一 | 楼宇自控，可持续发展的必破之困上篇
2020-11-27
从广州大学城区域能源站的崭露头角，到全球最绿摩天大楼珠江城的首次大规模采用，再到另一个珠江城——深圳能源大厦的二次验证，“源牌自控”， 带着熟悉的内核和陌生的形态，从此走上了中国楼宇自动控制的历史舞台。
自两次工业革命之后，世界的发展之快，令人瞠目结舌，这是从古至今的头一遭，这是人类从未从史书中瞧见的、翻天覆地的机遇与变革。煤炭、石油等传统矿物燃料所带动的蒸汽机、内燃机等动力系统的发展，将人类的前进速度推向不断挑战突破的极限。在20世纪初期，小部分快速发展的欧美国家将广大第三世界甩在身后，他们铺张浪费型的发展策略与非正义战争的惊人损耗，尚且能在地球资源可承受的范围内。但是当第二次世界大战硝烟散尽之后，世界格局翻天覆地。曾经被奴役的国家、被欺辱的国家、不发达的国家也渴求国富民安。1986年12 月4日，联合国大会第41届会议通过了《发展权利宣言》。发展权，作为一项新的人权正式得到联合国承认并确立。
但是发展的成果不可能凭空变出。要想让积贫积弱的国家改头换面，就需要巨量的自然资源，和海量的能耗。
发展，就意味着惊人的碳排放量，而碳排放权，其实是发展权。矿物质能源的发现是人类最伟大的发现，促成了人类工业化的革命，随之产生了电气化革命、智能化革命和信息化革命，发展到今天， 矿物质能源功不可没。囿于技术，现在我们能够利用的资源确实正在日渐枯竭，我们的地球母亲，如今已是重荷难支。这个客观事实说明一点，能源的低碳化势在必行。
在这样别有用心的道德高压和严峻现实的双重考验下，节能，是我们对世界与自然的负责，同时也是更好更快保障我们发展权的必经之
路、必成之功。只有贯彻可持续发展的理念，提高能源的使用效率，我们才能摆脱高耗低效的发展模式，在危与机并存的当代完成我国伟大的复兴。
2016年12月4日，《焦点访谈》专门就发展权与中国道路做过一期节目，其中提到“经过了30多年的高速发展，中国经济进入了一个‘新常态’时期，gdp增速减缓，经济下行压力增大，环境问题突出，发展面临不可持续的危险。如何破解发展难题，中国找到了一条新的发展之路，那就是十八届五中全会提出的‘创新、协调、绿色、开放、共享’的五大发展理念”。并特别提到，《巴黎协定》的正式生效，标志着全世界停下迈向气候灾难的脚步，并开启了一条可持续发展的崭新道路。我们不能为了自然而放弃发展，我们也不能为了发展而损害自然。只有与自然同行的发展，才是可以持续的。
在这样的社会背景下，当象征着发展的超高层楼宇如雨后春笋一般兴起群立之时，它们的巨额排放量问题，也就令越来越多的人所侧目、所忧虑：建筑业发展迅猛，由此造成的能源消耗，已经占据我国产业能耗的一半左右。
可怕的数据，预示着巨大的能源危机，值得每一个人警觉。但我们常说，危机危机，危中有机。从另外一个角度来思考，如果我们能够做些什么，为高层建筑减一减排，哪怕每一栋楼只会产生些微变化，滴水石穿，汇聚起来的力量便是了不起的质变。
针对楼宇的节能，我们可以做哪些方面的努力呢？实际上，我国古人的智慧已经指明了道路：无外乎开源节流。
所谓开源，就是要让可利用的资源变得多多的。想尽一切办法用可再生的新能源去替代矿物质能源。目前人类的技术已经可以熟练地利用风力、地热能和太阳能等，但有一个影响清洁能源使用效率的问题， 暂时难以跨越。那就是新能源利用常常是间歇性的。比如太阳能，即使是沙漠戈壁这样能源丰富的地方，到了晚上，太阳说没就没了。比如潮汐，退潮与涨潮之间有大段的空白时段。所以，如何给新能源们匹配各自合适的储能系统，缩短这些不能利用、或不好利用的空窗期，就是开源的关键。
所谓节流，就是要让不必要的能耗变得少少的。话虽简单，但怎么削减、从哪削减，都是问题，门道不少。在建筑节能上，许多研究者发现可以通过调整建筑地理的布置，因地制宜，改变建筑的结构，减少为对抗狂风与烈阳等环境变化造成的额外损耗。
但光是罗列两个节能的大方向，是不能准确解决建筑能耗的。其一， 现在许多楼宇已经自行利用光伏玻璃或风力发电来缓解用电难，但是如上文所说，新能源的利用常常是不稳定的，更不要说楼宇自用这种规格能产出的能量了。其二，通过选择楼宇建设位置和外观设计来节能，这种被动的建筑节能技术确实有用，但并不能切中最核心的能耗大户。
什么才是楼宇建筑中真正的能耗大户？
现代大厦最耗能的单元，是暖通空调系统（hvac）。已知的数据中，空调的能耗常常占据了整栋大楼能耗的一半以上。因此我们可以说， 中国减排的关键之一在楼宇减排，楼宇减排的关键，在空调的节能。
也许有人会说，干脆就不要空调，大家一起艰苦朴素地过日子好了。
不能。
人类在建筑学上的一切奋斗，归根结底都是为了追求人类的福祉而
向极限探索的过程。对于现代愈发拥挤的城市，高层建筑是高效利用立体空间的优解，而一个精准控制着室内新风量和温湿度的空调系统，则是让高层生态变得更舒适、更健康的关键因素，或者说当下的最重要因素。因此我们绝不能做杀鸡取卵的事，问题解决之道应该是思考如何降低空调的能耗。
