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地區(qū)性天氣預(yù)報正日趨具體化。瑞士研究者希望通過天氣預(yù)報數(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際幫助。

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

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

然而，現(xiàn)今樓宇內(nèi)部自動化系統(tǒng)通常僅僅通過測量當(dāng)下的周邊數(shù)值如室外氣溫、入射的陽光來控制供暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及窗簾等。至多會出現(xiàn)一位聰明的經(jīng)理，他偶爾會根據(jù)天氣預(yù)報和個人經(jīng)驗來調(diào)節(jié)這些系統(tǒng)。但是，目前，這些系統(tǒng)還不具備自動進(jìn)行此類調(diào)節(jié)的功能。系統(tǒng)功能預(yù)計將在幾年后得到完善。

為了促進(jìn)系統(tǒng)功能的完善，瑞士研究者計劃將現(xiàn)代天氣預(yù)報與樓宇技術(shù)與控制工程進(jìn)行創(chuàng)新性結(jié)合，這個將二者相結(jié)合的項目被稱為“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) 正是這個項目中的一員。“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)品的歐洲研究項目的Jürg Tödtli 博士說到，“當(dāng)然，在項目完成之前，我們無法預(yù)知天氣預(yù)報的作用究竟有多大，但我相信這是一個契機(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)——即自動控制實驗室和綜合生物研究所的系統(tǒng)生態(tài)小組。

同時三名西門子員工也參加了這個項目。另外，SBT 還制定了項目的基本框架并提供了關(guān)于樓宇內(nèi)部控制工程市場的知識支持。

自給自足的高山小屋。瑞士阿爾卑斯俱樂部 (SAC) 的 Monte-Rosa 高山小屋將于2009 年秋季開放。那時，優(yōu)控項目將揭開其神秘的面紗。高山小屋是 ETH Zurich 和 SAC 的聯(lián)合項目，同時還有眾多贊助商及合伙人為該項目提供了支持與幫助。小屋的自動化系統(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。在需要的時候，小屋的光電池系統(tǒng)將通過一個靠液化石油氣運作的集合熱電設(shè)備為高山小屋供能。

優(yōu)控項目將被運用于樓宇管理。“例如，” Tödtli 解釋道，“當(dāng)電池和廢水箱半滿并且預(yù)測到不久會出現(xiàn)陽光時，控制系統(tǒng)將啟動廢水凈化過程，這個過程會消耗電力。”通過這種方式，系統(tǒng)防止了由于過早給電池充電所引起的太陽能的浪費。另一方面，當(dāng)天氣預(yù)報預(yù)測將出現(xiàn)壞天氣時，廢水凈化過程則會停止。因為假如這一過程繼續(xù)進(jìn)行，我們將會面對用盡電池備用電力，并不得不轉(zhuǎn)用寶貴的液化石油氣的風(fēng)險。

除了這些遵循“固定規(guī)則“的過程以外，優(yōu)控項目還提供了“固定模型預(yù)測控制系統(tǒng)”，這是一種運用模型來控制樓宇供暖方式的系統(tǒng)。假若這樣，自動控制機(jī)制必須儲存一定的數(shù)據(jù)，如墻壁的熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)和儲熱能力等。通過將天氣預(yù)報、早期使用者的設(shè)置以及室內(nèi)外溫度測量相結(jié)合，系統(tǒng)可以計算出例如供暖水溫等數(shù)據(jù)。如果沒有功能強(qiáng)大的電子裝置，這種功能將無法實現(xiàn)。“20年前，我寫了*篇關(guān)于利用天氣預(yù)報進(jìn)行樓宇自動化管理的論文。”Tödtli 回憶說。“然而，直到今天才出現(xiàn)了擁有足夠能量并且價格低廉的處理器；我們的方法要求具備大量記憶及計算能力。”每隔 15 分鐘，優(yōu)控機(jī)制便會調(diào)整整個系統(tǒng)。為此，不僅需要采用應(yīng)用規(guī)則、模型以及傳感器報告，還需利用未來三天的天氣預(yù)報。

