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地區(qū)性天氣預(yù)報(bào)正日趨具體化。瑞士研究者希望通過(guò)天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，優(yōu)化建筑物的能源消耗，將成本降至最低。西門子工程師為此提供了實(shí)際幫助。

天氣預(yù)報(bào)及樓宇自動(dòng)化將在 2,883 米高空的試用設(shè)備中進(jìn)行測(cè)試。西門子的研究者 Jürg Tödtli博士和他的合作伙伴們正是此項(xiàng)工程的主要負(fù)責(zé)人。

人類的一些想法需要?dú)v經(jīng)很久才能成熟。通過(guò)利用當(dāng)今日益準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)來(lái)優(yōu)化一系列樓宇功能便是其中一個(gè)典型的例子。例如，當(dāng)一股冷鋒襲來(lái)，供暖系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)升溫制暖，一旦溫度有所回升，供暖系統(tǒng)便會(huì)相應(yīng)下調(diào)制暖溫度。這樣不僅能確保一個(gè)舒適的室內(nèi)溫度，還可以節(jié)省能源消耗。

然而，現(xiàn)今樓宇內(nèi)部自動(dòng)化系統(tǒng)通常僅僅通過(guò)測(cè)量當(dāng)下的周邊數(shù)值如室外氣溫、入射的陽(yáng)光來(lái)控制供暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及窗簾等。至多會(huì)出現(xiàn)一位聰明的經(jīng)理，他偶爾會(huì)根據(jù)天氣預(yù)報(bào)和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)節(jié)這些系統(tǒng)。但是，目前，這些系統(tǒng)還不具備自動(dòng)進(jìn)行此類調(diào)節(jié)的功能。系統(tǒng)功能預(yù)計(jì)將在幾年后得到完善。

為了促進(jìn)系統(tǒng)功能的完善，瑞士研究者計(jì)劃將現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)與樓宇技術(shù)與控制工程進(jìn)行創(chuàng)新性結(jié)合，這個(gè)將二者相結(jié)合的項(xiàng)目被稱為“優(yōu)控”。位于蘇黎世附近的楚格的西門子樓宇科技集團(tuán) (SBT) 正是這個(gè)項(xiàng)目中的一員。“我們的目標(biāo)是以最低的能源消耗獲取最高的舒適度，”在SBT負(fù)責(zé)供暖、通風(fēng)及氣候控制產(chǎn)品的歐洲研究項(xiàng)目的Jürg Tödtli 博士說(shuō)到，“當(dāng)然，在項(xiàng)目完成之前，我們無(wú)法預(yù)知天氣預(yù)報(bào)的作用究竟有多大，但我相信這是一個(gè)契機(jī)。”

自2007年5月起，已有眾多研究者與5家機(jī)構(gòu)投身“優(yōu)控”項(xiàng)目的研究。除西門子以外，這些研究機(jī)構(gòu)還包括位于蘇黎世的瑞士聯(lián)邦氣象與氣候辦公室 (Meteo-Schweiz)、位于杜本多夫的聯(lián)邦材料測(cè)試與開發(fā)研究所 (EMPA) 以及兩家位于蘇黎世的瑞士聯(lián)邦科技研究所 (ETH)——即自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室和綜合生物研究所的系統(tǒng)生態(tài)小組。

同時(shí)三名西門子員工也參加了這個(gè)項(xiàng)目。另外，SBT 還制定了項(xiàng)目的基本框架并提供了關(guān)于樓宇內(nèi)部控制工程市場(chǎng)的知識(shí)支持。

