施鉴诺 方海云

提要：楼宇自动化产品正向着开放性、可互操作的方向迅速发展；其中LonWorks产品和BACnet 系统处于领先地位；作者结合我国智能建筑的实际状况和调试这两种系统的实际体会，分析了有关楼控方案选择的一些问题，供选择楼控方案时参考。

关键词：楼宇自动化，BAS，LonWorks

1 BAS系统成功率存在问题已引起业界人士的广泛关注

建筑智能化不仅能为建筑本身带上一顶“凤冠”，更重要的是能为建筑本身插上现代技术的“翅膀”，使它成为现代信息高速公路的一个终端节点，因此，智能建筑在国内外部得到了迅速蓬勃的发展。[1]

建筑智能化的重要目的之一，是要建造一个舒适、高效的环境，为人们提高生产力创造条件；而且在常年运行中高效、节能，使业主能够最快地回收建设投资。国内外的工程实践表明，业主在投资之后，真正能够达到建设目的、做到这一点的并不多，国内工程中能够运行稳定、高效、节能的更是凤毛麟角。

由北京市科协下达的，由北京自动化学会承接的，以北京工业大学为主体的智能建筑软课题，曾经对智能建筑的发展情况、技术内涵，以及我国智能建筑的实际状况做过调查。调查表明，楼宇自动化系统（BAS）中，存在不同程度问题的，约占70%左右。其中包括系统根本没开通，或开通后不久即崩溃瘫痪的系统。[2]

应该指出，BAS系统运行不正常的情况在国外也不少。英国专家G. J. Levermore，“能量管理系统”一书的作者，在他的著作的前言中谈到：“我经常询问设计人员、用户和学生们，他们是否知道任何建筑物在调试后确实运行良好——回答极为稀少。”[3]

从1971年到1987年之间由美国职业安全卫生署（NIOSH）主持的346个现场测定中，发现造成“病态建筑”或“室内空气品质恶劣”的建筑，新风不足、通风不良、温湿度调节失常者占了52%。[4]

形成BAS系统成功率不高的原因相当复杂，来自于不同的方面且相互影响，有的原因还存在深层次的历史背景。资料[5]曾对此做出一些分析，可作为参考，这里不拟对此深入讨论。重要的是：无论设计者，设备安装者，自控设备供应厂商和投资者，都应该力争了解智能建筑的发展背景，清楚自己的职责，努力做到：精心设计、精心安装、精心调试和精心管理，力争使自己负责的智能建筑（或环节）达到预期的目的，收到预期的效益。

2 楼控中HVAC部分需要给以更大关注

楼宇自动化的内容十分丰富，通常包括：空调、供热、通风、冷热源、给水排水、照明、变配电、备用发电机组、电梯、停车场、保安、消防等系统的监控。每一系统都有自己的功能、特点、技术要求和技术内涵，因此在设计、安装、调试和管理过程中，都需要认真操作；然而工程实践表明：在智能建筑通讯自动化（CA）办公自动化（OA）和楼宇自动化（BA）“三个自动化”中，出问题比较多的往往是楼宇自动化；而在楼宇自动化系统中，出问题比较多的又往往是HVAC控制系统。

两位美国作者曾经这样描述这个问题：“One of the most basic, and often most difficult, areas of building automation is controlling HVAC equipment.”（楼宇自动化中最基本，也常常是最困难的部分是HVAC设备的控制）。[6]

形成这种情况的原因，也许可以分析如下：

1． 控制环节多，且相互耦合，比如：室内温度、湿度，CO2含量，送风温度、湿度，室外温度、湿度，冷冻水供水和回水温度、冷却水供水和回水温度，新风阀、混风阀和排风阀的控制，送风机和回风机的控制，冷热盘管的控制，冷冻水和冷却水泵的控制，锅炉供热系统控制，以及授热器系统控制等。

