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改變自身行為的建筑物

電能需求高峰迫使電力公司要在“調峰”設施上花費數十億美元，而這些設施卻很少使用。能根據電價實時波動調節電力需求的智能化樓宇自控系統可起到調峰作用，并經濟、高效地幫助穩定整個發電和配電網絡。

從快餐店到聳立的辦公樓，樓宇擁有各種各樣的形狀和尺寸。但是大多數建筑物有兩點是相同的：對能源的胃口很大以及能效提升潛力很大。實際上，根據美國和德國政府的統計數據，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。

建筑物的節能潛力到底有多大？“取決于不同的建筑物，節能幅度在25%至50%之間。” 西門子中央研究院高性能樓宇研究項目負責人、樓宇和城市節能技術權威ThomasGrünewald指出。

位于美國的西門子零售與商業系統公司（RCS）專門從事大型連鎖商場的能源管理，來自該公司的數據證實了這一點。盡管電力成本不斷攀升，但是該公司客戶的電費卻降低了15%至30%。鑒于美國商用建筑占樓宇總能耗的比例高達46%，因此RCS對能源需求的潛在長期影響將是巨大的。

炸薯條與能源分析。位于內華達州Reno的LoadIQ從事的是類似的業務。這是一家由位于加州伯克利的西門子商用技術中心投資的初創公司，該公司擁有一種能大幅度降低美國7萬家快餐店電費的技術。經過培訓之后，就能利用該技術借助*的信號處理功能將快餐店的用電變化與獨立的設備關聯起來，比如烤箱、炸爐和冷藏設備。“該系統能觀察設備每次開關帶來的用電變化。”LoadIQ的*執行官Hampden Kuhns博士說道，“每個變化都有對應的*標記。比如，一個50瓦的阻性白熾燈和一個50瓦的感性熒光燈就有*不同的標記。”設備標識非常復雜，因為許多設備有多個周期。“但是我們找到了分隔每個周期然后重新組合的方法，為設備形成*標記。”Kuhns說道，“這可以識別一臺設備內不同的活動，比如洗碗機內大量用電的水加熱周期。該技術甚至還可結合快餐店的工作安排，檢測系統效率不高的時段。”

設備實際用電信息將定期與額定耗電量以及競爭性設備的電力需求進行對比。最終，如果發現重大偏差，LoadIQ技術可向業主報告，建議對特定設備進行維修或更換。

LoadIQ是“2011年加州清潔技術開放能源效率獎”的得主，并獲得了國家科學基金會（NSF）第二期小企業創新研究資助，它將開始在小型商業設施中試驗其技術。

削減對調峰電廠的需求。提高能效、削減電費的需求不僅限于企業和消費者。實際上，在許多國家整個發電和輸電網絡的穩定性正危如累卵。比如，如果電力需求接近容量上限，就有可能發生電壓突降或停電。為了避免出現這種情況，電力公司通常會利用所謂的“調峰”設施。但是因為這種設施很少啟用，它們的運營費用非常昂貴。其結果是電力價格突然飆升，漲幅達數倍。

“在美國，整個發電和配電基礎設施中有10%是用來滿足峰值電力需求的，但是使用率只有1%。”位于新澤西州普林斯頓的西門子美國研究院的“西門子 發明家”、自動化專家George Lo博士解釋道。有鑒于此，電力公司很顯然想竭力避免電力高峰，因為這樣可節省投資調峰設施的成本。“但是，如果我們繼續沿著原來的道路前進，美國在未來十年內將需要1900臺調峰設備，以滿足不斷增長的用電需求。”

隨著美國和全球各地的公司開發出自己的應對電價突然飆升的機制，他們開始考慮如何全面應對需求高峰問題。比如，RCS的基于IT的智能化負荷管理（ILM）樓宇自動平臺，不僅可降低每天的用電需求，而且憑借其響應電力市場信號的能力，有潛力全天候響應電價的波動。為了加強采用西門子系統的樓宇參與樓宇電網通信項目的能力，ILM功能將在今年晚些時候被集成于西門子Apogee樓宇自控系統，使數以千計的Apogee樓宇作為獨立的用電戶，進一步降低對很少使用的調峰設施的需求。“如果有大量的樓宇采用這種方式運營，就可避免出現用電高峰，并自動化實時調節電力負荷。”Lo指出。

樓宇智能控制盒。如何做到這一點，尤其是在大型多用途建筑物中？這是加州大學伯克利分校新建研究大樓Saturdja Dai Hall里的能效專家的宏偉目標之一。采用西門子Apogee樓宇自控系統的Saturdja Dai Hall，是樓宇電網技術的試驗基地，比如自動化需求響應（ADR）。為了確保樓宇能自動化智能響應電價波動，西門子美國有限公司、西門子中央研究院和西門子樓宇科技集團正在與加州大學伯克利分校攜手合作，在Saturdja Dai Hall測試西門子中央研究院開發的“智能化能源盒”。“產品理念是當峰值可以預測時，該智能盒將分析不同的方案：從削減非關鍵區域的制冷和照明到覆蓋所有墻插用電設備的微調分布式響應。它將預計的電價和天氣條件考慮在內，包括需求響應期間太陽和建筑物的關系。最終，它將選定 的方案并實施。”Lo解釋道。

在不給樓宇用戶帶來不便的同時實現這種響應并非易事。這就必須了解建筑物內不同單元的安排、習慣和能源需求重要性排序等信息。除那些重要或關鍵的不能進行電力調節的區域之外，智能化能源盒通過將其需求響應分布至盡可能多的系統，可最大限度減少造成的不便。

對于這整個過程而言，甚為關鍵的是允許樓宇自動系統讀取來自電力公司的ADR信號的協議。由美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）開發并在近期獲得美國能源部批準的“OpenADR”協議，正在迅速贏得全球認同，可能會成為樓宇電網通信標準。“這非常重要，LBNL正在數百個地點測試OpenADR。Saturdja Dai Hall就是其中的一個點——得益于智能化能源盒的采用。其問題是電力批發價格每分鐘都有波動，而電力零售價格卻經常保持不變。智能化能源盒能對此帶來改變——將用電從固定開銷*轉變為能被積極管理的費用。”積極倡導UCB加入這項技術研究的機械工程系教授David M. Auslander表示。

Saturdja Dai樓宇管理人員Domenico Caramagno說道：“數以千計的建筑物可從這個盒子中獲益。不僅可以在需求響應期間調節電力負荷，從而獲益于電力公司的現金激勵計劃，而且可全天候最大限度節省電能。這就是我們前進的方向。”