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    在智能建筑中，節約能源是最重要的問題之一，節能可以說是樓宇自動控制系統的出發點和歸宿。眾所周知，在智能建筑中，電能消耗要占到大樓能源消耗總能量的極大部分比例。特別是冷凍機組、冷卻塔、各類水泵、空調機組、新風機組和燈光照明都是消耗電能的主要設備。采用最優化的節能控制模式來滿足大樓的功能要求，不僅為物業管理帶來很大的經濟效益，而且還可使系統在較佳的工況下運行，從而延長設備的使用壽命。節能在樓宇自動控制系統的設計、制造、安裝和使用管理中，是一個永恒的課題。節能的思想應該貫穿于工作之始終。

1.電力供應管理

    電是建筑用技術裝備規定使用的能源形式。人們天天無意識地、頻繁地與各式各樣的電器在打交道。大多數設備，也包括許許多多建筑用技術裝備，今天幾乎一無例外地用電來工作，電的需要量還將不斷地升高。

    大廈電力系統主要分為電力供應和電力配電兩部分。電力供應系統設備主要有高壓開關柜、變壓器、低壓開關柜等；電力配電系統主要有低壓配電盤、配電箱等。電力供應系統將來自城市電網的高電壓轉換成與用電設備輸入電壓相匹配的低電壓，同時根據用電負荷的種類、等級、用電量、用電位置等把電力進行分配和控制。電力配電系統主要負責將電力配置到各用電設備，同時對用電設備進行各種用電保護和控制設備的運行。

    一般情況下高電壓系統由城市供電部門負責設計、安裝、計量、管理運行，大廈建設單位僅僅提供一定面積的設備安裝空間。電力供應系統應該配置電力監控系統，完成對高低壓開關柜和變壓器運行狀態的監控，監控系統與樓宇設備控制系統聯網，以便根據用電負荷及時調整電力供應。

    電力系統的節能主要是指電力配電系統的節能控制。我們知道一座建筑物中的能源百分之八十以上是電能（空調系統的冷源和風能等可以視作由電能轉換而來），其他能源，諸如水能、燃氣能、燃油能，所占比例要少許多。

    從電能的使用方式可以分成電力驅動和照明兩大類。電力驅動指的是對各類設備的供電，將電能轉換成了勢能、動能、熱焓等能源形式，該部分的節能措施體現在用電設備的控制方式上，所以我們將結合空調系統和給排水系統地設備節能控制來闡述電力節能。

    大廈照明系統是也是一個巨大的能耗系統，盡管在照明設計時盡量采用各種節能燈具和光源，但是實際的運行中間仍然存在著大量浪費能源的現象，提高照明系統的節能控制方式，加強系統的管理能動性和靈活性是達到節能目的唯一途徑。我們推薦主要采用以下幾種方式進行照明節能控制：
    ● 日光和照度控制
    ● 定時開關
    ● 集中控制
    ● 移動偵測控制
    ● 場景控制
    ● 按鈕控制

    1.1. 日光和照度控制
    一年四季日起日落的時間都不同，加之天有不測風云，今日風和日麗，明日可能就變成陰天多云。當日光采光不足時就必須要利用燈光進行補償。可這種補償是隨機的，且需要補償的照度也不一樣。此外，靠近窗戶或幕墻的區域與遠離窗戶和幕墻的地方燈光的補償需求同樣也是不同的。因此我們依照室外陽光強度和室內照度相結合控制電燈的開閉和調整燈光亮度。對于像航站樓這樣大空間的建筑，可以根據日光對室內的影響程度劃分成若干個照明區域，在每個區域內依據照明負荷或面積分成不同的供電回路。不同回路上的燈具可以相互交叉或者并排布置，以取得最佳效果。安裝在室外和室內的照度傳感器信號與設定的照度指標相比較后控制電燈的開啟或閉合，同時調整燈光亮度。在這里需要注意的是室內照度傳感器要安裝在具有代表性的位置，區域的劃分要合理，相鄰區域的燈具布置要有一定的重疊。另外，每個回路所帶的電燈不易過多，否則投資額將會增加（大功率的調光器價格很高）。

    1.2. 定時控制
    建筑物內部的樓梯間、走道、電梯廳、廁所等公共區域的電燈可以采用預先設定時間（段），譬如在下班時間自動變暗或關閉，或者只有在上班、營業時間才供電。由此可以避免人走燈明，浪費能源的現象。

