一 | 樓宇自控，可持續發展的必破之困上篇
2020-11-27
從廣州大學城區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模采用，再到另一個珠江城——深圳能源大廈的二次驗證，“源牌自控”， 帶著熟悉的內核和陌生的形態，從此走上了中國樓宇自動控制的歷史舞臺。
自兩次工業革命之后，世界的發展之快，令人瞠目結舌，這是從古至今的頭一遭，這是人類從未從史書中瞧見的、翻天覆地的機遇與變革。煤炭、石油等傳統礦物燃料所帶動的蒸汽機、內燃機等動力系統的發展，將人類的前進速度推向不斷挑戰突破的極限。在20世紀初期，小部分快速發展的歐美國家將廣大第三世界甩在身后，他們鋪張浪費型的發展策略與非正義戰爭的驚人損耗，尚且能在地球資源可承受的范圍內。但是當第二次世界大戰硝煙散盡之后，世界格局翻天覆地。曾經被奴役的國家、被欺辱的國家、不發達的國家也渴求國富民安。1986年12 月4日，聯合國大會第41屆會議通過了《發展權利宣言》。發展權，作為一項新的人權正式得到聯合國承認并確立。
但是發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。
發展，就意味著驚人的碳排放量，而碳排放權，其實是發展權。礦物質能源的發現是人類最偉大的發現，促成了人類工業化的革命，隨之產生了電氣化革命、智能化革命和信息化革命，發展到今天， 礦物質能源功不可沒。囿于技術，現在我們能夠利用的資源確實正在日漸枯竭，我們的地球母親，如今已是重荷難支。這個客觀事實說明一點，能源的低碳化勢在必行。
在這樣別有用心的道德高壓和嚴峻現實的雙重考驗下，節能，是我們對世界與自然的負責，同時也是更好更快保障我們發展權的必經之
路、必成之功。只有貫徹可持續發展的理念，提高能源的使用效率，我們才能擺脫高耗低效的發展模式，在危與機并存的當代完成我國偉大的復興。
2016年12月4日，《焦點訪談》專門就發展權與中國道路做過一期節目，其中提到“經過了30多年的高速發展，中國經濟進入了一個‘新常態’時期，GDP增速減緩，經濟下行壓力增大，環境問題突出，發展面臨不可持續的危險。如何破解發展難題，中國找到了一條新的發展之路，那就是十八屆五中全會提出的‘創新、協調、綠色、開放、共享’的五大發展理念”。并特別提到，《巴黎協定》的正式生效，標志著全世界停下邁向氣候災難的腳步，并開啟了一條可持續發展的嶄新道路。我們不能為了自然而放棄發展，我們也不能為了發展而損害自然。只有與自然同行的發展，才是可以持續的。
在這樣的社會背景下，當象征著發展的超高層樓宇如雨后春筍一般興起群立之時，它們的巨額排放量問題，也就令越來越多的人所側目、所憂慮：建筑業發展迅猛，由此造成的能源消耗，已經占據我國產業能耗的一半左右。
可怕的數據，預示著巨大的能源危機，值得每一個人警覺。但我們常說，危機危機，危中有機。從另外一個角度來思考，如果我們能夠做些什么，為高層建筑減一減排，哪怕每一棟樓只會產生些微變化，滴水石穿，匯聚起來的力量便是了不起的質變。
針對樓宇的節能，我們可以做哪些方面的努力呢？實際上，我國古人的智慧已經指明了道路：無外乎開源節流。
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能源。目前人類的技術已經可以熟練地利用風力、地熱能和太陽能等，但有一個影響清潔能源使用效率的問題， 暫時難以跨越。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段。所以，如何給新能源們匹配各自合適的儲能系統，縮短這些不能利用、或不好利用的空窗期，就是開源的關鍵。
所謂節流，就是要讓不必要的能耗變得少少的。話雖簡單，但怎么削減、從哪削減，都是問題，門道不少。在建筑節能上，許多研究者發現可以通過調整建筑地理的布置，因地制宜，改變建筑的結構，減少為對抗狂風與烈陽等環境變化造成的額外損耗。
但光是羅列兩個節能的大方向，是不能準確解決建筑能耗的。其一， 現在許多樓宇已經自行利用光伏玻璃或風力發電來緩解用電難，但是如上文所說，新能源的利用常常是不穩定的，更不要說樓宇自用這種規格能產出的能量了。其二，通過選擇樓宇建設位置和外觀設計來節能，這種被動的建筑節能技術確實有用，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？
現代大廈最耗能的單元，是暖通空調系統（HVAC）。已知的數據中，空調的能耗常常占據了整棟大樓能耗的一半以上。因此我們可以說， 中國減排的關鍵之一在樓宇減排，樓宇減排的關鍵，在空調的節能。
也許有人會說，干脆就不要空調，大家一起艱苦樸素地過日子好了。
不能。
人類在建筑學上的一切奮斗，歸根結底都是為了追求人類的福祉而
向極限探索的過程。對于現代愈發擁擠的城市，高層建筑是高效利用立體空間的優解，而一個精準控制著室內新風量和溫濕度的空調系統，則是讓高層生態變得更舒適、更健康的關鍵因素，或者說當下的最重要因素。因此我們絕不能做殺雞取卵的事，問題解決之道應該是思考如何降低空調的能耗。