2． HVAC系统可挖掘的节能潜力很大。HVAC系统监控点的数量在监控点总数中的比例，以及HVAC系统耗电、耗能在整个大楼耗电、耗能中的比例常常超过半数；因此HVAC系统不仅要为大楼创造一个舒适高效的环境，而且其耗能对整个大楼的经营管理、投资效益也起着举足轻重的作用。为此，有一系列节能措施可供选择，比如：“死区”的设置（Dead band），经济循环（Economizer cycle），焓值循环（Enthalpy economizer），夜间冷却（Night cooling），最佳启动（ Optimum start ），供热曲线控制（Heating Curve with adaption），供冷系统的优化运行，供热系统的优化运行，VAV变风量系统的采用等等。

HVAC系统的节能措施除与建筑设备自身的作用（包括空调系统形式的选择，控制策略的选择等）之外，几乎都与室外气候特点的运用（如自由冷源、焓值循环）和围护结构蓄热放热作用的运用（如最佳启动、夜间冷却）有关。从本质上来讲，建筑设备所参与的，是由室内气候、围护结构和室外气候三个部分，辐射、传导和对流三种传热形式相互作用、相互影响的，统一、复杂、动态的热过程。其物理模型大致是：房间由围护结构形成空间，由外墙、外门、内墙、内门、地板、楼板、顶棚系统和窗子系统组成的围护结构把室内室外隔成了两个气候环境。太阳辐射和室外气温变化等因素，通过辐射、对流和热传导三种形式作用于围护结构；而围护结构本身既有热阻又有热容，它通过自身的调节作用后把室内外环境的变化因素联结在一起；而室内环境也有人体、照明、设备等发热发湿因素影响着热平衡，而且各墙、窗、家具表面之间以及各表面与空气之间也通过辐射和对流交换着热量；此外，空气渗透和通风系统又把室内和室外环境联结在一起——建筑热过程自身的这种多元性、复杂性和动态性，决定了一切建筑节能过程的实现必然带着自身的复杂性、多元性和动态性。

3．技术发展迅速，人们缺乏经验。智能建筑本身如果从84年算起，国外发展也还不到二十年；而国内发展只有十几年的时间。现代技术的发展，几乎各行各业都与计算机技术的发展绑在了一起，因此都带有高速发展的特性。在楼控领域里，从气动控制向DDC的发展，集中式系统向集散式系统向全分布式系统的发展，都是一种内涵极其深刻、影响极为深远的技术变革。高速度的技术发展，必然使其纵、横剖面出现错综复杂、新旧交织的局面，需要技术人员不断实践，更需要不断学习和不断总结。

3 LonWorks技术正在发展成为楼控领域的主流技术

在楼宇自动化市场上，往往是各公司产品自成封闭体系，通讯协议不公开，各厂家产品不能互操作；这极大地损害了用户的利益，也不利于技术的持续发展。针对封闭技术的这种严重后果，美国Echelon公司于1990年推出了全分布式可互操作的控制网络——LonWorks技术。[7][8]

LonWorks技术自问世以来，得到了迅速发展，它已被公认为是最具开发潜力和应用前景的网络技术。目前已经有三千多家公司加入了LonWorks技术开发和应用的行列。值得注意的是：世界著名楼宇控制厂商，如Honeywell，Siebe，Johnson，Landis & Gyr，Andover，Satchwell等都争相采用LonWorks技术改造产品。资料[9]谈到：“鉴于建筑物自动化系统供应商的绝大多数都接受LonWorks技术，再加上美国标准ANSI-135 BACnet把LonTalk列为控制总线通信标准，所以，建筑物自动化系统集散控制网络向LonTalk总线的现场总线控制网络的发展趋势是不可改变的。”[9]

国家建设部智能建筑技术开发推广中心一直致力于推动LonWorks技术的开发和应用，称其为“新一代智能建筑技术”。98年后，又进一步成立了“中国智能建筑技术LonMark协作网”，以便协调和推动LonWorks技术在我国的开发和应用[1]。

4 SeaChange是一种新类型楼控产品

在几千家LonWorks的开发商中，有的重点放在硬件节点开发，有的重点放在软件现场编程，也有的把重点放在系统集成方面。在大量的工程实践中，大多取得了良好的预期效果，有的更成为受到ASHRAE褒奖的范例。