    1.3. 集中控制
    計算機技術、通訊技術、網絡技術的發展使得我們可以實現原來想都不敢想的事。照明系統智能化集中控制，將所有的電燈都可以在中央控制室進行集中控制，設定各種運行參數，隨意修改運行模式，智能化的面板開關可以任意的設定、調整開關控制的區域。將傳統的、永遠不能改變的、僅能完成開關功能的照明系統改變成具有人性化設計、可以根據不同的需求、任意的條件（定時開關，照度控制，移動檢測控制等）進行單一或組合式的控制，加之與調光器的配合更加會使得照明系統錦上添花，實現了在不降低照明標準，甚至更加豐富照明內容的基礎上最大限度的節約能源，對今后大廈的運行管理將帶來不可估量的經濟效益。

    1.4. 移動偵測控制
    針對公共區域，例如電梯前室、樓梯、通道等，往往沒有人時也是燈光長明，浪費了寶貴的能源。利用智慧型移動探測器，控制電燈開啟。當有人到達時，探測器輸出信號，啟動電燈；經過一定時間，電燈自動關閉或者轉暗。移動探測器也可以兼作可疑行動或非法入侵報警探測用。

    1.5. 場景控制
    對于一些具有一定組合燈光效果要求，或者多種燈光效果的場所或區域，如建筑外觀照明、廣告照明等，可以采用場景控制模式。相同場所的燈光可以組合成若干個場景，各場景之間的切換都是平順而容易。在設置場景模式時我們可以選擇最節約能源的方式進行組合控制，即簡化了控制，又達到了節能的目的。

    1.6. 按鈕控制
    對于一些大型建筑物，大部分公共區域的照明都可以不設置手動面板，而是采用集中控制方式。但是對于一些局部場所，例如辦公區域、營業場所、某些特殊房間等，仍然可以采用傳統的手動面板控制方式。所不同的是手動面板都是智能化的，通過軟件設置可以任意改變面板控制的對象，而且面板開關沒有負荷容量的概念，甚至可以一鍵多控。智能化的面板開關具備調光的功能或分段控制功能，就是在手動狀態下，也同樣能達到節能的目的。

    以上各種控制方式可以單獨運行也可以組合工作，例如按鈕控制和移動探測控制相結合，正常工作時間采用按鈕控制，下班后自動切換到移動探測控制模式，從而保證了一天二十四小時都處于節能控制狀態下。

    照明系統智能化為今后的大廈管理帶來了極大的靈活性和可操作性。隨著大廈建設規模的不斷擴大，業務種類的不斷拓展，管理水平的不斷提高，但是經濟指標卻不會為此而降低，因此勢必對照明系統提出更高的要求，要滿足這些要求唯一的辦法就是從開始就建設一個智能化的照明系統。

2.空調系統節能控制

    空調系統是一個大能耗系統，對于一些大型建筑，空調系統的控制相當復雜，如果采用一般的控制方式，即要保證環境的舒適性，就不可避免得要浪費掉大量的能源。可是當我們運用一些先進的節能控制方法，使得能源的利用最大化，即滿足環境的需求，又節約了能源。

    空調系統主要由冷源水系統和空氣調節風系統兩部分組成。下面我們就從“水”和“風”兩種介質的控制闡述節能控制方案。

    2.1. 冷源系統的節能控制
    2.1.1. 理論分析
    我們知道空調系統中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照建最大設計熱負荷選定的，且留有余量,而運行情況是一年四季長期在固定的最大水流量下工作，由于季節、晝夜和用戶負荷的變化，實際空調熱負荷在絕大部分時間內遠比設計負荷低，如下圖所示是一建筑物的實測熱負載率變化的情況，由圖可見，與決定水泵流量和壓力的最大設計負荷（負載率為100%）相比，一年中負荷率在50%以下的小時數約占全部運行時間的50%以上。一般冷凍水設計溫差為5―7℃，冷卻水的設計溫差為4―5℃，在系統流量固定的情況下，全年絕大部分運行時間溫差僅為1.0―3.0℃，即在低溫差、大流量情況下工作，從而增加了管路系統的能量損失，浪費了水泵運行的輸送能量。一般空調水泵的耗電量約占總空調系統耗電量的20―30%，故節約低負荷時水系統的輸送能量，具有很重要的意義。所以我們建議采用隨熱負荷而改變水量的變流量空調水系統。采用變頻器調節泵的轉速可以方便地調節水的流量，其節能率通常都在40%以上。