“不幸的是，沒有人知道這一切的精確費用效益比，”ETH Zurich 系統(tǒng)生態(tài)小組項目經(jīng)理 Dimitrios Gyalistras 博士說道。因此，目前還無法得知預(yù)測控制系統(tǒng)中長期所能節(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)行過一項模擬實驗，該實驗顯示，新控制系統(tǒng)具有節(jié)約 15% 能源的潛力。到 2008 年中期，一項大規(guī)模的研究將為許多不同的情況和地點提供更多的數(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。“在實際應(yīng)用中，安裝和操作的費用越低越好。”樓宇科技集團(tuán)的高級科學(xué)家 Thomas Frank 這樣說到。在這方面，一個仍需解決的問題在于，在爭取獲得控制系統(tǒng)滿意操作的同時，究竟怎樣才能使模型更為簡單。“估計會需要大量的參數(shù)，”Frank 說道，“理論上，這些都可以從建筑的設(shè)計圖中計算出來。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 便開始使用一個空間分辨率為2.2 公里的天氣模型。基于這個邊緣長度的地平面坐標(biāo)方格，大氣層被分為 60 層，MeteoSchweiz 的電腦會為每一層計算未來溫度。當(dāng)模型的分辨率設(shè)為7 公里時，地方天氣預(yù)報會比以前更加精確。“節(jié)約能源的目標(biāo)是值得我們付出任何努力去實現(xiàn)的，”領(lǐng)導(dǎo) MeteoSchweiz模型研發(fā)的 Philippe Steiner 博士說。MeteoSchweiz的氣象學(xué)家提供了 24 個氣象參數(shù)，其中每個參數(shù)都提供了未來三天的預(yù)測數(shù)據(jù)（以小時為單位）。這些數(shù)據(jù)包括溫度、風(fēng)速及日光等。將來，這些數(shù)據(jù)可以通過互聯(lián)網(wǎng)直接傳送到樓宇內(nèi)。

“通過處理數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測涉及大量的數(shù)學(xué)運算過程，”ETH Zurich 自動控制實驗室的負(fù)責(zé)人 Manfred Morari 教授說，“當(dāng)優(yōu)控機(jī)制計劃下一步控制時，它必須考慮到這樣一個事實，即更多未知信息將以新式天氣預(yù)報方式被加入。”在高級規(guī)劃中每增加一個步驟，可能性就將增加10到100倍。實際上就是運用一個簡單的微處理器來執(zhí)行這些復(fù)雜的運算。“如果你需要一個超級計算機(jī)來為優(yōu)控服務(wù)， 那么優(yōu)控便失去了它存在的意義。”Morari 說道。“什么將被市場所接受，這是關(guān)鍵所在。”西門子憑借其全球化業(yè)務(wù)及多年來的經(jīng)驗針對理解客戶需求提供了相應(yīng)的幫助。

優(yōu)控項目將于 2010 年結(jié)束，在該項目完成前，它的產(chǎn)品不會面世。“最終，軟件可以在安裝在墻壁中的微小自動化站點中運行。”Tödtli 預(yù)言，“特殊 PC 不會成為一種需求，并且樓宇控制的硬件也不會十分昂貴。” 為了將這一設(shè)想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實，SBT 位于楚格的實驗室里正在進(jìn)行一系列現(xiàn)場測試。在那里，所有房間都被用來分析一個巨型氣候控制系統(tǒng)的運行結(jié)果，該系統(tǒng)可以形成人工環(huán)境條件。這樣，科學(xué)家們便可以測試出樓宇控制系統(tǒng)如何能夠很好地反映波動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)制必須在該測試中證明自己的潛力。“一個良好的費用效益比是相當(dāng)重要的，這一點是更加值得我們注意的。”Tödtli 說。