西门子楼宇科技集团（中国）：发展节能楼宇，构建节能高效生活

公司简介

西门子股份公司是全球电子电气工程领域的领先企业，创立于1847年，主要业务集中在工业、能源、医疗、基础设施与城市四大业务领域。西门子最早在中国开展经营活动可以追溯到1872年，当时西门子公司向中国出口了第一台指针式电报机。140多年来，西门子以其创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地对中国的发展提供全面支持，并以出众的品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求，确立了在中国市场的领先地位。西门子以其环保业务组合与创新解决方案全面投入到与中国的合作中，彰显了其致力于帮助中国实现可持续发展的坚定决心。

公司见证了中国改革开放带来的巨大变化，同时也顺应时代潮流，不断积极进行自身的改革与发展。2013财年（2012年10月1日~2013年9月30日），西门子已在中国建立了19个研发中心和76家运营企业。西门子遍及中国的业务组织及区域总经理和省级总经理，使公司更好地把握市场脉搏、了解本地信息、更加快速高效地满足客户的需求。

在2013财年，西门子在中国的总营收达到61.4亿欧元。西门子在中国拥有近32000名员工，是中国最大的外商投资企业之一。

西门子楼宇科技（中国）有限公司（SBT）为物业业主和管理人员提供完整的楼宇解决方案，使得在整个楼宇的使用周期中，能够确保安全性，在安全环境下的舒适性，降低维护费用，并实现高效的服务。该集团提供的产品、系统和服务包括：用于供暖、通风、空调控制的楼宇管理系统、消防保护和包括入侵保护、门禁系统以及电视监控在内的安保解决方案等。SBT的智能消防保护系统以及紧急疏散广播系统确保了中国最高、世界第三的88层建筑-金茂大厦住户的安全。此外SBT为上海浦东机场的航站楼、机场管理中心、机场宾馆和餐饮设施提供了消防报警和楼宇管理系统，并为上海的世界上第一个商业化磁悬浮铁路提供安全保护系统。在2003财年里，SBT与西门子工业系统及技术服务（I&S）集团紧密合作，获得了为位于上海的亚洲最大的宜家家居（IKEA）新店提供弱电系统和包括消防、建筑自动化以及楼宇安全的服务的重要协议。主营业务：楼宇自控，暖通空调，消防保护，安防产品，安防系统等。

问题

自从楼宇自控的产品问世以来，简洁方便节能便成为楼宇自控承担的主要功能之一。然而，以前的楼宇自控系统主要针对供电、温度控制、照明、电梯等方面，通过改善供电质量、减少电器运行时间、在传动环节应用变频器等方式进行有限意义上的节能，使得节能在精确性、可计量性上缺乏有效的科学统计。

现在，由于建筑能耗过大的问题日益突显，从而对量化降低能耗的要求变得越来越迫切，给楼宇自控系统设计师提出了很大的挑战。设计者不仅要把节能作为楼宇自控系统设计的出发点，还要能够有效地掌握和计量节能效果。另外，整个节能过程需要更加智能化，能将数据分析、自动决策等技术和人工控制用电、温度控制、设备节能等措施结合起来，为节能提供更加完善、详实的数据。全球有超过40%的能源消耗和21%的温室气体排放来源于楼宇。而楼宇中能耗最大的是技术系统和照明，合计占楼宇能源总成本的40%~60%。因此在这方面蕴藏着巨大的节能潜力。

中国的建筑节能市场可谓是庞大：中国现有建筑430亿平方米，但全国城镇累计建成节能建筑面积不过为28.5亿平方米，仅占16%。国内的建筑能耗现在近7亿吨标准煤，占全国能耗的25%左右，仅次于工业能耗（69%），是交通能耗（7%）的近4倍，节能需求迫切。

困难与前景同样大。民用商用和公用建筑使用过程中，采暖、空调、通风、热水供应、照明、炊事、家电和电梯等方面的能耗，统称为“建筑所产生的能耗”。

在节能需求上，中国有得天独厚的优势。除400多亿的现有建筑面积需要减少能耗之外，每年新增20亿平方米的建筑总量（接近全球建筑总量的一半），也可直接使用节能材料。

如果节能楼宇能够得到大力发展的话，节能的效益那是相当可观的。

然而有优势并不代表真的有很强劲的市场需求。建筑节能的发展并没有想象中那么美好：政策的不到位、使用者的动力不强、节能效果的无法测定等一系列问题都摆在了眼前。

（1）政策不到位。许多地方政府不愿意出钱来改造现有的办公楼，因为改造的费用相对比较庞大，而且实际的节能效益不方便测得。另外，投资的回收期比较长而且并不是十分明确，需要更好的设计方案。节能楼宇更倾向于在初期的建造而非改造。

