一 | 樓宇自控，可持續(xù)發(fā)展的必破之困上篇
2020-11-27
從廣州大學(xué)城區(qū)域能源站的嶄露頭角，到全球最綠摩天大樓珠江城的首次大規(guī)模采用，再到另一個(gè)珠江城——深圳能源大廈的二次驗(yàn)證，“源牌自控”， 帶著熟悉的內(nèi)核和陌生的形態(tài)，從此走上了中國樓宇自動(dòng)控制的歷史舞臺(tái)。
自兩次工業(yè)革命之后，世界的發(fā)展之快，令人瞠目結(jié)舌，這是從古至今的頭一遭，這是人類從未從史書中瞧見的、翻天覆地的機(jī)遇與變革。煤炭、石油等傳統(tǒng)礦物燃料所帶動(dòng)的蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展，將人類的前進(jìn)速度推向不斷挑戰(zhàn)突破的極限。在20世紀(jì)初期，小部分快速發(fā)展的歐美國家將廣大第三世界甩在身后，他們鋪張浪費(fèi)型的發(fā)展策略與非正義戰(zhàn)爭(zhēng)的驚人損耗，尚且能在地球資源可承受的范圍內(nèi)。但是當(dāng)?shù)诙问澜绱髴?zhàn)硝煙散盡之后，世界格局翻天覆地。曾經(jīng)被奴役的國家、被欺辱的國家、不發(fā)達(dá)的國家也渴求國富民安。1986年12 月4日，聯(lián)合國大會(huì)第41屆會(huì)議通過了《發(fā)展權(quán)利宣言》。發(fā)展權(quán)，作為一項(xiàng)新的人權(quán)正式得到聯(lián)合國承認(rèn)并確立。
但是發(fā)展的成果不可能憑空變出。要想讓積貧積弱的國家改頭換面，就需要巨量的自然資源，和海量的能耗。
發(fā)展，就意味著驚人的碳排放量，而碳排放權(quán)，其實(shí)是發(fā)展權(quán)。礦物質(zhì)能源的發(fā)現(xiàn)是人類最偉大的發(fā)現(xiàn)，促成了人類工業(yè)化的革命，隨之產(chǎn)生了電氣化革命、智能化革命和信息化革命，發(fā)展到今天， 礦物質(zhì)能源功不可沒。囿于技術(shù)，現(xiàn)在我們能夠利用的資源確實(shí)正在日漸枯竭，我們的地球母親，如今已是重荷難支。這個(gè)客觀事實(shí)說明一點(diǎn)，能源的低碳化勢(shì)在必行。
在這樣別有用心的道德高壓和嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)的雙重考驗(yàn)下，節(jié)能，是我們對(duì)世界與自然的負(fù)責(zé)，同時(shí)也是更好更快保障我們發(fā)展權(quán)的必經(jīng)之
路、必成之功。只有貫徹可持續(xù)發(fā)展的理念，提高能源的使用效率，我們才能擺脫高耗低效的發(fā)展模式，在危與機(jī)并存的當(dāng)代完成我國偉大的復(fù)興。
2016年12月4日，《焦點(diǎn)訪談》專門就發(fā)展權(quán)與中國道路做過一期節(jié)目，其中提到“經(jīng)過了30多年的高速發(fā)展，中國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了一個(gè)‘新常態(tài)’時(shí)期，GDP增速減緩，經(jīng)濟(jì)下行壓力增大，環(huán)境問題突出，發(fā)展面臨不可持續(xù)的危險(xiǎn)。如何破解發(fā)展難題，中國找到了一條新的發(fā)展之路，那就是十八屆五中全會(huì)提出的‘創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享’的五大發(fā)展理念”。并特別提到，《巴黎協(xié)定》的正式生效，標(biāo)志著全世界停下邁向氣候?yàn)?zāi)難的腳步，并開啟了一條可持續(xù)發(fā)展的嶄新道路。我們不能為了自然而放棄發(fā)展，我們也不能為了發(fā)展而損害自然。只有與自然同行的發(fā)展，才是可以持續(xù)的。