自給自足的高山小屋。瑞士阿爾卑斯俱樂(lè)部 (SAC) 的 Monte-Rosa 高山小屋將于2009 年秋季開放。那時(shí)，優(yōu)控項(xiàng)目將揭開其神秘的面紗。高山小屋是 ETH Zurich 和 SAC 的聯(lián)合項(xiàng)目，同時(shí)還有眾多贊助商及合伙人為該項(xiàng)目提供了支持與幫助。小屋的自動(dòng)化系統(tǒng)則由西門子負(fù)責(zé)供應(yīng)。小屋建造于海拔2,883米的高空，因此在很大程度上必須具備自給自足的能力。在需要的時(shí)候，小屋的光電池系統(tǒng)將通過(guò)一個(gè)靠液化石油氣運(yùn)作的集合熱電設(shè)備為高山小屋供能。

優(yōu)控項(xiàng)目將被運(yùn)用于樓宇管理。“例如，” Tödtli 解釋道，“當(dāng)電池和廢水箱半滿并且預(yù)測(cè)到不久會(huì)出現(xiàn)陽(yáng)光時(shí)，控制系統(tǒng)將啟動(dòng)廢水凈化過(guò)程，這個(gè)過(guò)程會(huì)消耗電力。”通過(guò)這種方式，系統(tǒng)防止了由于過(guò)早給電池充電所引起的太陽(yáng)能的浪費(fèi)。另一方面，當(dāng)天氣預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)將出現(xiàn)壞天氣時(shí)，廢水凈化過(guò)程則會(huì)停止。因?yàn)榧偃邕@一過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，我們將會(huì)面對(duì)用盡電池備用電力，并不得不轉(zhuǎn)用寶貴的液化石油氣的風(fēng)險(xiǎn)。

除了這些遵循“固定規(guī)則“的過(guò)程以外，優(yōu)控項(xiàng)目還提供了“固定模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)”，這是一種運(yùn)用模型來(lái)控制樓宇供暖方式的系統(tǒng)。假若這樣，自動(dòng)控制機(jī)制必須儲(chǔ)存一定的數(shù)據(jù)，如墻壁的熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)和儲(chǔ)熱能力等。通過(guò)將天氣預(yù)報(bào)、早期使用者的設(shè)置以及室內(nèi)外溫度測(cè)量相結(jié)合，系統(tǒng)可以計(jì)算出例如供暖水溫等數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有功能強(qiáng)大的電子裝置，這種功能將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。“20年前，我寫了*篇關(guān)于利用天氣預(yù)報(bào)進(jìn)行樓宇自動(dòng)化管理的論文。”Tödtli 回憶說(shuō)。“然而，直到今天才出現(xiàn)了擁有足夠能量并且價(jià)格低廉的處理器；我們的方法要求具備大量記憶及計(jì)算能力。”每隔 15 分鐘，優(yōu)控機(jī)制便會(huì)調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)。為此，不僅需要采用應(yīng)用規(guī)則、模型以及傳感器報(bào)告，還需利用未來(lái)三天的天氣預(yù)報(bào)。

“不幸的是，沒(méi)有人知道這一切的精確費(fèi)用效益比，”ETH Zurich 系統(tǒng)生態(tài)小組項(xiàng)目經(jīng)理 Dimitrios Gyalistras 博士說(shuō)道。因此，目前還無(wú)法得知預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)中長(zhǎng)期所能節(jié)約能源的具體數(shù)量。研究者希望可以使這一方面更加明確。在一個(gè)能夠綜合控制供暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、開窗搖桿及照明裝置的典型辦公室里曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)一項(xiàng)模擬實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)顯示，新控制系統(tǒng)具有節(jié)約 15% 能源的潛力。到 2008 年中期，一項(xiàng)大規(guī)模的研究將為許多不同的情況和地點(diǎn)提供更多的數(shù)據(jù)，例如為蘇黎世、倫敦、維也納及馬賽的單間和組合辦公室提供數(shù)據(jù)等。