在自發電和建筑被動節能都只能作為輔助增益的情況下，怎么對暖通系統進行開源節流呢？
盡可能提高能源的使用效率，讓一分錢當作兩分花。
而提高能源效率最重要的，是提高礦物質能源向二次能源轉換效益能源的效率。同樣是燒一斤煤，一個在大鍋爐里高溫富氧地爆燃，一個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。這一點很重要，但卻跟樓宇沒什么關系，因為樓宇的電大部分是來自電網，并不用操心、也操不了這個發電能源的心。
那樓宇難道就沒有可以做的節能工作了么？
當然有，那就是提高建筑樓宇機電系統效率，其中重點，自然是提高空調系統的效率。
在大樓普遍不怎么高的年代，早期空調并沒有背負現在這么多功能與責任，在很長的時間里似乎也沒有非解決不可的問題。從最簡單的窗機到后來家用分體機的進步，也僅僅解決了前者噪音巨大的問題。但當超高層建筑快速在城市生態里生根發芽、茁壯成長之后，人們突然意識到了空調的重要性。這些龐然大物內里有許多不同的房間，要供給這些房間必要的新風和創造出宜人的溫度，每個房間單獨配一個分體機自然是匪夷所思的浪費之舉。這時候，中央空調便成了唯一解。這種空調是通過調節空氣處理機內的空氣并將其分配到一個或多個區域，通過改變流向各區域的氣流溫度來達到室內溫度的調節。從美學上，中央空調的工作形態自然就比外墻上掛滿分體機的建筑要高級不少，而且統一制冷與各自分配模式，也可以有效節約多余能耗。
最初我們使用的是定風量空調，當它應用在民居住宅或傳統小型建筑等簡單環境中時，定風量空調的表現是沒什么可指責的。但它一旦脫離了這個舒適的工作環境，進入了現代摩天大樓之中，它的缺點便迅速放大。恒定不變的送風量讓定風量空調不僅缺乏對各房間因地制宜的把控能力，不能完成復雜高層所需要的暖通標準，還會在沒有控制系統指揮的情況下低效工作，造成大量的能源浪費。
在這個為難的境地中，VAV的出現，讓事情有了轉機。
變風量系統Variable air volume，與在可變溫度下提供恒定風量的定風量系統不同，VAV系統能在恒定溫度下，按照需要改變所需送出的風量。
20世紀60年代，變風量空調誕生在美國，當時的市場還牢牢被定風量空調系統把持，但很快VAV的優勢就在大型建筑中展現出來。相比只適用于小型住所的定風量空調，變風量擁有更精準的溫濕度控制，壓縮機損耗降低，更小的噪音，更小的能耗，以及最重要的一點，更高的空氣品質。憑借這些長處，在VAV變風量空調誕生短短20年間，便迅速占領了高層建筑的市場。
行業已經看清了，應勢而改的VAV變風量空調，就是減少暖通耗能的關鍵技術；而減少暖通耗能的關鍵，也自然就是減少建筑業能耗的關鍵！
對于變風量空調來說，它的節能核心在于變。可是怎么變，憑什么來變，就是它能不能完全發揮優勢的最大難點。
要調節多區域空間的溫濕度，就要對該空間的溫度與濕度數據做即時精準的控制，在這些參數基礎上，再將操作指令給到末端的箱體，即VAV BOX，去控制風閥，調節風量。
但問題是，如果僅僅只有VAV本身的話，并不太能達到理想的智能效果。如果光依賴它自身的硬件，其實VAV并沒有能力去計算節能與溫控的最優解。這時候，就輪到智能建筑的大腦與神經——樓宇自動化控制系統（Building Automation System，簡稱BAS）登場了。
樓宇自動化控制系統分布式控制系統，是對樓宇的暖通、照明、電力和消防安全其他系統進行的自動、智能且集中的控制管理系統。這種系統有許多分散在各個末端的直接控制器，但它們的操作常常可集中一處，有統一籌措、提綱挈領之便捷。最開始，這些控制作業統統都是由人工來操作。但是當樓層越來越高、面積越來越大、末端設備越來越多時，人力早已無能為力，只能借助愈發先進的計算機系統與所搭建的通信網絡。它幾乎肩負著樓內一切設備的指揮、監控和運轉。一個高效合理的樓控系統，能夠極大提升使用者的舒適度，保障樓宇運行的高效，降低能耗和運營成本，以及延長機器設備的使用壽命。
可見，變風量空調能夠實現真正的低能耗，除了自身能力外，還得仰仗一個靠譜的自動控制系統。
對于日新月異的中國，對于這片土地上春筍頻冒的現代大樓，VAV 變風量空調和樓宇自控系統，也是實現建筑節能的關鍵。
但與需求相對的技術情況，卻不容樂觀。中國還沒有一個讓人信服的國產VAV變風量品牌，也沒有一個配套可用的自研樓宇控制系統。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，市場份額越來越大。在這樣的情況下，大多數人就會引進已經在國外發展了幾十年的所謂成熟外國知名樓控品牌。
但即使在國產舉步維艱的境地下，我國也有一批先驅者沒有停下對變風量空調的研究。秉承著我國工業的自造傳統，頂著“造不如買”的逆風，我國的變風量技術在緩慢前行。國產品牌在變風量市場的比例， 小到幾乎不可見，但存在就比沒有強。
他們埋下了一顆火種，埋下了未來翻盤的可能。