在這樣的社會(huì)背景下，當(dāng)象征著發(fā)展的超高層樓宇如雨后春筍一般興起群立之時(shí)，它們的巨額排放量問題，也就令越來越多的人所側(cè)目、所憂慮：建筑業(yè)發(fā)展迅猛，由此造成的能源消耗，已經(jīng)占據(jù)我國產(chǎn)業(yè)能耗的一半左右。
可怕的數(shù)據(jù)，預(yù)示著巨大的能源危機(jī)，值得每一個(gè)人警覺。但我們常說，危機(jī)危機(jī)，危中有機(jī)。從另外一個(gè)角度來思考，如果我們能夠做些什么，為高層建筑減一減排，哪怕每一棟樓只會(huì)產(chǎn)生些微變化，滴水石穿，匯聚起來的力量便是了不起的質(zhì)變。
針對(duì)樓宇的節(jié)能，我們可以做哪些方面的努力呢？實(shí)際上，我國古人的智慧已經(jīng)指明了道路：無外乎開源節(jié)流。
所謂開源，就是要讓可利用的資源變得多多的。想盡一切辦法用可再生的新能源去替代礦物質(zhì)能源。目前人類的技術(shù)已經(jīng)可以熟練地利用風(fēng)力、地?zé)崮芎吞柲艿龋幸粋€(gè)影響清潔能源使用效率的問題， 暫時(shí)難以跨越。那就是新能源利用常常是間歇性的。比如太陽能，即使是沙漠戈壁這樣能源豐富的地方，到了晚上，太陽說沒就沒了。比如潮汐，退潮與漲潮之間有大段的空白時(shí)段。所以，如何給新能源們匹配各自合適的儲(chǔ)能系統(tǒng)，縮短這些不能利用、或不好利用的空窗期，就是開源的關(guān)鍵。
所謂節(jié)流，就是要讓不必要的能耗變得少少的。話雖簡(jiǎn)單，但怎么削減、從哪削減，都是問題，門道不少。在建筑節(jié)能上，許多研究者發(fā)現(xiàn)可以通過調(diào)整建筑地理的布置，因地制宜，改變建筑的結(jié)構(gòu)，減少為對(duì)抗狂風(fēng)與烈陽等環(huán)境變化造成的額外損耗。
但光是羅列兩個(gè)節(jié)能的大方向，是不能準(zhǔn)確解決建筑能耗的。其一， 現(xiàn)在許多樓宇已經(jīng)自行利用光伏玻璃或風(fēng)力發(fā)電來緩解用電難，但是如上文所說，新能源的利用常常是不穩(wěn)定的，更不要說樓宇自用這種規(guī)格能產(chǎn)出的能量了。其二，通過選擇樓宇建設(shè)位置和外觀設(shè)計(jì)來節(jié)能，這種被動(dòng)的建筑節(jié)能技術(shù)確實(shí)有用，但并不能切中最核心的能耗大戶。
什么才是樓宇建筑中真正的能耗大戶？
現(xiàn)代大廈最耗能的單元，是暖通空調(diào)系統(tǒng)（HVAC）。已知的數(shù)據(jù)中，空調(diào)的能耗常常占據(jù)了整棟大樓能耗的一半以上。因此我們可以說， 中國減排的關(guān)鍵之一在樓宇減排，樓宇減排的關(guān)鍵，在空調(diào)的節(jié)能。
也許有人會(huì)說，干脆就不要空調(diào)，大家一起艱苦樸素地過日子好了。
不能。
人類在建筑學(xué)上的一切奮斗，歸根結(jié)底都是為了追求人類的福祉而
向極限探索的過程。對(duì)于現(xiàn)代愈發(fā)擁擠的城市，高層建筑是高效利用立體空間的優(yōu)解，而一個(gè)精準(zhǔn)控制著室內(nèi)新風(fēng)量和溫濕度的空調(diào)系統(tǒng)，則是讓高層生態(tài)變得更舒適、更健康的關(guān)鍵因素，或者說當(dāng)下的最重要因素。因此我們絕不能做殺雞取卵的事，問題解決之道應(yīng)該是思考如何降低空調(diào)的能耗。
在自發(fā)電和建筑被動(dòng)節(jié)能都只能作為輔助增益的情況下，怎么對(duì)暖通系統(tǒng)進(jìn)行開源節(jié)流呢？
盡可能提高能源的使用效率，讓一分錢當(dāng)作兩分花。
而提高能源效率最重要的，是提高礦物質(zhì)能源向二次能源轉(zhuǎn)換效益能源的效率。同樣是燒一斤煤，一個(gè)在大鍋爐里高溫富氧地爆燃，一個(gè)在小爐灶里不均勻淺燒且伴隨著大量隨煙氣溜走的熱，明眼人都知道兩者利用率差距幾何。這一點(diǎn)很重要，但卻跟樓宇沒什么關(guān)系，因?yàn)闃怯畹碾姶蟛糠质莵碜噪娋W(wǎng)，并不用操心、也操不了這個(gè)發(fā)電能源的心。
