弱電智能化系統(tǒng)工程的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

[摘 要]文章介紹了弱電智能化系統(tǒng)工程的相關(guān)內(nèi)容，探討了節(jié)能技術(shù)在弱電智能化系統(tǒng)工程中的具體應(yīng)用，分析了弱電智能化系統(tǒng)工程節(jié)能技術(shù)的實(shí)施與管理，以期為相關(guān)人員提供參考。

[關(guān)鍵詞]弱電智能化系統(tǒng)；節(jié)能技術(shù)；通信網(wǎng)絡(luò)；安防監(jiān)控；建筑設(shè)備自動(dòng)化

[中圖分類號(hào)]TN912.34 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2024）12–0067–03

Application of Energy-saving Technology in Weak Current Intelligent System Engineering

QIN Ling

[Abstract]The article introduces the relevant content of weak current intelligent system engineering， explores the specific application of energy-saving technology in weak current intelligent system engineering， analyzes the implementation and management of energy-saving technology in weak current intelligent system engineering， in order to provide reference for relevant personnel.

[Keywords]weak current intelligent system； energy saving technology； communication network； security monitoring； building equipment automation

1 弱電智能化系統(tǒng)工程概述

1.1 弱電智能化系統(tǒng)的組成和功能

弱電智能化系統(tǒng)已成為現(xiàn)代建筑的重要組成部分，主要包括3個(gè)核心部分：①通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其通過(guò)路由器、交換機(jī)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸和信息共享，保障建筑內(nèi)外的順暢通信。②安防監(jiān)控系統(tǒng)。其由監(jiān)控?cái)z像頭、傳感器和報(bào)警裝置等組成，不僅提供實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，還具備入侵檢測(cè)和訪問(wèn)管理功能，確保建筑的安全和保護(hù)。③建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)。其整合了空調(diào)、燈光、電梯等設(shè)備，通過(guò)智能控制策略和傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和設(shè)備優(yōu)化操作，提高建筑效率和用戶舒適度。

1.2 弱電智能化系統(tǒng)的能耗特點(diǎn)和影響因素

弱電智能化系統(tǒng)的能源消耗具有多樣性和復(fù)雜性，不同子系統(tǒng)的能耗來(lái)源和影響因素各不相同。通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能耗主要集中在交換機(jī)和路由器等設(shè)備上，這些設(shè)備在高負(fù)荷時(shí)能耗顯著增加，而在低負(fù)荷或閑置時(shí)則能效較低。安防監(jiān)控系統(tǒng)的能耗主要來(lái)源于攝像頭和視頻設(shè)備，特別是全天候工作的高清攝像頭和長(zhǎng)期視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)，其電力消耗較大。建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的能耗則依賴于空調(diào)、燈光、電梯等設(shè)備的運(yùn)行模式，智能控制系統(tǒng)可以通過(guò)優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行來(lái)減少能耗。此外，設(shè)備老化、維護(hù)不當(dāng)及使用環(huán)境的變化也可能對(duì)能耗產(chǎn)生負(fù)面影響。

2 節(jié)能技術(shù)在弱電智能化系統(tǒng)工程中的具體應(yīng)用

2.1 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用

2.1.1 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗

優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能耗需要先選擇高效能的設(shè)備。例如，選擇獲得80 PLUS認(rèn)證的電源供應(yīng)模塊（PSU），其能效水平可以達(dá)到80%或更高，相比傳統(tǒng)電源，能節(jié)省20%～30%的能源消耗。以思科Catalyst 9000系列交換機(jī)為例，其在高負(fù)荷下的功耗可達(dá)250 W，而在低負(fù)荷下的功耗為150 W。通過(guò)合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的布局，如在低流量時(shí)段關(guān)閉不必要的設(shè)備，可以進(jìn)一步降低能耗。假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)中心配備了10臺(tái)交換機(jī)，每天低負(fù)荷運(yùn)行10 h，每臺(tái)交換機(jī)在低負(fù)荷時(shí)節(jié)省的能耗為：每日節(jié)省的能耗=（高負(fù)荷功耗–低負(fù)荷功耗）×低負(fù)荷時(shí)間=1 kW·h。因此，整個(gè)數(shù)據(jù)中心每天節(jié)省的能耗為10 kW·h。

此外，動(dòng)態(tài)能耗管理技術(shù)也是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗的關(guān)鍵。例如，英特爾的SpeedStep技術(shù)可以根據(jù)處理器的負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)整頻率和電壓，從而降低能耗。利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，可以將多個(gè)設(shè)備的功能整合到1臺(tái)虛擬機(jī)上，大幅減少實(shí)際設(shè)備數(shù)量，從而降低能耗。例如，通過(guò)虛擬化將10臺(tái)物理服務(wù)器整合成1臺(tái)虛擬機(jī)，能減少約90%的設(shè)備能耗。