    對于水泵來說，流量Q與轉速n的一次方成正比，溫差ΔT與轉速n的一次方成反比，揚程H與轉速n的二次方成正比，而軸功率P與轉速n的三次方成正比，下表告訴我們上述幾個量的變化關系：

    顯然，變流量控制系統的節能效果是十分突出的。請見下面的比較曲線：

    采用變頻控制技術控制水泵和冷卻塔風機具有以下優點：
    ● 低負荷時可以通過降低水泵及冷卻塔風機轉速來節約電能消耗。
    ● 低負荷時可以通過降低水泵及冷卻塔風機轉速來降低冷站噪聲。
    ● 變頻調速便于調整水泵轉速以此來適應水管阻力，達到設計工況。
    ● 變頻起動電流小而起動力矩大，對設備無沖擊力矩，對電網無沖擊電流，不影響其它設備運行，具有理想的起動特性。
    ● 變頻調節可靠性明顯優于Y―Δ啟動器，可以大大減少維護的工作量。

    2.1.2.一次冷凍水泵控制
    空調水系統的負荷對象通常為空氣處理機組和風機盤管兩大類，前者表冷器供冷量通過兩通閥自動控制，當空氣處理機組在定風量方式下運行，冷水量將隨著需冷量的改變而變化；當空氣處理機組變風量運行時，主要依靠調節送風量來滿足冷量的需求，僅僅在冷負荷較小時達到了風量的最低值才會改變冷水量，后者的兩通閥采用位式控制模式，打開時為設計流量，關閉時流量為零。通常水系統總冷量與水流量特性的綜合作用呈非線性，水流量的變化相對于總冷量的變化要小。

    以冷凍水總流量控制一次水泵的轉速。如果多臺一次水泵并聯運行時宜采用同步變頻控制。一次水泵變頻控制的流量范圍應為50%G～100%G，此范圍內流量與頻率的變化基本呈線性關系。變頻器在低負荷時的效率將下降，不宜無限制地擴大頻率變化范圍，只要能滿足流量調節的變化范圍即可。

    一次水泵和冷凍機組仍然采用負荷（冷量）控制方式，當總冷量較大時根據總冷水量控制水泵和機組的運行臺數，總冷量小到某個值（可以根據空調系統設計估計或現場試測得到）時改為總冷量控制。這樣控制是基于考慮到當總冷量需求較大時停止一臺機組運行可能出現總供水量不足的現象，此時工作水泵達到額定流量值，空氣處理機組的兩通閥全部打開，管路阻力降低而致使水泵的工作點向低揚程、大流量方向移動，嚴重時可能造成水泵電機過載發生事故。

    對于一次泵采用變流量方案時由于變流量運行，其供水溫度也是不斷變化的，此時冷水機組供水溫度傳感器不再起控制調節作用，它的主要用途是檢測水溫并通過設定水溫的上、下限對冷水機組起連鎖保護作用。當空調系統出現低負荷時，供水流量已經處于低流量運行狀態，由于低流量必定導致供水溫度下降，使得冷水機組制冷效率降低，節能效果勢必收到影響。因此，我們可以適當提高供水溫度并保持，在調節供水量來達到一個新的平衡點。

    2.1.3. 二次冷凍水泵控制
    在采用變風量控制空氣機組方式時，冷凍水流量變化范圍不大，因此我們推薦采用總冷量控制調節二次冷凍水泵轉速，改變供水量。如果出現負荷太小的情況，改為控制壓差旁通調節閥開度的方式控制，此時二次水泵轉速不變，保持恒定供水流量，調節旁通水量來滿足冷量的需求。

    2.2. 空氣處理機組系統的節能控制
    空氣處理機組系統分為風系統和水系統兩部分。水系統可以按照常規調節二通閥開度來控制送風溫度，測量參數可以是回風溫度或者室內溫度。風系統比較復雜，負荷變化是嚴重影響風系統正常工作的主要原因。為滿足環境的要求，往往不得不是空氣處理機組運行在最大負荷的情況下，以損失能源為代價來滿足環境的需求。近幾年變風量空調技術的發展越來越成熟，成功的范例不少。所以我們建議空調系統的空氣處理機組采用變風量控制方式。

