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智能楼宇技术：减少温室气体排放的明智之举（可持续发展系列#6）
本文是Signals+可持续发展系列文章的第六篇。此系列文章旨在阐明创新技术平台和软件解决方案如何支持气候科技，并邀请其他各方就能源和可持续发展的未来展开对话。点击此处查看第五篇文章““用数据驱动数字工厂，实现效率提升。”
为了减少温室气体排放，许多人都在家里安装了太阳能电池板，或者至少在厨房中配备节能电器。这无疑会对环境产生积极影响，并有助于节省能源开支。但在考虑规模时，必须考虑大型商业楼宇对环境的潜在影响，以及如何利用智能楼宇技术来协助提升效率、安全性和减少排放。
提升能效并实施商业楼宇电网需求管理，将助力企业朝着2015年《巴黎气候协定》提出的1.5°C温控目标迈进。1
在商业楼宇中实现潜在能源效率的关键在于通过全面的协作技术来管理整个楼宇，以便充分利用数据驱动洞察。实现这一目标的途径之一就是数字化和互联互通。
"如今，楼宇管理人员在安全、运营效率和能源效率方面承受的压力越来越大。自动化打破了运营困局，使楼宇管理人员能够更好地控制楼宇效率，最终有助于改善居住体验，同时推动实现能源管理目标。"Steve Kenny
副总裁/总经理 | Honeywell楼宇管理系统
什么是智能楼宇？
智能建筑或智能楼宇将技术和流程整合，以提高居住者的安全性、舒适度和生产力，同时提升业主的运营效率。楼宇中将部署相互连接的传感器、设备和控制系统，进行实时数据分析和优化，并将暖通空调、照明、警报和安全系统接入统一的IT网络中。2
楼宇管理系统：助力提升楼宇能效
在商业楼宇领域，用于暖通空调、照明、制冷和热水供热的能源平均有30%使用效率低下或者不必要，因此在节能降耗方面蕴含着巨大的商机。3 实施楼宇管理系统(BMS)是帮助减少浪费和提高能源效率的重要手段。
energy and cost savings from a smart system. BMS可自动控制楼宇的电气和机械系统，包括供暖、通风、空调、照明、消防和安保。在美国，近60%的大型商业楼宇（>50,000平方英尺）都配备了BMS，而小型楼宇配备BMS的比例仅13%。4这些差距表明，楼宇管理人员利用智能系统来节能增效降本仍有很多机会。
安装或升级为配备先进传感器和通信模块的BMS，平均可节省10%至25%的能源。5这些系统可根据占用情况进行优化，有助于简化操作，并实现远程故障检测，确保仅在需要时对空间进行供暖、制冷和照明。自动化有助于充分减少能源使用，降低峰值需求，而实时远程诊断则有助于提升能效。
互联互通能力是实现高效BMS的关键
互联互通能力是BMS的核心，它将控制面板、传感器和执行器连接起来，以有效管理暖通空调、照明、安保、火警和电力系统。
单对以太网技术支持远距离通信，与传统系统相比，可提供更高的带宽、更多的节点数和更高的安全性，从而增强商业或工业环境中的连接能力。它采用单对电线运行（在现有楼宇中很常见），尽量减少更换电线的需要，减少了浪费，并降低了安装成本。该技术专为工业用途而设计，即使受到干扰也能保持信号完整性，并可通过同一根电线传输电力，从而简化安装。
将IP通信引入BMS边缘的优势有助于揭示更深刻的见解
全双工通信
本地化决策
消除数据孤岛
减少升级停机时间
还可更进一步，连接边缘设备，协助BMS获取更深刻的见解。将单对以太网引入BMS边缘时，相关设备还能发挥更大的效用。这些设备可以进行双向对话，传递对整个楼宇的优化运行和管理至关重要的状态信息。将边缘设备接入单对以太网，可以确保以前孤立的系统（如暖通空调、照明、监控和灭火系统）都能向中央BMS提供信息，从而洞悉楼宇内的所有数据。
将人工智能(AI)和机器学习(ML)技术集成到BMS中，可以通过实施预测分析和智能算法来帮助实现流程自动化并提升能效，从而进一步优化能源消耗。此外，还可从中摸索以前没有作为一整套数据点查看时未能洞察的新模式和高效率。
创新的BMS技术：BRAUN背后的智囊团
现代BMS依赖于一系列先进技术，包括可配置输入/输出(I/O)设备，可实现人类操作员或其他系统与计算机之间的交互。可配置I/O设备简化了BMS安装，在保护投资的同时还能适应未来的发展。温度传感器、烟雾和运动传感器属于输入设备，变速驱动器(VSD)和警铃/频闪灯是输出设备。
此外，经过改良的电源和电机控制可提升能效，而设备维护诊断则有助于发现故障设备，尽可能减少维护和/或停机时间。这些技术有效结合在一起，可以帮助降低暖通空调、照明和安全系统等楼宇设备运行所需的能耗。
采用热泵和变制冷剂流量系统(VFR)等供暖和制冷技术，还能进一步减少排放。在将能量转化为热能方面，这些系统优于传统的燃气或燃油锅炉，而且是电力驱动，可以使用可再生能源。8 此类系统还降低了空间供暖和制冷的能源密集度，由于是电动的，能够完全依靠可再生能源运行。随着电网向更多可再生能源转变，现在转向采用热泵并将其作为新建楼宇的标准配置，将有助于减少碳排放。
此外，欧盟认为热泵是实现清洁能源转型以及到2050年实现欧盟碳中和目标的关键。仅2022年就安装了300万台热泵机组，欧盟的目标是到2027年至少再安装1000万台热泵。9
智能楼宇技术为控制温室气体排放带来希望
对于期望实现气候目标并减少排放的商业楼宇业主来说，这是一个显而易见的机会：部署利用数字化和连接技术的先进楼宇管理系统。政府也可以通过实施立法、激励措施和建立LEED（能源与环境设计先锋）等标准发挥关键作用。
虽然这些举措可以对环境产生巨大影响，但对于一些楼宇业主来说，这些措施可能会让他们望而生畏。但是，利用这个由公共实体和智能楼宇/BMS技术组成的生态系统，楼宇业主知道这些节能解决方案可以帮助他们实现目标，就高枕无忧了。
参考文献
1 联合国《巴黎协定》。
2 智能楼宇：创建以人为本的智能数字化工作场所的四个考虑因素。
3 美国能源部；商业楼宇一体化计划。
4NREL.gov；商业楼宇传感器和控制系统：障碍、驱动因素和成本.
5 ACEEE.org；智能楼宇：利用智能技术帮助现有建筑节能。
6国际能源署；2023年清洁能源进展追踪。
7 美国能源部；能源效率与可再生能源办公室。
8国际能源署50；热泵
9欧盟委员会；热泵是实现清洁能源转型以及到2050年实现欧盟碳中和目标的关键。