2.1.2 采用綠色通信協(xié)議

綠色通信協(xié)議旨在降低能源消耗的同時(shí)，確保通信質(zhì)量。IEEE 802.3az標(biāo)準(zhǔn)是一種綠色通信協(xié)議，其通過(guò)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作模式來(lái)降低能耗。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處于空閑狀態(tài)時(shí)，會(huì)切換到低能耗模式；當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸需求時(shí)，這些設(shè)備會(huì)迅速恢復(fù)到正常工作模式，從而減少不必要的能耗。

此外，使用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）可以實(shí)現(xiàn)流量控制的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。SDN控制器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量和設(shè)備狀態(tài)，根據(jù)流量變化動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備的操作模式。例如，在應(yīng)用場(chǎng)景中，SDN控制器可以根據(jù)服務(wù)器負(fù)荷情況靈活調(diào)度，使某些服務(wù)器在負(fù)荷較低時(shí)進(jìn)入休眠模式，從而降低數(shù)據(jù)中心的總體能耗。

2.2 安防監(jiān)控系統(tǒng)中的節(jié)能措施

2.2.1 智能監(jiān)控與休眠模式

智能監(jiān)控系統(tǒng)采用休眠策略來(lái)節(jié)省能源。若監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到?jīng)]有活動(dòng)，攝像機(jī)可以自動(dòng)切換到低能耗模式。例如，裝有運(yùn)動(dòng)檢測(cè)傳感器的攝像設(shè)備在沒(méi)有檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以降低圖像分辨率或暫停錄像，從而節(jié)約能源。假設(shè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)攝像頭的功率消耗為20 W，進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)僅為5 W，每日休眠12 h，節(jié)能計(jì)算公式為：每日節(jié)省的能耗=（正常功耗–休眠功耗）×休眠時(shí)間=0.18 kW·h。

定時(shí)設(shè)置功能也是智能監(jiān)控系統(tǒng)中的重要節(jié)能策略。用戶可以預(yù)設(shè)攝像頭的運(yùn)行時(shí)間，在無(wú)需監(jiān)視的時(shí)段自動(dòng)關(guān)閉設(shè)備。例如，在夜晚或非工作時(shí)間，非核心區(qū)域的攝像頭可以切換到待機(jī)或關(guān)閉模式。這一技術(shù)在實(shí)際操作中，通?？梢越档?0%～30%的能耗。此外，智能電源管理系統(tǒng)可以根據(jù)攝像頭的工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整電源供應(yīng)，進(jìn)一步減少能耗。

2.2.2 低功耗攝像設(shè)備

采用低功耗攝像設(shè)備是安防監(jiān)控系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵節(jié)能措施。相比傳統(tǒng)的白熾燈光源攝像頭，LED光源攝像頭的能效更高，功耗通常在5～10 W，而傳統(tǒng)攝像頭的功耗為15～30 W。此外，選擇搭載高效傳感器和處理功能的攝像設(shè)備也能顯著減少能耗。例如，與CCD傳感器相比，CMOS傳感器攝像頭具有更高的能效，能耗減少可達(dá)20%～30%。

市場(chǎng)上有許多低功耗攝像設(shè)備可供選擇。以?？低曂瞥龅牡湍芎臄z像頭系列為例，該系列攝像頭的功耗僅為普通攝像頭的1/2，每個(gè)攝像頭的功耗在6～8 W。此外，這些低功耗攝像設(shè)備還搭載了如H.265這樣的先進(jìn)視頻壓縮算法，在保證視頻質(zhì)量的同時(shí)，顯著降低了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸所需的能耗。在實(shí)際應(yīng)用中，與H.264技術(shù)相比，H.265視頻壓縮技術(shù)可以大幅減少約50%的存儲(chǔ)需求和帶寬，從而進(jìn)一步降低能耗。

2.3 建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的節(jié)能策略

2.3.1 空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)的智能控制

智能控制方法在空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠顯著提高能效水平。例如，利用環(huán)境傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度和濕度，可以實(shí)現(xiàn)高度精確的溫度控制。智能化空調(diào)系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷和制熱能力，避免過(guò)度制冷或制熱。采用智能控制方法，如VRV空調(diào)技術(shù)，可以通過(guò)精確控制各個(gè)區(qū)域的溫度和濕度，使能耗比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)降低15%～25%。

