智慧建筑集成技术实现的复杂性

让系统具有更高的智慧绝不是一句空话，而是建立在大量的基础研究和样本信息的基础上。这里以舒适性空调设计和电梯优化控制为例来说明实现智慧系统的复杂性和进行系统集成的必要性。

1. 舒适性空调系统

对于舒适性空调而言，其设计目的就是营造舒适的环境。舒适环境本身就是一个复杂且主观性很强的问题，因为代谢率不同，男女两性对温度的感受有异，甚至出现了空调性别战。影响个体热感觉的因素主要有冷热刺激、冷热刺激持续时间和人体原有的状态等。图2-2 所示是人体冷热感受阈值和温度变化率的关系，图2-3 所示是冷热感觉受原有状态的影响案例。

图2-2　冷热感觉阈值

图2-3　冷热感觉变化

热感觉主要受环境温度、人体状态、垂直温差、气流和吹风感、辐射的对称性及均匀度等影响。美国ASHRAE（American Society of Heating，Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）研究表明，地板温度低于15 °C 或高于35 °C 不满意率均会超过20%。丹麦学者P.O.Fanger（范格尔）教授研究表明，所有人的热感觉是一样的，对于相同环境的不同感受往往和个体生活习惯有关。例如，热带人对热环境有较强适应力，寒带人对冷环境有较强适应力；而女性喜欢穿较轻薄的衣服，则对冷环境的敏感度高于男性；老年人活动量小，因而对冷环境敏感，相对少年人而言更喜欢热环境。

人体热量时刻处于一种动态的平衡状态，其能量交换如图2-4 所示。由图2-4 可知，人体与环境的热量交换是通过皮肤进行的。人运动时由于人体与空气之间存在相对流速，会降低服装的热阻，服装的存在增加了皮肤的蒸发换热热阻。人体出汗时，服装吸收部分汗液，只有剩余部分汗液蒸发冷却皮肤，使得需要更大蒸发量才能在皮肤表面上形成同样的散热量，服装被汗湿润后热阻会下降，显热换热加强，又增加了潜热换热。

图2-4　人体热平衡

ASHRAE 把热舒适环境定义为：人在心理状态上感到满意的热环境。很多学者对热舒适的评价方法进行了研究，并根据各种不同的评价方法先后提出了一系列的评价指标。如有效温度（ET）、新有效温度（ET*）、标准有效温度（SET）、热应力指标（H.S.I）、预测平均评价（PMV）等，为建筑热工设计和室内热环境的评价提供了重要的设计依据和评价方法。PMV 表示大量人对服装和环境热感觉的预测平均表决票数。现在已经被ASHEAR 改进后采用，作为热舒适性的推荐评价指标。P. O. Fanger 教授将PMV 与给定环境下人体实际热流量与实际活动量下最佳热流量间的不平衡联系起来。由于PMV 计算式子非常复杂，通常用表2-1 中的值来直接预测人们在各种情况下的热感觉。同时，也可以用表来评价服装的隔热值和环境微小气候是否符合舒适标准。研究表明，湿度在一定范围内时，对热感觉影响很小，这就使得PMV 的应用范围大大扩大了，但在有辐射热和相对湿度大于50%的环境条件下，要慎重使用表内数值。

表2-1　PMV 热感觉标尺(www.xing528.com)

ASHRAE 55 中舒适标准温度下限从1974 年的21.8 °C，到1981 年的22.2 °C，再到1992 年的23 °C，近20 年来，下限值约上升了1 °C。现在亚洲很多学者认为由于该图中的舒适区域是以欧美国家的青年为研究对象，而亚洲人和欧美人的新陈代谢不同，地区气候不同，对于热环境的适应性和心理期望值不同，这些都导致对于该舒适区范围的质疑，所以很多专家推荐制定地区舒适区标准。

标准有效温度SET*，是综合考虑了不同的活动水平和衣服热阻后提出的。其具体定义为：某个空气温度等于平均辐射温度的等温环境中的温度，其相对湿度为 50%，空气静止不动，在该环境中身着标准热阻服装的人若与他在实际环境和实际服装热阻条件下的平均皮肤温度和皮肤湿润度相同时，则必将具有相同的热损失，这个温度就是上述实际环境的标准有效温度。图2-5 展示了几种不同设计情况的标准有效温度情况，可见着装和环境温湿度对标准有效温度影响之大。

