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改变自身行为的建筑物

电能需求高峰迫使电力公司要在“调峰”设施上花费数十亿美元，而这些设施却很少使用。能根据电价实时波动调节电力需求的智能化楼宇自控系统可起到调峰作用，并经济、高效地帮助稳定整个发电和配电网络。

从快餐店到耸立的办公楼，楼宇拥有各种各样的形状和尺寸。但是大多数建筑物有两点是相同的：对能源的胃口很大以及能效提升潜力很大。实际上，根据美国和德国政府的统计数据，住宅和商用建筑消耗了全球40%的一次能源，并且排放了全球21%的二氧化碳。

建筑物的节能潜力到底有多大？“取决于不同的建筑物，节能幅度在25%至50%之间。” 西门子中央研究院高性能楼宇研究项目负责人、楼宇和城市节能技术权威ThomasGrünewald指出。

位于美国的西门子零售与商业系统公司（RCS）专门从事大型连锁商场的能源管理，来自该公司的数据证实了这一点。尽管电力成本不断攀升，但是该公司客户的电费却降低了15%至30%。鉴于美国商用建筑占楼宇总能耗的比例高达46%，因此RCS对能源需求的潜在长期影响将是巨大的。

炸薯条与能源分析。位于内华达州Reno的LoadIQ从事的是类似的业务。这是一家由位于加州伯克利的西门子商用技术中心投资的初创公司，该公司拥有一种能大幅度降低美国7万家快餐店电费的技术。经过培训之后，就能利用该技术借助先进的信号处理功能将快餐店的用电变化与独立的设备关联起来，比如烤箱、炸炉和冷藏设备。“该系统能观察设备每次开关带来的用电变化。”LoadIQ的*执行官Hampden Kuhns博士说道，“每个变化都有对应的*标记。比如，一个50瓦的阻性白炽灯和一个50瓦的感性荧光灯就有*不同的标记。”设备标识非常复杂，因为许多设备有多个周期。“但是我们找到了分隔每个周期然后重新组合的方法，为设备形成*标记。”Kuhns说道，“这可以识别一台设备内不同的活动，比如洗碗机内大量用电的水加热周期。该技术甚至还可结合快餐店的工作安排，检测系统效率不高的时段。”

设备实际用电信息将定期与额定耗电量以及竞争性设备的电力需求进行对比。最终，如果发现重大偏差，LoadIQ技术可向业主报告，建议对特定设备进行维修或更换。

LoadIQ是“2011年加州清洁技术开放能源效率奖”的得主，并获得了国家科学基金会（NSF）第二期小企业创新研究资助，它将开始在小型商业设施中试验其技术。

削减对调峰电厂的需求。提高能效、削减电费的需求不仅限于企业和消费者。实际上，在许多国家整个发电和输电网络的稳定性正危如累卵。比如，如果电力需求接近容量上限，就有可能发生电压突降或停电。为了避免出现这种情况，电力公司通常会利用所谓的“调峰”设施。但是因为这种设施很少启用，它们的运营费用非常昂贵。其结果是电力价格突然飙升，涨幅达数倍。

“在美国，整个发电和配电基础设施中有10%是用来满足峰值电力需求的，但是使用率只有1%。”位于新泽西州普林斯顿的西门子美国研究院的“西门子 发明家”、自动化专家George Lo博士解释道。有鉴于此，电力公司很显然想竭力避免电力高峰，因为这样可节省投资调峰设施的成本。“但是，如果我们继续沿着原来的道路前进，美国在未来十年内将需要1900台调峰设备，以满足不断增长的用电需求。”

随着美国和全球各地的公司开发出自己的应对电价突然飙升的机制，他们开始考虑如何全面应对需求高峰问题。比如，RCS的基于IT的智能化负荷管理（ILM）楼宇自动平台，不仅可降低每天的用电需求，而且凭借其响应电力市场信号的能力，有潜力全天候响应电价的波动。为了加强采用西门子系统的楼宇参与楼宇电网通信项目的能力，ILM功能将在今年晚些时候被集成于西门子Apogee楼宇自控系统，使数以千计的Apogee楼宇作为独立的用电户，进一步降低对很少使用的调峰设施的需求。“如果有大量的楼宇采用这种方式运营，就可避免出现用电高峰，并自动化实时调节电力负荷。”Lo指出。

楼宇智能控制盒。如何做到这一点，尤其是在大型多用途建筑物中？这是加州大学伯克利分校新建研究大楼Saturdja Dai Hall里的能效专家的宏伟目标之一。采用西门子Apogee楼宇自控系统的Saturdja Dai Hall，是楼宇电网技术的试验基地，比如自动化需求响应（ADR）。为了确保楼宇能自动化智能响应电价波动，西门子美国有限公司、西门子中央研究院和西门子楼宇科技集团正在与加州大学伯克利分校携手合作，在Saturdja Dai Hall测试西门子中央研究院开发的“智能化能源盒”。“产品理念是当峰值可以预测时，该智能盒将分析不同的方案：从削减非关键区域的制冷和照明到覆盖所有墙插用电设备的微调分布式响应。它将预计的电价和天气条件考虑在内，包括需求响应期间太阳和建筑物的关系。最终，它将选定 的方案并实施。”Lo解释道。

在不给楼宇用户带来不便的同时实现这种响应并非易事。这就必须了解建筑物内不同单元的安排、习惯和能源需求重要性排序等信息。除那些重要或关键的不能进行电力调节的区域之外，智能化能源盒通过将其需求响应分布至尽可能多的系统，可最大限度减少造成的不便。

对于这整个过程而言，甚为关键的是允许楼宇自动系统读取来自电力公司的ADR信号的协议。由美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）开发并在近期获得美国能源部批准的“OpenADR”协议，正在迅速赢得全球认同，可能会成为楼宇电网通信标准。“这非常重要，LBNL正在数百个地点测试OpenADR。Saturdja Dai Hall就是其中的一个点——得益于智能化能源盒的采用。其问题是电力批发价格每分钟都有波动，而电力零售价格却经常保持不变。智能化能源盒能对此带来改变——将用电从固定开销*转变为能被积极管理的费用。”积极倡导UCB加入这项技术研究的机械工程系教授David M. Auslander表示。

Saturdja Dai楼宇管理人员Domenico Caramagno说道：“数以千计的建筑物可从这个盒子中获益。不仅可以在需求响应期间调节电力负荷，从而获益于电力公司的现金激励计划，而且可全天候最大限度节省电能。这就是我们前进的方向。”