EMPA正在為樓宇模型提供專業(yè)技術(shù)支持。“在實(shí)際應(yīng)用中，安裝和操作的費(fèi)用越低越好。”樓宇科技集團(tuán)的高級(jí)科學(xué)家 Thomas Frank 這樣說(shuō)到。在這方面，一個(gè)仍需解決的問(wèn)題在于，在爭(zhēng)取獲得控制系統(tǒng)滿意操作的同時(shí)，究竟怎樣才能使模型更為簡(jiǎn)單。“估計(jì)會(huì)需要大量的參數(shù)，”Frank 說(shuō)道，“理論上，這些都可以從建筑的設(shè)計(jì)圖中計(jì)算出來(lái)。目前我們?nèi)匀蝗狈ㄖ﨏AD 程序和樓宇管理軟件之間的標(biāo)準(zhǔn)化接口。”

網(wǎng)上的天氣數(shù)據(jù)。從 2008 年初起，MeteoSchweiz 便開始使用一個(gè)空間分辨率為2.2 公里的天氣模型。基于這個(gè)邊緣長(zhǎng)度的地平面坐標(biāo)方格，大氣層被分為 60 層，MeteoSchweiz 的電腦會(huì)為每一層計(jì)算未來(lái)溫度。當(dāng)模型的分辨率設(shè)為7 公里時(shí)，地方天氣預(yù)報(bào)會(huì)比以前更加精確。“節(jié)約能源的目標(biāo)是值得我們付出任何努力去實(shí)現(xiàn)的，”領(lǐng)導(dǎo) MeteoSchweiz模型研發(fā)的 Philippe Steiner 博士說(shuō)。MeteoSchweiz的氣象學(xué)家提供了 24 個(gè)氣象參數(shù)，其中每個(gè)參數(shù)都提供了未來(lái)三天的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)（以小時(shí)為單位）。這些數(shù)據(jù)包括溫度、風(fēng)速及日光等。將來(lái)，這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直接傳送到樓宇內(nèi)。

“通過(guò)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)涉及大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算過(guò)程，”ETH Zurich 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人 Manfred Morari 教授說(shuō)，“當(dāng)優(yōu)控機(jī)制計(jì)劃下一步控制時(shí)，它必須考慮到這樣一個(gè)事實(shí)，即更多未知信息將以新式天氣預(yù)報(bào)方式被加入。”在高級(jí)規(guī)劃中每增加一個(gè)步驟，可能性就將增加10到100倍。實(shí)際上就是運(yùn)用一個(gè)簡(jiǎn)單的微處理器來(lái)執(zhí)行這些復(fù)雜的運(yùn)算。“如果你需要一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)為優(yōu)控服務(wù)， 那么優(yōu)控便失去了它存在的意義。”Morari 說(shuō)道。“什么將被市場(chǎng)所接受，這是關(guān)鍵所在。”西門子憑借其全球化業(yè)務(wù)及多年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)針對(duì)理解客戶需求提供了相應(yīng)的幫助。

優(yōu)控項(xiàng)目將于 2010 年結(jié)束，在該項(xiàng)目完成前，它的產(chǎn)品不會(huì)面世。“最終，軟件可以在安裝在墻壁中的微小自動(dòng)化站點(diǎn)中運(yùn)行。”Tödtli 預(yù)言，“特殊 PC 不會(huì)成為一種需求，并且樓宇控制的硬件也不會(huì)十分昂貴。” 為了將這一設(shè)想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，SBT 位于楚格的實(shí)驗(yàn)室里正在進(jìn)行一系列現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在那里，所有房間都被用來(lái)分析一個(gè)巨型氣候控制系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果，該系統(tǒng)可以形成人工環(huán)境條件。這樣，科學(xué)家們便可以測(cè)試出樓宇控制系統(tǒng)如何能夠很好地反映波動(dòng)的室外氣溫以及如何精確地調(diào)整所需要的室內(nèi)氣候。優(yōu)控機(jī)制必須在該測(cè)試中證明自己的潛力。“一個(gè)良好的費(fèi)用效益比是相當(dāng)重要的，這一點(diǎn)是更加值得我們注意的。”Tödtli 說(shuō)。