那樓宇難道就沒有可以做的節(jié)能工作了么？
當(dāng)然有，那就是提高建筑樓宇機(jī)電系統(tǒng)效率，其中重點(diǎn)，自然是提高空調(diào)系統(tǒng)的效率。
在大樓普遍不怎么高的年代，早期空調(diào)并沒有背負(fù)現(xiàn)在這么多功能與責(zé)任，在很長(zhǎng)的時(shí)間里似乎也沒有非解決不可的問題。從最簡(jiǎn)單的窗機(jī)到后來家用分體機(jī)的進(jìn)步，也僅僅解決了前者噪音巨大的問題。但當(dāng)超高層建筑快速在城市生態(tài)里生根發(fā)芽、茁壯成長(zhǎng)之后，人們突然意識(shí)到了空調(diào)的重要性。這些龐然大物內(nèi)里有許多不同的房間，要供給這些房間必要的新風(fēng)和創(chuàng)造出宜人的溫度，每個(gè)房間單獨(dú)配一個(gè)分體機(jī)自然是匪夷所思的浪費(fèi)之舉。這時(shí)候，中央空調(diào)便成了唯一解。這種空調(diào)是通過調(diào)節(jié)空氣處理機(jī)內(nèi)的空氣并將其分配到一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，通過改變流向各區(qū)域的氣流溫度來達(dá)到室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。從美學(xué)上，中央空調(diào)的工作形態(tài)自然就比外墻上掛滿分體機(jī)的建筑要高級(jí)不少，而且統(tǒng)一制冷與各自分配模式，也可以有效節(jié)約多余能耗。
最初我們使用的是定風(fēng)量空調(diào)，當(dāng)它應(yīng)用在民居住宅或傳統(tǒng)小型建筑等簡(jiǎn)單環(huán)境中時(shí)，定風(fēng)量空調(diào)的表現(xiàn)是沒什么可指責(zé)的。但它一旦脫離了這個(gè)舒適的工作環(huán)境，進(jìn)入了現(xiàn)代摩天大樓之中，它的缺點(diǎn)便迅速放大。恒定不變的送風(fēng)量讓定風(fēng)量空調(diào)不僅缺乏對(duì)各房間因地制宜的把控能力，不能完成復(fù)雜高層所需要的暖通標(biāo)準(zhǔn)，還會(huì)在沒有控制系統(tǒng)指揮的情況下低效工作，造成大量的能源浪費(fèi)。
在這個(gè)為難的境地中，VAV的出現(xiàn)，讓事情有了轉(zhuǎn)機(jī)。
變風(fēng)量系統(tǒng)Variable air volume，與在可變溫度下提供恒定風(fēng)量的定風(fēng)量系統(tǒng)不同，VAV系統(tǒng)能在恒定溫度下，按照需要改變所需送出的風(fēng)量。
20世紀(jì)60年代，變風(fēng)量空調(diào)誕生在美國，當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)還牢牢被定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)把持，但很快VAV的優(yōu)勢(shì)就在大型建筑中展現(xiàn)出來。相比只適用于小型住所的定風(fēng)量空調(diào)，變風(fēng)量擁有更精準(zhǔn)的溫濕度控制，壓縮機(jī)損耗降低，更小的噪音，更小的能耗，以及最重要的一點(diǎn)，更高的空氣品質(zhì)。憑借這些長(zhǎng)處，在VAV變風(fēng)量空調(diào)誕生短短20年間，便迅速占領(lǐng)了高層建筑的市場(chǎng)。
行業(yè)已經(jīng)看清了，應(yīng)勢(shì)而改的VAV變風(fēng)量空調(diào)，就是減少暖通耗能的關(guān)鍵技術(shù)；而減少暖通耗能的關(guān)鍵，也自然就是減少建筑業(yè)能耗的關(guān)鍵！