（2）相对来说，中国民宅所占的比例更多，民宅的改造所遇到的阻碍更大。改造前期的高投入产生了民宅改造的另一个焦点问题——钱应该由谁出，出多少。另外，城镇住宅（非商业、政府办公楼）改造的相对滞后，存在许多问题，也产生了许多坏的影响，北方雾霾天气等环境问题，同时也造成了潜在的资源能源浪费，产生了较大的进行非改造的机会成本。

（3）楼宇的稳定性。即控制和中心以及各子系统能耗监控数据的观测、收集、分析、反馈，以及应对突发状况的反应能否安全及时有效是一个大的挑战。能否辅助人工自动进行大数据的分析，识别节能潜力和优化测量咨询的基础，系统的智能性有很大的提高空间。

（4）楼宇的软件控制人员的培训成本、培训时间等有待优化。系统控制的学习成本较高，建成之后持续运作的日常维护工作要及时准确。

（5）楼宇自动化和控制系统无法确保节能运行。由于正常的设备运行和用户干预，经过初始优化的设置可能会发生偏离，从而导致增加能耗和维护成本。能不能加大宣传，提高人们的节能意识。

（6）现有节能楼宇不够开放。在业界，部分人把如今的楼宇自控比作多年前的计算机，有潜力但极端“自闭”。因为在今天，尽管楼宇安防与自控系统如门禁、对讲、电梯、空调暖通、供水等产品都已问世，致使楼宇子系统逐渐更新，但真正的整体的网络楼宇系统仍然少见，厂商们一面承诺向开放性系统靠拢，同时又因惧怕市场变化而限制互操作性产品的发展，这直接导致很多厂商不愿提供真正开放的平台，这极大地限制了整个行业的发展。现在还是着眼于节约能源，能源的产销合一的重视程度相对较小。微电网是一个近些年来流行起来的一个比较热门的电网系统。

所以，虽然说在技术上相对成熟，但是在中国，市场需求还需要进一步增长。中国“十二五”规划中提出建筑节能形成1.16亿吨标准煤的节能能力。说明在中国在未来形成建筑节能以及节能楼宇节能建筑的成熟的市场需求是必然的。

解决方案

1．良好的计划方案

智能的自动化楼宇首先应该以人为本，确保舒适、安全，然后在此基础上要进行合理计划，形成一个稳定的系统方案以达到节能减排的目的，同时要做到能源的高利用效率，低的消耗以及低的初期建设成本和低的日后维护成本；同时确保节能数据的测定分析和反馈调节的及时性稳定性，使系统能自动的适当分析和维护、能源和现代化项目维持最佳状态。

为提高楼宇的能源效率，西门子推出楼宇整体解决方案，把楼宇基础设施、创新的电气安装技术和自动化系统连成智能化网络。通过全集成的能源管理解决方案，西门子为楼宇配电提供了完美协作的产品和系统。此外还通过通信和软件组件将配电系统和楼宇自动化系统连接起来。早在2009年，西门子就向北京市朝阳区政府交付了一整套综合性的节能减排方案，其中包括技术和财务解决方案。据估计，由此每年节约了将近472600千瓦时的电力消耗，即节能12%。在2010年，西门子的解决方案被进一步应用到朝阳区内的公共楼宇及其他。

考虑到建筑自身功能。楼宇自控系统应满足环境控制要求及设备、人员的管理功能。本方案设计的楼宇自控系统系统应用现代控制技术，使建筑物在管理和机电设备的控制方面具有国际21世纪的领先水平，为大厦创造可观的经济效益。同时达到以下目标：

（1）舒适——提供舒适良好的工作环境：楼宇自控系统根据季节、人员和空气流动情况的变化，将各区域的室内温度和湿度控制在设计要求值上，同时参考国际上的通用标准（如：ASHRAE舒适ISO7730的热舒适指标PMV、国际GB5701-85中的舒适温度指标等），使建筑物内的人员感觉舒适。

（2）节能——降低能耗和管理成本：在满足舒适性的前提下，楼宇自控系统通过合理组织设备运行，使大楼的运行费用为最低。即以能耗值最低为控制目标，进行优化系统控制。楼宇自控系统软件有节能程序，可以控制设备得以合理运行。如冷冻站设备，楼宇自控系统根据传感器检测的数据，计算出大厦实际的冷负荷，确定冷水机组的启停台数。根据统计，安装楼宇自控系统后可使能源消耗降低20%～25%，对一个大型建筑来说，这是一个非常可观的数字。

