智能建筑与智能电网

　　在阿联酋的沙漠中，一座未来的环保之城正在拔地而起。这座称为马斯达尔（Masdar City）的城市毗邻阿布扎比，汇集了来自全球的能工巧匠。该城市在建成后能够容纳5万名居民，其能源需求将完全由可再生能源满足，同时还将实现二氧化碳（一种主要的温室气体）零排放。而该市的电力将主要由太阳能热电厂以及光伏装置提供。

　　该城市的规划者希望能够通过提高能源效率，来冲抵部署先进能源解决方案的高额成本。事实上，马斯达尔居民的人均用电量预计仅为目前水平的1/5。

　　如果将极具前瞻意识的规划与现代技术完美结合在一起，这一目标完全可以实现。遵循这一理念，马斯达尔的建筑物相对较为集中，如此能够相互遮光，进而减少对空调的使用需求。除此之外，城市所有的建筑物都将建于混凝基座之上，这样有助于在楼宇底部形成空气流通，从而保持凉爽的室温。截止到目前，空调占阿布扎比总能耗的比例高达70%，而规划中的这些建筑措施则有望使马斯达尔的这一比例大大降低。

　　马斯达尔的绿色环保、高新技术理念由英国建筑师Norman Foster提出，预计这座城市将于2016年竣工。一旦这一理念经证明是行之有效的，那么世界各地的城市规划者与建筑师就能根据这个项目中的新技术，制定并调整规划。西门子当然也参与了这项工程。“马斯达尔项目不仅令人神往，同时也非常契合我们的能源效率计划，以及我们的环保业务组合。”西门子在迪拜的负责人Tom Ruyten如此解释道。

　　马斯达尔当然非常独特。毕竟，这种能够从城市建设最初就着眼于最大程度地降低环境影响的机会极为难得。不过，对于智能楼宇管理技术的需求倒是无处不在。以工业化国家为例，建筑物已经开始从纯粹的能源消费者定位朝着电力市场的积极参与者转变——在市场上出售自身生产的电力。供职于瑞士楚格西门子楼宇科技集团、专攻能源效率技术的Volker Dragon指出，“越来越多的建筑都配备了自己的光伏发电系统或小型风力发电厂，而智能电表的应用将带来诸多变化。”

　　这些小巧的智能电表除用于显示用电量之外，还将能够与家用电器及电力公司实现互联互通。根据欧盟的一项指令以及德国的法律法规，自2010年起，所有新建的现代化楼宇都必须配备智能电表。通过这种方式，消费者能够更清楚地了解自己的用电成本，而电力公司也能更准确地预测用电需求，进而推出新产品，包括每15分钟调整一次的动态定价机制。

　　由于能够更方便地疏散用电需求，这使得所有电网的供电压力得以缓解。事实上，据专家预测，通过这种方式，可节省高达20%的电能。

　　与此同时，楼宇内配备的小型热电联产电厂，今后也能被更好地纳入电力系统。“在用电高峰期，热电联产电厂可将电力输入电网，而废热则馈入当地储热系统或建筑物内的供暖设施。”德国弗赖堡弗劳恩霍夫太阳能系统研究所的Christoff Wittwer这样预测，“而储存起来的热量随后可供居民使用。”

　　事实上，用于储热目的且隔热效果极佳的水箱目前已上市，而基于相变的储热技术则尚处于研发阶段。举例来说，可将余热用于融化盐块。随后，当热量需求上升时，融化的盐块即可释放储存的热量，并凝结成块。这种蓄热方式可产生极高的效益。“这类热电联产电厂的整体效率可达到90%以上”，Wittwer进一步指出，“就初级能源而言，与那些不利用废热的大型矿物燃料发电厂相比，生产率高出了一大截。”

　　需求管理。反过来，消费者也可以在用电高峰期有选择性地关掉某些设备，以减轻电网负担，而其中的关键在于了解什么时候电费较低。举例来说，洗衣机与烘干机就可以在电价更为便宜的夜间使用。但是到底如何确定费率最优惠的时段呢？“现在的很多家用电器都支持通过输电线信号来确定，而开关机时间则可以通过智能电表进行控制。”Dragon解释道。

　　在这种情况下，电力公司就能够在自己的网络范围内实现需求管理。与此同时，这种方式还有助于电力公司避免高峰负荷突现的情况——例如，当众多用户同时启用家用电器时。

　　不过，用户将不得不同意由电力公司根据电网负载来打开或关闭他们的家用电器——当然，前提条件是用户可以节省用电开支。最终，通过以24小时为周期的平衡用电需求实现负荷曲线的平滑，用户与电力公司从而双双受益。不过，这样做的挑战在于，如何实现建筑物子系统之间的协调，以及如何控制它们与周围环境之间的接驳。换言之，就是要将所有孤立的解决方案整合在一起。

　　“这绝非易事，因为这些系统已经独立存在多年，因此我们需要相应的接口，以实现各控制系统之间的接驳。”Dragon解释说。

　　目前，西门子楼宇科技正致力于推出“整体楼宇解决方案（TBS）”——一款旨在解决这一难题的软件解决方案。各种各样的系统，包括楼宇控制和安防、供暖、通风、空调、制冷、室内自动化、配电、消防和防盗、门禁以及视频监控等，都将集成于这个解决方案中。

　　“只有在所有这些系统完全协调的情况下，它们的经济性才能得以充分实现。”Dragon进一步指出，“不管是在体育场、综合办公楼、医院、酒店、工业园区或是购物中心，TBC都能确保楼宇的高效运行、用户的绝对安全以及能源的优化使用。"

　　巨大的节能潜力。利用电力公司与用户之间的智能联网，可实现的节能目标取决于具体情况。不过，专家普遍认为，20%至25%的节能目标比较切实可行。“节能潜力随建筑物的类型而异，”Dragon如此解释道，“购物中心的节能潜力通常可高达50%，写字楼介于20%至30%之间，而医院则为5%至10%。”这些差异主要取决于建筑物的用途。以欧洲为例，当地许多购物中心每天开放时间通常为10至12个小时，且逢周日休息。但医院则不同，必须全天候地运转。“这就是为什么医院节能空间不大的原因。同样地，写字楼的暖气可以关，但医院仍然行不通。”Dragon补充道。

　　先进技术不仅能够帮助热带和温带地区实现节能，在严寒地区同样也能够发挥成效。以瑞士阿尔卑斯俱乐部新建的罗萨山小屋（Monte-Rosa Hut）为例。这幢座落于海拔2,883米的建筑将在很大程度上实现自给自足——这还得归功于西门子提供的先进楼宇技术与组件。楼宇的电力平常将由光伏系统提供，而配备的热电联产机组将能提供应急电力。

　　为了最大限度地提高能源效率，该建筑的控制系统将根据天气预报及预定信息，对电力与供暖系统以及储能与用电需求进行协调。与此同时，控制系统还将采用巧妙的算法，定期计算出最佳的终点温度，以求以最少的资源消耗来实现舒适的室内环境，从而杜绝能源浪费。