安特卫普大学的新建大楼整合了楼宇自动化系统，以提高能源效率
如果您让一支初露头角的电气和土木工程师团队实施他们自己新建大楼的楼宇自动化系统，他们往往能够实现一套具有创新意义且技术先进的解决方案。比利时安特卫普大学格罗恩堡校区的“Z”字形大楼走的就是这条路线。大楼被设计成具有高可持续性的“被动式节能建筑”，采用了配备有先进的 HVAC 控制的智能化楼宇管理系统。楼宇自动化平台的核心部分是一台倍福 CX2020 嵌入式控制器，控制约 4000 个 I/O 点。此外，基于 PC 的控制架构具备的良好开放性使得初露头角的工程师们能够将这栋大楼当作一个“现实生活实验室”。
安特卫普大学的机电工程与建筑学学士学位课程重点研究领域是能源效率和可持续发展。因此，应用工程科学学院在建造新的“Z”字形大楼时，自然会实施创新和节能的方案。该栋大楼是按照欧洲标准建造的被动式节能建筑，可以充分利用大楼本身优异的隔热性能并使用热交换器避免通风造成的热损失，无需使用传统的建筑采暖方式。该栋大楼在设计方面的独到之处在于，其中安装的大部分楼宇设备都是透明可见的，因此该栋大楼既可以作为学生的研究对象，也可以作为学生的研究项目。
负责实施楼宇自动化技术的系统集成商 Fixsus 还将利用在“Z”字形大楼中采集到的数据对系统进行进一步的优化，以便用于未来的项目。“例如，我们使用这些数据进一步改进我们开发的软件中的控制系统和算法。”Fixsus 公司董事总经理 Koen Verschuere 解释道。为了实现这一目标，需要在长达 10 年的时间内，每三秒钟记录一次大楼中的所有测量值（超过 1500 个）。
被动式节能建筑原理结合集成式楼宇自动化系统，最大限度地提高能效
“过去，我们开展了以顺应全球气候变化为主题的研究项目，期间我们问自己，‘如何在考虑投资成本的同时有效地平衡高舒适度和低能耗？’”安特卫普大学能源系讲师兼发言人 Eddy Janssen 说道。“正如大量仿真结果所表明的那样，使用基于测量值调节空气流通的方式单独控制每个房间的方案最适合用于实现我们的目标。”这一原理已在 2016 年 6 月启用的格罗恩堡校区的“Z”字形大楼中成功实施。其中所实施的房间自动化要广泛得多：包括照明和遮阳、开窗和通风，以及采暖和降温。功能范围还包括蓄热以及通过开窗自然降温。
“控制器对于实现被动式节能建筑方案起着决定性作用。”Ivan Verhaert 教授补充道。 “例如，如果希望通过打开窗户最大限度地利用气流自然散热，则必须在极端情况下增加空气流通，即使在脉冲风扇关闭的情况下也是如此。对于供暖，通过让控制器提前进行计算，可以充分利用室内热增益。”
由于大楼内采用了大量的采暖和降温技术，因此控制要求更加复杂。除了两台用于吸收峰值热量的传统燃气锅炉之外，系统还可以利用六管热泵、燃气吸收式热泵、缓冲油缸、地热探测场和干冷器。Eddy Janssen 还提到了“废弃物管理层次”，该原理适用于可持续废弃物管理。首先是避免产生废弃物，其次是重复利用，然后是回收，最后是焚烧。在转化为建筑物降温方面，这意味着：首先，通过遮阳和经济地使用照明避免建筑物升温；然后，将夜间的冷空气用于空调；接下来是热回收等等。
独立房间控制助力提高舒适度
一台倍福 CX2020 嵌入式控制器用作楼宇自动化系统的中央控制器。“Fixsus 理念中不再存在分布式智能方案。这意味着整个系统逻辑全部集成在中央控制器中。“CPU 通过 EtherCAT 与 89 个分布式 I/O 站（每个房间 1 个）连接，总共有 700 多个 I/O 模块。”来自 Fixus 公司的 Tim Verheyden 解释道。但测量的体量要大得多，需要采集每个房间内的温度、相对湿度、二氧化碳含量、挥发性有机化合物（VOC）浓度、CO 值、光照强度以及红外辐射强度等各项测量值。对红外辐射强度进行测量后，甚至能够对感知到的室温进行系统计算，这是一个重要的变量，可以通过适当的控制提高舒适度。
调节室内气候所需的所有测量值都收集在 Fixsus 研发的 TP10 模块中。这款结构紧凑的装置大约有一只电灯开关大小，设有 10 个传感器按键，可由用户自由编程。“TP10 与 PLC 的一个数字量输入和一个数字量输出相连，通过它可以每隔 0.2 秒从 TP10 的 512 个寄存器中查询到一个值，这需要使用高速 I/O，当然，这对倍福来说不是问题。如果设备出现故障，可以轻松更换，无需调整编程或配置。”Koen Verschuere 解释道。
大幅提升灵活性和系统开放性
“楼宇自动化项目中仍然经常使用封闭式系统，这可能会导致问题，尤其是在必须更换组件时。而采用倍福的开放式楼宇自动化系统，我们可以在不中断应用程序运行的情况下更换或添加组件。所有逻辑都位于 PLC 中，这样可以让系统在调整和扩展外设时具有最大的灵活性。”倍福楼宇自动化、基础设施和能源行业经理 Johny Vangeel 说道。例如，传统楼宇管理系统中的一个典型问题是，用于监测和数据管理的软件在单独的 PC 上运行。硬件和软件组件之间迟早会出现冲突，例如，当新版本不再与旧系统通信时。“而采用倍福基于 PC 的控制器后，所有任务都在同一个 CPU 上完成，硬件的新开发对软件不会产生影响。”Vangeel 说道。
开放式系统的另一个优点是，用户可以自行调整软件。而传统控制系统的管理人员必须联系提供系统的系统集成商才能进行更改。但是，如果用户是专门研究气候和建筑管理的教授或学生，那就完全不同了。现在，安特卫普大学在其工程课程中定期规划这些项目，在其中使用大学自有建筑的测量值，或者在控制器上测试新算法。因此可以绕过每个控制回路，然后使用手动操作或新的软件模块代替。楼宇控制器的所有数据都存储在存储卡上，因此，在日后需要时，只需更换存储卡即可轻松恢复原来的操作条件。
“在建筑管理方面，大家比较关注可持续性，但有一个方面经常会被遗忘，那就是系统只有在可以大规模复制和使用的情况下才具有可持续性。系统还必须能够随着新的要求和发现而发展。这对我们来说是一个重要的标准，也是我们选择基于 PC 的 Fixsus 自动化解决方案的决定性因素。”Eddy Janssen 最后说道。