调整的方法。通过连续不断的对系统作调整，自适应控制能提供匹配的控制性能。

当然，自适应控制也需要一些基本条件，需要暖通空调专业提供一些基本数据，以便进行参数的设置，否则该算法实现起来有一定难度。

4.2 空调控制系统可以采用的节能控制策略

空调系统是建筑中的能耗大户。应合理地控制空调设备的运行，在保证建筑物内舒适环境的前提下最大程度地降低能耗。自控系统工程商在实施中，一般需要根据空调系统的工艺要求，结合工艺要求采用一定的节能控制策略，这样可以在满足空调系统运行工艺要求的前提下进行节能，常见的节能控制策略主要包括以下几点。