主動(dòng)節(jié)電技術(shù)在高層辦公樓中的應(yīng)用

張秀春

（半島都市報(bào)社，山東 青島 266071）

1 主動(dòng)節(jié)電技術(shù)概述

主動(dòng)節(jié)電方式是指利用與暖通設(shè)備、電器設(shè)備等的有效配合來優(yōu)化建筑物傳統(tǒng)情況下采用的被動(dòng)節(jié)電技術(shù)的一種有效方式。建筑物采用主動(dòng)節(jié)電技術(shù)不僅可充分運(yùn)用機(jī)械電器設(shè)備，而且可合理、有效運(yùn)用機(jī)電自動(dòng)檢測系統(tǒng)和高效節(jié)電材料等進(jìn)行建設(shè)物的節(jié)電優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過結(jié)合被動(dòng)節(jié)電技術(shù)精準(zhǔn)控制室內(nèi)環(huán)境提高舒適性，同時(shí)有效降低建筑物的總體能耗[1]。

2 辦公建筑的節(jié)電潛力分析

2.1 辦公建設(shè)用電系統(tǒng)組成

一般情況下，建筑物的用電系統(tǒng)由供電、配電、用電及測控設(shè)備四部分組成。通常，辦公樓大部分的電力消耗源于用電設(shè)備，占消耗總量的95%左右。剩余5%的消耗由配電設(shè)備損耗導(dǎo)致，包括變壓器電力損耗、電纜和電線的電力損耗及其他控制裝置導(dǎo)致的電力損耗。變壓器電力損耗占辦公樓電力損耗的3%，各類控制裝置的電力損耗占辦公樓電力損耗的2%左右[2]。

2.2 針對(duì)用電設(shè)備的節(jié)電潛力分析

根據(jù)辦公樓用電能耗的常用用途，將辦公樓用電設(shè)備分為4個(gè)方面——照明插座設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備及其他用電設(shè)備。其中，照明插座設(shè)備包括室內(nèi)照明與插座、公共區(qū)域照明、應(yīng)急照明及室外景觀照明設(shè)備；空調(diào)設(shè)備包括熱冷站和空調(diào)末端，具體可分為冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻塔、冷凍水泵、熱水循環(huán)泵、鍋爐、空調(diào)箱、新風(fēng)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管、空調(diào)區(qū)域的通排風(fēng)設(shè)備及分體式空調(diào)器等；動(dòng)力系統(tǒng)電耗包括電梯、水泵、非空調(diào)區(qū)域的通排風(fēng)設(shè)備、特殊電耗、電子信息機(jī)房及廚房餐廳等。

高層辦公樓的主要電力消耗是用電設(shè)備，尤其是四季溫差較大的地區(qū)，空調(diào)用電和照明用電消耗大，占到總用電量的80%，而其余20%用電量的消耗來自電梯、水泵及其他設(shè)備[3]。

2.3 針對(duì)配電損耗的節(jié)電潛力分析

高層辦公樓要維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，基礎(chǔ)的電力消耗無法避免，如配電損耗、變壓器及電線損耗等。因此，需對(duì)電力損耗設(shè)備采取相應(yīng)的節(jié)電措施，盡可能減少損耗量。例如，高層辦公樓在選擇變壓器設(shè)備時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體需要進(jìn)行選擇，盡可能提升變壓器的性價(jià)比，達(dá)到有效節(jié)電的目標(biāo)。同時(shí)，高層辦公樓在選擇配電電纜設(shè)備時(shí)，應(yīng)在明確導(dǎo)線的電流密度后確定導(dǎo)線的截面設(shè)計(jì)，以便于更好地設(shè)置主動(dòng)節(jié)能方案。

3 主動(dòng)節(jié)電技術(shù)在高層辦公樓應(yīng)用的總體設(shè)計(jì)

3.1 主動(dòng)節(jié)電技術(shù)在高層辦公樓應(yīng)用的目標(biāo)設(shè)定

首先，設(shè)定環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)。本質(zhì)上說，任何建筑物都是為人提供服務(wù)的。因此，在設(shè)計(jì)建筑物或者改造建筑物時(shí)，應(yīng)以提高人的整體舒適度為出發(fā)點(diǎn)，提高建筑物的空氣質(zhì)量和環(huán)境舒適度。在主動(dòng)節(jié)電改造中，高層辦公樓主要通過聲、光、溫濕度及CO2濃度等指標(biāo)判斷環(huán)境質(zhì)量。

其次，設(shè)置節(jié)電指標(biāo)。明確高層辦公樓一年的節(jié)電指標(biāo)后，根據(jù)現(xiàn)有的用電設(shè)備情況采用主動(dòng)節(jié)電技術(shù)[4]。

3.2 主動(dòng)節(jié)電技術(shù)在高層辦公樓應(yīng)用的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

當(dāng)前技術(shù)下，電量計(jì)量和設(shè)備監(jiān)控一般采用基于云計(jì)算的軟件平臺(tái)和基于物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，均需利用智能化的集成技術(shù)。系統(tǒng)的架構(gòu)主要包括底層的設(shè)備層、中間的網(wǎng)絡(luò)層和上層的管理層。高層辦公樓可結(jié)合自身使用情況，將管理層放到云端。高層辦公樓主動(dòng)節(jié)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要的創(chuàng)新意義，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：（1）有效打破了傳統(tǒng)情況下采用被動(dòng)節(jié)電技術(shù)的結(jié)構(gòu)定式，采用主動(dòng)節(jié)電方式；（2）充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析和改造高層辦公樓用電能耗設(shè)備，最大程度降低用電損耗；（3）運(yùn)用能源管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)云計(jì)算的充分運(yùn)用，從而滿足高層辦公樓用電的管理控制，并達(dá)到主動(dòng)節(jié)電的目標(biāo)。