在自发电和建筑被动节能都只能作为辅助增益的情况下，怎么对暖通系统进行开源节流呢？
尽可能提高能源的使用效率，让一分钱当作两分花。
而提高能源效率最重要的，是提高矿物质能源向二次能源转换效益能源的效率。同样是烧一斤煤，一个在大锅炉里高温富氧地爆燃，一个在小炉灶里不均匀浅烧且伴随着大量随烟气溜走的热，明眼人都知道两者利用率差距几何。这一点很重要，但却跟楼宇没什么关系，因为楼宇的电大部分是来自电网，并不用操心、也操不了这个发电能源的心。
那楼宇难道就没有可以做的节能工作了么？
当然有，那就是提高建筑楼宇机电系统效率，其中重点，自然是提高空调系统的效率。
在大楼普遍不怎么高的年代，早期空调并没有背负现在这么多功能与责任，在很长的时间里似乎也没有非解决不可的问题。从最简单的窗机到后来家用分体机的进步，也仅仅解决了前者噪音巨大的问题。但当超高层建筑快速在城市生态里生根发芽、茁壮成长之后，人们突然意识到了空调的重要性。这些庞然大物内里有许多不同的房间，要供给这些房间必要的新风和创造出宜人的温度，每个房间单独配一个分体机自然是匪夷所思的浪费之举。这时候，中央空调便成了唯一解。这种空调是通过调节空气处理机内的空气并将其分配到一个或多个区域，通过改变流向各区域的气流温度来达到室内温度的调节。从美学上，中央空调的工作形态自然就比外墙上挂满分体机的建筑要高级不少，而且统一制冷与各自分配模式，也可以有效节约多余能耗。
最初我们使用的是定风量空调，当它应用在民居住宅或传统小型建筑等简单环境中时，定风量空调的表现是没什么可指责的。但它一旦脱离了这个舒适的工作环境，进入了现代摩天大楼之中，它的缺点便迅速放大。恒定不变的送风量让定风量空调不仅缺乏对各房间因地制宜的把控能力，不能完成复杂高层所需要的暖通标准，还会在没有控制系统指挥的情况下低效工作，造成大量的能源浪费。
在这个为难的境地中，vav的出现，让事情有了转机。
变风量系统variable air volume，与在可变温度下提供恒定风量的定风量系统不同，vav系统能在恒定温度下，按照需要改变所需送出的风量。
20世纪60年代，变风量空调诞生在美国，当时的市场还牢牢被定风量空调系统把持，但很快vav的优势就在大型建筑中展现出来。相比只适用于小型住所的定风量空调，变风量拥有更精准的温湿度控制，压缩机损耗降低，更小的噪音，更小的能耗，以及最重要的一点，更高的空气品质。凭借这些长处，在vav变风量空调诞生短短20年间，便迅速占领了高层建筑的市场。
行业已经看清了，应势而改的vav变风量空调，就是减少暖通耗能的关键技术；而减少暖通耗能的关键，也自然就是减少建筑业能耗的关键！
对于变风量空调来说，它的节能核心在于变。可是怎么变，凭什么来变，就是它能不能完全发挥优势的最大难点。
要调节多区域空间的温湿度，就要对该空间的温度与湿度数据做即时精准的控制，在这些参数基础上，再将操作指令给到末端的箱体，即vav box，去控制风阀，调节风量。
但问题是，如果仅仅只有vav本身的话，并不太能达到理想的智能效果。如果光依赖它自身的硬件，其实vav并没有能力去计算节能与温控的最优解。这时候，就轮到智能建筑的大脑与神经——楼宇自动化控制系统（building automation system，简称bas）登场了。
楼宇自动化控制系统分布式控制系统，是对楼宇的暖通、照明、电力和消防安全其他系统进行的自动、智能且集中的控制管理系统。这种系统有许多分散在各个末端的直接控制器，但它们的操作常常可集中一处，有统一筹措、提纲挈领之便捷。最开始，这些控制作业统统都是由人工来操作。但是当楼层越来越高、面积越来越大、末端设备越来越多时，人力早已无能为力，只能借助愈发先进的计算机系统与所搭建的通信网络。它几乎肩负着楼内一切设备的指挥、监控和运转。一个高效合理的楼控系统，能够极大提升使用者的舒适度，保障楼宇运行的高效，降低能耗和运营成本，以及延长机器设备的使用寿命。
可见，变风量空调能够实现真正的低能耗，除了自身能力外，还得仰仗一个靠谱的自动控制系统。
对于日新月异的中国，对于这片土地上春笋频冒的现代大楼，vav 变风量空调和楼宇自控系统，也是实现建筑节能的关键。
但与需求相对的技术情况，却不容乐观。中国还没有一个让人信服的国产vav变风量品牌，也没有一个配套可用的自研楼宇控制系统。而另一边，新兴的中高层建筑又让这部分需求变得越来越多，市场份额越来越大。在这样的情况下，大多数人就会引进已经在国外发展了几十年的所谓成熟外国知名楼控品牌。
但即使在国产举步维艰的境地下，我国也有一批先驱者没有停下对变风量空调的研究。秉承着我国工业的自造传统，顶着“造不如买”的逆风，我国的变风量技术在缓慢前行。国产品牌在变风量市场的比例， 小到几乎不可见，但存在就比没有强。
他们埋下了一颗火种，埋下了未来翻盘的可能。