    2.2.1. 變風量控制的節能效益分析
    空調系統的送風量通常是按夏季室內的最大余熱量設計的，一般工藝設備，照明發熱量占約75%，圍護結構傳熱量占25%，后者是隨室外氣象條件而變化的。實際上全年出現最大負荷量的時間是很短的。

    當室內負荷變化時，如果采用定風量運行，一方面浪費風機電耗，另一方面會出現許多季節需要再熱，造成冷熱量抵消。采用變風量運行，就是風機采用變頻調速控制，根據房間熱負荷變化，改變風機轉速和風量。

    風機轉速（n）改變時，風機電量（L）和軸功率（N）有如下變化關系
   
    根據上述公式，當風量減少到80%，功率消耗卻減少了一半（51.2%）。

    據不完全統計，通常空調系統80%以上時間是在小于80%負荷下工作的，如果在部分負荷下風量按L1=0.8Lo計算，則有80%時間實際運行功率：
   
    式中：N1――風機實際運行功率
                 N0――風機額定功率

    2.2.2.空氣處理機組變風量控制
    變風量控制（VAV）空調系統成功與否在很大程度上取決于是否采用最佳的控制方法。目前采用較多的控制方法有定靜壓和變靜壓兩種。定靜壓控制系統的機理是，在保證系統風管上某點（或幾點平均）靜壓一定的前提下，調整風機轉速來滿足室內負荷變化的需求。該種方法的關鍵是確定風管上的靜壓點，往往是根據經驗值來定，科學性差。不同的風系統靜壓點的位置也不同，所以出現較多變風量系統達不到設計要求或節能效果不明顯。在日本這種方法已經很少采用，取而代之地是變靜壓控制空調系統。變靜壓控制思想是盡量使風閥處于全開（85%～100%）狀態，使系統靜壓降至最低，因而能最大限度地降低風機轉速以達到節能目的。

    變靜壓空調系統分為三個控制環節，室內送風量控制、總風量控制和送風溫濕度控制。室內送風量控制是根據室內溫度與設定溫度的差值計算出要求風量（送風溫度一定），控制風閥開度改變實際送風量達到計算風量的要求。系統總風量控制是以各風閥開度來決定系統需要總風量，從而調節空氣處理機組的風機轉速，改變送風量來滿足總風量的要求。當室內熱負荷不斷降低致使風閥開度低于設定的最小開度時，說明單純調整風量已經不能滿足負荷變化的要求，此時我們可以提高送風溫度使整個空調系統從新達到平衡。另外，改變送風溫度可以改善室內溫度過高或過低而產生的不舒適感和室內的氣流組織，提高環境的舒適度。

    在變風量空調系統新風量的控制是一個不可忽略的重要參數，當送風量在運行過程中隨著負荷的減少而不斷減少時，新風量也將隨著送風量成比例減少，在負荷很低的情況下，就有可能出現新風量不足現象，因此必須對最小新風量進行控制。新風量的控制方法也有多種，例如風閥跟蹤調節、送回風機控制、設置獨立新風機控制。空氣處理機組混和段靜壓控制和CO2濃度控制等，我們認為CO2濃度控制較適應人員變動率大，且室內有害物主要是由人產生的建筑。通過測定CO2濃度對新風量進行控制。表示室內CO2濃度的方程為

    式中：，――n時刻室內、外空氣中CO2濃度，×10-6(即ppm)；
     ――n-1時刻的新風量，m3/h；
     ――n時刻建筑物內部CO2產生率，cm3/h；
    V――房間體積，m3；
    t――采樣時間間隔，h.。

    新風量的控制如下，當CO2濃度超過設定值（通常1000×10-6）時新風門自動調節到預測值相對應的位置，當濃度超過某一臨界值（預設）時，新風閥全開以稀釋室內空氣。

    智能建筑節能是一個非常復雜的問題，由于每棟建筑物的用途不同，采用的建筑材料不同，建筑形狀不同等等，往往難以進行有效的比較，因此無論從定性方面來看，還是從定量方面來進行分析，顯然尚有大量的課題需要我們去做深入的研究。