3.3 核心技術(shù)和設(shè)備的選擇

第一，選擇遠(yuǎn)程測控設(shè)備。高層辦公樓應(yīng)將能源測控單元設(shè)置為主要的測控設(shè)備，具備較強(qiáng)的控制功能，可有效獲取、傳輸、處理及分析辦公樓用電設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)。通過采用智能測控單元可有效收集、整理及傳輸數(shù)據(jù)，更加針對(duì)化地分類存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)，有助于管控平臺(tái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

第二，選擇無線通信技術(shù)。高層辦公樓選用Zigbee通信方式，以實(shí)現(xiàn)低成本、低功耗及高效率的數(shù)據(jù)信息傳輸。由于Zig Bee通過自組織網(wǎng)通信方式運(yùn)轉(zhuǎn)，可采用動(dòng)態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，更加切實(shí)、有效地處理在具體運(yùn)行中出現(xiàn)的通信障礙和數(shù)據(jù)傳輸問題。

第三，選擇就地控制開關(guān)。高層辦公樓要達(dá)到主動(dòng)節(jié)電的目標(biāo)，需從辦公樓使用人員的開關(guān)操作習(xí)慣出發(fā)，改造和安裝開關(guān)，促使其不僅節(jié)電而且具備物聯(lián)網(wǎng)能力。高層辦公樓可設(shè)置無線綠源開關(guān)，針對(duì)辦公樓不同的使用場景予以開關(guān)控制。由于無線開關(guān)內(nèi)置電動(dòng)能源生成器，可根據(jù)開關(guān)運(yùn)行需求轉(zhuǎn)換能量。該設(shè)備屬于智能遙控設(shè)備，不需要導(dǎo)線和電池。無線開關(guān)均配備相應(yīng)的ID碼，不僅可實(shí)現(xiàn)一個(gè)開關(guān)控制多個(gè)負(fù)載，而且可實(shí)現(xiàn)多個(gè)開關(guān)控制一個(gè)負(fù)載。一個(gè)無線開關(guān)最大情況下可同時(shí)控制8個(gè)負(fù)載，有效降低了開關(guān)安裝的人力和物力成本。

3.4 節(jié)電策略設(shè)計(jì)

相同的用電設(shè)備在不同的狀況下有不同的使用需求。因此，針對(duì)高層辦公樓多樣化的用電需求，設(shè)置多元化的用電管理模式。照明用電設(shè)備包括走廊照明和應(yīng)急照明設(shè)備，可采取按需用電和待機(jī)用電策略。工作照明設(shè)備可采用定時(shí)用電、按需用電和待機(jī)用電相結(jié)合的策略。插座用電設(shè)備包括飲水機(jī)、打印機(jī)及繪圖機(jī)等設(shè)備，可采取定時(shí)用電和待機(jī)用電策略。辦公計(jì)算機(jī)采用按需用電策略?？照{(diào)用電設(shè)備包括全空氣機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組及風(fēng)機(jī)盤管，可采用定時(shí)用電、按需用電和待機(jī)用電相結(jié)合的策略。特殊用電設(shè)備如夜景照明燈具，可采取按需用電策略。

4 主動(dòng)節(jié)電技術(shù)在高層辦公樓應(yīng)用后的節(jié)電效果分析

某高層辦公樓自2017年1月實(shí)施了主動(dòng)節(jié)電技術(shù)。通過數(shù)據(jù)對(duì)比可知，高層辦公樓采用主動(dòng)節(jié)電措施后，節(jié)電效果明顯。具體地，2016年1～3月辦公樓總用電量為16 971.4 kW·h，2017年1～3月辦公樓總用電量為10 449.9 kW·h。2017年1～3月的用電量與去年同期相比，三個(gè)月總電量下降6 521.5 kW·h，下降了38.4%。其他用電設(shè)備的用電量也下降明顯，其中插座設(shè)備主動(dòng)節(jié)電1 689.1 kW·h，下降了26.93%；照明設(shè)備節(jié)電1 154.6 kW·h，下降了30.75%；空調(diào)設(shè)備節(jié)電3 835.8 kW·h，下降了65.26%。因此，高層辦公樓采用主動(dòng)節(jié)電技術(shù)后，取得了較好的節(jié)電效果[5]。

5 結(jié) 論

綜上所述，高層辦公樓中的主要用電包括空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備及辦公用電。通過對(duì)比采用主動(dòng)節(jié)電技術(shù)前后的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，空調(diào)用電節(jié)電效果最好，有效節(jié)電50%以上，照明及辦公用電可節(jié)電達(dá)30%左右。辦公樓整體用電可節(jié)省30%左右，節(jié)電效果顯著，同時(shí)有效降低了插座、空調(diào)等設(shè)備用電量。因此，在高層辦公樓中采用主動(dòng)節(jié)電技術(shù)是有效的。