图2-5　标准有效温度

空调系统控制得好，不仅可以保证舒适性，还能够有效节能。以某五星级酒店为例，星级酒店空调能耗一般占酒店夏季用电的 40%以上，人们在夏季中习惯使用空调时，将温度降得过低，而事实上，室内温度调节至24～28 °C，湿度40%～60%，人体感觉最为适宜。经专家测算，每当空调温度升高1 °C，可降低耗电量8%，仅该酒店夏天即可节电25.4×104 kW·h，折合人民币172 700 元，而每节约1 kW·h 电，相当于节约4 L 水，减少污染排放相当于0.272 kg 碳料尘，0.997 kg 二氧化碳，0.03 kg 二氧化硫。

我们假设系统已经知道了入住乘客的人种、身高、体重、着装、性别和年龄，则可根据这些信息估算环境的标准有效温度，从而调整空调的送风温度和风速，实现智慧调节。在用户做了不合理设定时，也能够进行提醒并增加一个确认操作。因为空调不当使用，造成的感冒等病症，可谓屡见不鲜。环境的温湿度信息属于空调控制的基本信息，而用户的性别、年龄段、着装、身高、活动量等信息，借助监控系统的视频内容分析技术也是能够实现的。视频监控系统的人员流量分析，同样可以为照明系统、电梯等系统优化控制提供参考。视频内容分析技术的发展，使得智能化系统具有了不属于人类的眼睛的洞察力和不属于大脑的分析能力。由此提供的信息，几乎可为智慧建筑中的所有子系统服务。

2. 电梯优化控制

电梯是高层建筑内不可缺少的运输工具，随着人们对安全意识的增强，刷卡电梯应用日益广泛。一些酒店、住宅小区、商业建筑等都采用了这种电梯，从技术上讲，这样做好处非常多。对电梯系统本身而言，因为预先知道乘客目的地，特殊场合甚至不需要用户按下内呼按钮，增加便捷性、减少误操作；对于群控场合，调度可以更加智能化，从而减少浪费，节约公共资源。

在现代高层建筑中，电梯的选用与配置是否得当，直接影响建筑效用的发挥，只有合理的设置与选用电梯（特别是高速电梯），才能使现代高层建筑发挥其巨大的优越性。配置和选用电梯时，必须考虑到电梯所服务的环境，是写字楼、购物中心，还是饭店宾馆、娱乐中心或是住宅，换句话说就是要考虑到建筑物内人员的流通情况及不同时间段人流的变化情况，综合分析上述情况，经过客流分析才能提出满足服务环境所要求的电梯系统的数量及其电梯在高层建筑内的布置方案。当选用电梯时，还必须考虑到电梯系统本身的特点，如梯速、主要参数、控制方法，以及控制的是群梯还是单梯等。如果实现系统已经有用户数据库，则对电梯系统设计和控制都能够更加优化和准确。

刷卡电梯在电梯的轿厢内设置读卡器，电梯的使用人员刷卡后，电梯可以开放对IC 卡预先设定层楼的轿内指令，提供给使用者登记；无卡或者卡未授权的楼层，则不能登记，开放的公共区域则无须IC 卡可以登记。可以限制无关人员进入IC 卡权限区域。IC 卡发卡中心对每一张IC 卡进行权限设定后，发出的卡才可以使用，不同的卡可以设置不同的权限，对应不同的使用人员；管理者持有的管理IC 卡通常设置成可以使用电梯的全部权限；对于丢失的卡，IC 卡发卡中心可以挂失，对丢失的IC 卡禁用，阻止非法持有者继续使用。智能IC 卡控制电梯管理系统在电梯处于消防、检修等特殊状态时自动退出管理，也可以通过手动开关退出管理，电梯可以实现无IC 卡登记，方便电梯在特殊情况下使用。智能IC 卡控制电梯管理系统加强了传统安全管理系统中管理的薄弱一面，极大地提高了楼宇的安全等级。