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烟台西门子一级代理商
产品时间:2020-11-23
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地区性天气预报正日趋具体化。瑞士研究者希望通过天气预报数据,优化建筑物的能源消耗,将成本降至最低。西门子工程师为此提供了实际帮助。

天气预报及楼宇自动化将在 2,883 米高空的试用设备中进行测试。西门子的研究者 Jürg Tödtli博士和他的合作伙伴们正是此项工程的主要负责人。

人类的一些想法需要历经很久才能成熟。通过利用当今日益准确的天气预报来优化一系列楼宇功能便是其中一个典型的例子。例如,当一股冷锋袭来,供暖系统会自动升温制暖,一旦温度有所回升,供暖系统便会相应下调制暖温度。这样不仅能确保一个舒适的室内温度,还可以节省能源消耗。

然而,现今楼宇内部自动化系统通常仅仅通过测量当下的周边数值如室外气温、入射的阳光来控制供暖系统、空调系统及窗帘等。至多会出现一位聪明的经理,他偶尔会根据天气预报和个人经验来调节这些系统。但是,目前,这些系统还不具备自动进行此类调节的功能。系统功能预计将在几年后得到完善。

为了促进系统功能的完善,瑞士研究者计划将现代天气预报与楼宇技术与控制工程进行创新性结合,这个将二者相结合的项目被称为“优控”。位于苏黎世附近的楚格的西门子楼宇科技集团 (SBT) 正是这个项目中的一员。“我们的目标是以最低的能源消耗获取最高的舒适度,”在SBT负责供暖、通风及气候控制产品的欧洲研究项目的Jürg Tödtli 博士说到,“当然,在项目完成之前,我们无法预知天气预报的作用究竟有多大,但我相信这是一个契机。”

自2007年5月起,已有众多研究者与5家机构投身“优控”项目的研究。除西门子以外,这些研究机构还包括位于苏黎世的瑞士联邦气象与气候办公室 (Meteo-Schweiz)、位于杜本多夫的联邦材料测试与开发研究所 (EMPA) 以及两家位于苏黎世的瑞士联邦科技研究所 (ETH)——即自动控制实验室和综合生物研究所的系统生态小组。

同时三名西门子员工也参加了这个项目。另外,SBT 还制定了项目的基本框架并提供了关于楼宇内部控制工程市场的知识支持。

自给自足的高山小屋。瑞士阿尔卑斯俱乐部 (SAC) 的 Monte-Rosa 高山小屋将于2009 年秋季开放。那时,优控项目将揭开其神秘的面纱。高山小屋是 ETH Zurich 和 SAC 的联合项目,同时还有众多赞助商及合伙人为该项目提供了支持与帮助。小屋的自动化系统则由西门子负责供应。小屋建造于海拔2,883米的高空,因此在很大程度上必须具备自给自足的能力。在需要的时候,小屋的光电池系统将通过一个靠液化石油气运作的集合热电设备为高山小屋供能。

优控项目将被运用于楼宇管理。“例如,” Tödtli 解释道,“当电池和废水箱半满并且预测到不久会出现阳光时,控制系统将启动废水净化过程,这个过程会消耗电力。”通过这种方式,系统防止了由于过早给电池充电所引起的太阳能的浪费。另一方面,当天气预报预测将出现坏天气时,废水净化过程则会停止。因为假如这一过程继续进行,我们将会面对用尽电池备用电力,并不得不转用宝贵的液化石油气的风险。

除了这些遵循“固定规则“的过程以外,优控项目还提供了“固定模型预测控制系统”,这是一种运用模型来控制楼宇供暖方式的系统。假若这样,自动控制机制必须储存一定的数据,如墙壁的热量转换系数和储热能力等。通过将天气预报、早期使用者的设置以及室内外温度测量相结合,系统可以计算出例如供暖水温等数据。如果没有功能强大的电子装置,这种功能将无法实现。“20年前,我写了*篇关于利用天气预报进行楼宇自动化管理的论文。”Tödtli 回忆说。“然而,直到今天才出现了拥有足够能量并且价格低廉的处理器;我们的方法要求具备大量记忆及计算能力。”每隔 15 分钟,优控机制便会调整整个系统。为此,不仅需要采用应用规则、模型以及传感器报告,还需利用未来三天的天气预报。

“不幸的是,没有人知道这一切的精确费用效益比,”ETH Zurich 系统生态小组项目经理 Dimitrios Gyalistras 博士说道。因此,目前还无法得知预测控制系统中长期所能节约能源的具体数量。研究者希望可以使这一方面更加明确。在一个能够综合控制供暖系统、空调系统、开窗摇杆及照明装置的典型办公室里曾经进行过一项模拟实验,该实验显示,新控制系统具有节约 15% 能源的潜力。到 2008 年中期,一项大规模的研究将为许多不同的情况和地点提供更多的数据,例如为苏黎世、伦敦、维也纳及马赛的单间和组合办公室提供数据等。

EMPA正在为楼宇模型提供专业技术支持。“在实际应用中,安装和操作的费用越低越好。”楼宇科技集团的高级科学家 Thomas Frank 这样说到。在这方面,一个仍需解决的问题在于,在争取获得控制系统满意操作的同时,究竟怎样才能使模型更为简单。“估计会需要大量的参数,”Frank 说道,“理论上,这些都可以从建筑的设计图中计算出来。目前我们仍然缺乏建筑CAD 程序和楼宇管理软件之间的标准化接口。”

网上的天气数据。从 2008 年初起,MeteoSchweiz 便开始使用一个空间分辨率为2.2 公里的天气模型。基于这个边缘长度的地平面坐标方格,大气层被分为 60 层,MeteoSchweiz 的电脑会为每一层计算未来温度。当模型的分辨率设为7 公里时,地方天气预报会比以前更加精确。“节约能源的目标是值得我们付出任何努力去实现的,”领导 MeteoSchweiz模型研发的 Philippe Steiner 博士说。MeteoSchweiz的气象学家提供了 24 个气象参数,其中每个参数都提供了未来三天的预测数据(以小时为单位)。这些数据包括温度、风速及日光等。将来,这些数据可以通过互联网直接传送到楼宇内。

“通过处理数据进行预测涉及大量的数学运算过程,”ETH Zurich 自动控制实验室的负责人 Manfred Morari 教授说,“当优控机制计划下一步控制时,它必须考虑到这样一个事实,即更多未知信息将以新式天气预报方式被加入。”在高级规划中每增加一个步骤,可能性就将增加10到100倍。实际上就是运用一个简单的微处理器来执行这些复杂的运算。“如果你需要一个超级计算机来为优控服务, 那么优控便失去了它存在的意义。”Morari 说道。“什么将被市场所接受,这是关键所在。”西门子凭借其全球化业务及多年来的经验针对理解客户需求提供了相应的帮助。

优控项目将于 2010 年结束,在该项目完成前,它的产品不会面世。“最终,软件可以在安装在墙壁中的微小自动化站点中运行。”Tödtli 预言,“特殊 PC 不会成为一种需求,并且楼宇控制的硬件也不会十分昂贵。” 为了将这一设想转变为现实,SBT 位于楚格的实验室里正在进行一系列现场测试。在那里,所有房间都被用来分析一个巨型气候控制系统的运行结果,该系统可以形成人工环境条件。这样,科学家们便可以测试出楼宇控制系统如何能够很好地反映波动的室外气温以及如何精确地调整所需要的室内气候。优控机制必须在该测试中证明自己的潜力。“一个良好的费用效益比是相当重要的,这一点是更加值得我们注意的。”Tödtli 说。

 

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