（3）安全——提供突发故障的预防手段：如果大楼的机电设备突然发生故障而停机，将对大楼产生严重后果。楼宇自控系统可以从以下几个方面预防这种局面的出现：随时检查设备的实际负载和额定负载，一旦发现设备过载，立即自动卸载，同时向中央控制室发出报警信号，以防损坏贵重设备；监视设备运行状况，一旦发现其中设备运行异常，立即报警通知检修人员前去检查，以防引起更大范围的设备故障；自动记录设备的累计运行小时数，当累计值达到规定的维修时间时，自动报告中央控制室，及时提醒进行设备检修；当一组设备中的某台设备出现故障不能继续运转时，自动切换到备用设备；同时，对于临时停电的情况，当恢复供电后，系统自动执行顺序启动程序，可保证设备投运顺利，避免启动失败对设备的损害。通过这些检测、报警和处理方式，使商场对机电设备突发故障具备有效的预防手段，以确保设备和财产安全。

（4）高效——提高设备运行效率、减少管理人员数量：通过对设备运行状况的监测、诊断和记录，早期发现和排除故障，及时发出维护和保养的通知，保证设备始终处于良好的工作状态和商场的正常运营。

楼宇自控系统对设备的有效监控，可使设备的故障率大大降低，同时也使维修工人可以更有效地工作，可以减少维修人员的数量；一体化管理方式，使相关区域中操作、值班和管理人员减少。

我觉得对于商业楼宇应该着重加强其稳定性和经济性以及智能性，而对于住房类的智能化节能改造应该着重研究尽量缩短投资回收期。

2．优化楼宇性能

投入运营之后，楼宇往往无法实现规划阶段所设立的预期性能。为了注重实现期望的优化和节能效果，必须对当前的楼宇性能进行测量和分析。

由于对楼宇控制策略的检查和优化的选择往往受限，而西门子楼宇性能优化服务可以提高透明度的决策，允许持续不断的知识转移以及高效长久地保证运营过程能够一直保持所要求的楼宇状况。全部测量手段均用于设计实现并维持可持续的优化过程。楼宇性能优化显著地降低楼宇的运营成本。性能优化服务在所获得的利益以及高成效流程所需的优化工作量之间取得了良好的平衡。

（1）无须停止运营即可进行优化。楼宇性能优化服务所执行的分析将能耗、舒适情况、用户满意度以及有效的楼宇管理等因素均考虑在内。分析结果包含在详细的操作优化概念当中。评估并不会对正在运行的操作造成影响。

系统控制器全部采用模块化设计，可根据实际需要进行监控点数配置。这样既减少投资，又方便扩展。模块均可热插拔，在设备维护时不影响系统的运行。控制器的输出点均可直接拉入220V的控制回路，既节省了配置中间继电器所需的费用，又提高了可靠性。

所有的风阀与水阀驱动器均可以直接使用220V的工作电源，无须配置变压器。水阀驱动器有世界专利产品——电动液压阀门驱动器。该驱动器无电机与齿轮传动，采用液压驱动方式，无磨损，免维护，使用寿命可达几十年。

不论是用于那种机电设备的大、小点控制器均与中央站位于同一总线上，并且可以实现点对点的通信。这样不但保证了较高的通信速率，而且避免了两级总线因子站连接器故障而中断子站与中央站的通信和丧失有关控制功能。这种情况下，系统的每一个控制器在整个网络中都是同等的关系，与工作站都可以直接通信，并且任意一个控制器故障都不会影响系统其他任何部分。

（2）合同能源管理。在评估楼宇的能源效率时，必须把楼宇在整个生命周期中产生的所有费用考虑在内。新的楼宇常被用于原始计划以外的用途。如果借助楼宇自动化系统记录的数据，根据实际使用情况对个别系统定期加以调整，可节省10%~15%的能耗。另外，通过西门子提供的合同能源管理解决方案，对老旧楼宇全面进行现代化的节能改造，最高可节省40%的能耗。这笔费用将很快被能耗和材料上的节省所抵消。

（3）照明。照明用电几乎占世界总用电量的19%。通过使用节能照明解决方案可节省超过1/3的用电。事实上，有些先进的解决方案最高可节省80%的耗电。通过智能镇流器、LED这类的现代化照明技术以及多传感器也能降低现有照明系统的用电，提高经济效益。

（4）培养持续的节能意识。要培养持续的节能意识并能够对建筑内住户产生积极的行为方式，正确的解决方案和服务可有助于跟踪记录并持续优化建筑性能，使得楼宇的住户能够适应并自觉维护楼宇的节能系统的正常运行，并对于节能减排进行必要的指导和培训。

系统的编程软件与用户应用软件共用一套，均开放给用户，用户无需分别采购。因此，用户在使用过程中可以根据实际需要随时更改监控程序和添加监控功能。所受监控的机电设备都进行集中管理和显示，内装中/英文Insight工作软件提供给操作人员下拉式菜单、人机对话、动态显示图形，为用户提供一个非常好的、简单易学的界面。操作者无需任何先验软件知识，即可通过鼠标和键盘操作管理整个控制系统。