LonWorks技术在国内楼控工程中的开发和应用，总的来说，还处于初期阶段。在开发和应用中的技术难点有待探索、深化，已投入运行的工程所取得的经验，特别是不成功的经验急待总结、分析。

在国内外众多厂家的LonWorks产品之中，由Seachange Control公司于1994年推出的Seachange产品，顺应LonWorks发展的历史潮流，针对BAS系统应用中的问题，带着全新的思路脱颖而出，受到业界人士的瞩目，不少人称它为“新一代楼控产品”。

Seachange Control 是目前世界上HVAC LonWorks的最大供应厂商。Seachange产品的主要特点是：

1． 是一种全分布式、智能化、开放式系统。

在目前LonWorks技术的应用中，特别是著名控制厂商的LonWorks技术的应用中，往往是采用一种过度性方案：在测控底层局部采用Echelon总线和LonMark产品，最后仍然归入厂家所特有的控制系统之中。这种过度性方案出现的原因，是由于厂家，特别是大厂家的历史“负担”的形成的，厂家需要一个时间过程把大量的硬件和软件投入转入新技术轨道。[10]

图一 目前常见的系统结构

图二 用以太网做为主干网的全分布LonWorks系统

Seachange系统是真正全分布式，智能化的开放系统。在LonMark标准的基础上大大前进了一步，而同时也会对智能建筑的业主投资和技术发展带来极大的好处。

2． 专业化、模块化。

目前采用LonWorks技术的硬件节点大多是通用的，这缩短了节点开发周期，然而却把复杂的现场编程工作留给了承包商的技术人员。实践表明：在非常紧迫的周期内，逐个完成各个控制系统，特别是逐个HVAC控制系统的现场编程，是一项非常艰巨的任务——这里常常会给智能建筑的建设留下一个薄弱环节。

Seachange产品是专业化、模块化的。它把专家知识固化于产品，内置了专业控制程序，包括优化启动、室外气温补偿、提前预热、夜间预冷等节能措施，以及模糊逻辑、自适应（Self-adaptize）、自调谐（Self-tunning）控制等技术。Seachange产品不需要现场编程，这就在很大程度上“堵塞了一个漏洞”。

3． 即插即用

大大缩短了安装过程和调试过程，也大大简化了管理过程和维护过程。

4． 扩展了BAS系统的使用范围

使BAS系统不仅适用于传统应用的大型建筑物，也适用于过去无法使用BAS的中小型建筑物。

5． 有利于选用不同厂家的产品，有利于不同系统的无缝集成。工程实例表明：一次投资和运行费用都可节省。

6． 最后一点，但也许是最重要的一点：无须现场编程，简化安装、简化调试、简化管理、简化维护、即插即用的结果是——保证智能建筑的建设成功。Seachange产品的应用，也许是提高BAS系统成功率的一个重要途径。

参考资料

[1] 李国泮，推进我国智能建筑产业的发展，'98全国智能建筑技术研讨会主题报告，1998年12月。

[2] 智能建筑软课题研究组，智能建筑软课题研究报告，1997年6月，北京市科协。

[3] G. T. Levermore, Building Energy Management Systems, An application to heating and control, E & FN spon, 1992.

[4] 汪善国，新风量、新风和新回风系统及控制，暖通空调，1997年1月。

[5] 施鉴诺，智能建筑空调节能任重道远，智能建筑，1998年10月。

[6] Frank Capuano & Mahmoud Saleh, An HVAC Example using Visual Control, LonUsers International Spring 1997 Conference, May 20~21,1997.

[7] Echelon公司北京代表处，LonWorks全分布式互操作性的控制网络。

[8] Echolon，The LonWorks Network Services(LNS) Architecture.

[9] Honeywell公司杨守权，建筑自动化系统与网络时代，工程设计及自动化，1998年6月。

[10] Echelon，开启楼宇自控世界之门，1998年12月。

（ 作者单位：北京工业大学）

鸣谢：调试所用系统，SeaChange和ALC, 硬件和软件均由北京北黄自动化安装有限公司提供，特此致谢！