對(duì)于變風(fēng)量空調(diào)來說，它的節(jié)能核心在于變。可是怎么變，憑什么來變，就是它能不能完全發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的最大難點(diǎn)。
要調(diào)節(jié)多區(qū)域空間的溫濕度，就要對(duì)該空間的溫度與濕度數(shù)據(jù)做即時(shí)精準(zhǔn)的控制，在這些參數(shù)基礎(chǔ)上，再將操作指令給到末端的箱體，即VAV BOX，去控制風(fēng)閥，調(diào)節(jié)風(fēng)量。
但問題是，如果僅僅只有VAV本身的話，并不太能達(dá)到理想的智能效果。如果光依賴它自身的硬件，其實(shí)VAV并沒有能力去計(jì)算節(jié)能與溫控的最優(yōu)解。這時(shí)候，就輪到智能建筑的大腦與神經(jīng)——樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)（Building Automation System，簡(jiǎn)稱BAS）登場(chǎng)了。
樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)，是對(duì)樓宇的暖通、照明、電力和消防安全其他系統(tǒng)進(jìn)行的自動(dòng)、智能且集中的控制管理系統(tǒng)。這種系統(tǒng)有許多分散在各個(gè)末端的直接控制器，但它們的操作常常可集中一處，有統(tǒng)一籌措、提綱挈領(lǐng)之便捷。最開始，這些控制作業(yè)統(tǒng)統(tǒng)都是由人工來操作。但是當(dāng)樓層越來越高、面積越來越大、末端設(shè)備越來越多時(shí)，人力早已無能為力，只能借助愈發(fā)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與所搭建的通信網(wǎng)絡(luò)。它幾乎肩負(fù)著樓內(nèi)一切設(shè)備的指揮、監(jiān)控和運(yùn)轉(zhuǎn)。一個(gè)高效合理的樓控系統(tǒng)，能夠極大提升使用者的舒適度，保障樓宇運(yùn)行的高效，降低能耗和運(yùn)營成本，以及延長(zhǎng)機(jī)器設(shè)備的使用壽命。
可見，變風(fēng)量空調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)真正的低能耗，除了自身能力外，還得仰仗一個(gè)靠譜的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
對(duì)于日新月異的中國，對(duì)于這片土地上春筍頻冒的現(xiàn)代大樓，VAV 變風(fēng)量空調(diào)和樓宇自控系統(tǒng)，也是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的關(guān)鍵。
但與需求相對(duì)的技術(shù)情況，卻不容樂觀。中國還沒有一個(gè)讓人信服的國產(chǎn)VAV變風(fēng)量品牌，也沒有一個(gè)配套可用的自研樓宇控制系統(tǒng)。而另一邊，新興的中高層建筑又讓這部分需求變得越來越多，市場(chǎng)份額越來越大。在這樣的情況下，大多數(shù)人就會(huì)引進(jìn)已經(jīng)在國外發(fā)展了幾十年的所謂成熟外國知名樓控品牌。
但即使在國產(chǎn)舉步維艱的境地下，我國也有一批先驅(qū)者沒有停下對(duì)變風(fēng)量空調(diào)的研究。秉承著我國工業(yè)的自造傳統(tǒng)，頂著“造不如買”的逆風(fēng)，我國的變風(fēng)量技術(shù)在緩慢前行。國產(chǎn)品牌在變風(fēng)量市場(chǎng)的比例， 小到幾乎不可見，但存在就比沒有強(qiáng)。
他們埋下了一顆火種，埋下了未來翻盤的可能。