（5）楼宇能源产销合一。在发达的工业化国家，有越来越多的楼宇在屋顶上安装了小型风电系统。所谓的“智能楼宇”把楼宇从能源消费体变为了能源市场的积极参与者。智能楼宇具有高能效的特点，且可自行生成、储存和使用所需的能量，并自行管理和控制这些过程。配备有智能电表、能够进行更准确的用电预估以及主动式楼宇能源管理的智能楼宇已成为智能电网的一部分。

西门子楼宇自动控制系统的良好扩展性和兼容性使得能为微电网和智能电网提供更好的支持。

（6）依托大数据和云计算开放系统。21世纪是信息技术所引导的信息时代。所以我们应该考虑依托于互联网的可能性，用智能网做集成平台以达到互操作性，或是借由智能化的路由器解决，可以将楼宇系统进行多系统集成。当拥有了开放式的技术平台，就能收集和管理来自于不同楼宇系统和其他数据源的数据，基于云应用程序提供更有效率的解决方案，从一个单一的源点获得的数据，将使任何设施的营运更容易、更经济实惠地实现更好的楼宇性能。

即便有了智能的家居产品、有了完备的布线系统和优渥的网络环境，如果缺了楼宇自动化系统，我们的电梯，家里的供暖、空调、通风乃至于供水设备，就不能有序、高效甚至智能地运行。所以，加强这些设备与系统的管理，才是我们舒适生活、享受“智能”的前提。这就要求我们的楼宇自动化系统不能独立的存在，要开放互联，不仅仅是与智能家具的开放，也可以使楼宇与楼宇之间、地区与地区之间的开放、互联。通过一个统一的云端平台，进行大数据的收集共享分析，形成不同楼宇、不同地区之间的数据信息交流对比，从而得出更加全面系统的解决方案。

成效

2010年上海世博会的标志性建筑——中国馆就是节能楼宇的典范。中国馆是采用西门子提供的节能楼宇技术建造而成的。

中国馆的节能环保设计大概包括以下三点：

（1）在建筑形体的设计层面，力争实现单体建筑自身的减排降耗。国家馆造型层层出挑，在夏季上层形成对下层的自然遮阳；地区馆外廊为半室外玻璃廊，用被动式节能技术为地区馆提供冬季保温和夏季通风；地区馆屋顶“中国馆园”还将运用生态农业景观等技术措施有效实现隔热。这些措施将使中国馆比国家要求进一步节能近10%。

（2）在建筑表皮技术层面，充分考虑环境能源新技术应用的可能性。比如，所有的窗户都是使用低耗能的双层玻璃，国家馆屋顶上还使用大量的太阳能板，有望使中国馆实现照明用电全部自给。

（3）在景观设计层面，加入循环自洁要素。在国家馆屋顶上设计的雨水收集系统，可以实现雨水的循环利用；在地区馆南侧大台阶水景观和南面的园林设计中，引入小规模人工湿地技术，利用人工湿地的自洁能力在不需要大量用地的前提下，为城市局部环境提供生态化的景观。

未来展望

在大力发展建设社会生态文明建设的今天，节能减排的概念深入人心，并且成为一项国策被提出来，如此可见节能减排的重要性。在这个信息发达，节能减排为大趋势的前提下，楼宇自动化是一个十分确定的方向，西门子公司所提供的楼宇自动系统顺应了潮流，走对了方向，下一步随着人们思想的不断改变，认识不断加深，节能楼宇、节能住宅的需求会不断增大，还有很长的时间要发展，中国的节能楼宇才刚刚起步。

另外，微电网的发展趋势也不容小觑。微电网（Micro-Grid）也译为微网，是一种新型网络结构，是一组微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。微电网是相对传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，是传统电网向智能电网过渡。这与楼宇自动化的本质要求是相同的，并且，传统电网向智能电网的过渡是必然的，所以微电网是楼宇自动化接下来很明确也很有必要的发展方向，接下来带微电网的自动化楼宇系统的不断完善成熟，起初投入成本的不断优化，必定能够扩大市场需求，并且提高市场占有率。

依托于互联网的大数据与计算让我们看到了更多的可能性。智能建筑的发展让依托于此的智能家居生活有了更大的发展空间，同时也将为智慧城市的建设增加了更多的动力。建筑节能的效率以及所产生的影响一定更加明显和深远。

讨论题

1．西门子楼宇科技节能楼宇的解决方案与主要成效。

2．建筑节能与环境保护的关系分析。

3．我国发展绿色建筑的机遇与挑战及应对策略思考。