智能通風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化通風(fēng)和運(yùn)行時(shí)間，確保在提供舒適度的同時(shí)減少能源消耗。例如，運(yùn)用需求控制通風(fēng)（Demand–Controlled Ventilation，以下簡(jiǎn)稱“DCV”）技術(shù)，可以根據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)通風(fēng)情況，從而達(dá)到節(jié)能目的。當(dāng)DCV技術(shù)檢測(cè)到室內(nèi)CO2濃度降低時(shí)，該系統(tǒng)可以縮減通風(fēng)量，從而減少風(fēng)機(jī)的能耗。此外，為了進(jìn)一步提高能源效率，智能控制系統(tǒng)還可以調(diào)整通風(fēng)設(shè)備的工作時(shí)間。

2.3.2 電梯的節(jié)能運(yùn)行模式

電梯系統(tǒng)的節(jié)能方法包括優(yōu)化電梯的運(yùn)行調(diào)度和采用再生制動(dòng)技術(shù)。智慧調(diào)度技術(shù)旨在通過(guò)改進(jìn)電梯的操作路線與調(diào)度策略，縮短空載運(yùn)行和等待時(shí)間，從而減少總體能耗。例如，采用分組調(diào)度的方式可以提高電梯的運(yùn)行效率并減少能耗。以智能電梯調(diào)度系統(tǒng)（圖1）為例，其可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電梯的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化調(diào)度策略，從而顯著減少電梯的能源消耗。

再生制動(dòng)技術(shù)使電梯在下降時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力能夠回流至電網(wǎng)，從而減少能源的使用。例如，奧的斯公司的ReGen驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)利用再生制動(dòng)技術(shù)，將電梯下降時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并回饋至電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)能量回收。若每次電梯下降能回收5 kW·h的能量，每天下降20次，那么每日節(jié)約的能量為：

每日節(jié)省的能耗=每次下降能量回收×每天下降次數(shù)=100 kW·h。

另外，定期維護(hù)電梯系統(tǒng)以確保其良好工作狀態(tài)是節(jié)省能源的有效方法，同時(shí)也能保持電梯的高效運(yùn)行。例如，定期更換電梯的部件并確保其平穩(wěn)運(yùn)行，可以避免因設(shè)備老化導(dǎo)致的能耗增加。

3 弱電智能化系統(tǒng)工程節(jié)能技術(shù)的實(shí)施與管理

3.1 節(jié)能方案的規(guī)劃與設(shè)計(jì)

在制訂節(jié)能策略的初期，需要先進(jìn)行深入的能源效率評(píng)估，以識(shí)別系統(tǒng)中的主要能耗區(qū)域。對(duì)于弱電智能化系統(tǒng)項(xiàng)目，如通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)和建筑自動(dòng)化系統(tǒng)，建議使用EnergyPlus等建筑能量消耗模擬軟件。該軟件可為不同的設(shè)計(jì)項(xiàng)目建立模型，并估算其能源消耗水平。例如，可以通過(guò)模擬各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)和照明設(shè)計(jì)，評(píng)估它們對(duì)總體能耗的影響。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮如何采用高效設(shè)備和節(jié)能策略，如80 PLUS認(rèn)證電源、LED照明設(shè)備和高效空調(diào)系統(tǒng)，以減少整體能源消耗。在節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)具體工程需求，確定詳細(xì)的節(jié)能目標(biāo)和具體措施。例如，在設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)合理規(guī)劃設(shè)備布局，選擇支持動(dòng)態(tài)功率控制和綠色通信協(xié)議的設(shè)備。

在建筑自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)整合智能控制系統(tǒng)，優(yōu)化空調(diào)和照明的工作效率。例如，通過(guò)使用基于占用傳感器的智能控制系統(tǒng)，可以在無(wú)人區(qū)域自動(dòng)減少燈光和空調(diào)的功率，從而顯著節(jié)能。

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，還需密切關(guān)注節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，可以通過(guò)調(diào)整能效比（EER）和性能系數(shù)（COP）等關(guān)鍵參數(shù)，確保設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)高效又具有技術(shù)實(shí)用性。

3.2 施工過(guò)程中的節(jié)能技術(shù)管理

在施工過(guò)程中，節(jié)能技術(shù)的管理不僅涉及工地的能源消耗控制，還包括技術(shù)實(shí)施的監(jiān)督和監(jiān)控。在建筑項(xiàng)目施工過(guò)程中，建議選擇節(jié)能建筑設(shè)備，如電動(dòng)施工機(jī)械而非柴油驅(qū)動(dòng)機(jī)械，以降低工地的能源使用。此外，應(yīng)根據(jù)施工要求優(yōu)化設(shè)備的使用周期和功率分配。例如，在大規(guī)模建筑現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)實(shí)施施工設(shè)備的集成方案和動(dòng)態(tài)調(diào)度安排，可以顯著減少設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間閑置的現(xiàn)象，從而減少總體能源消耗。

在具體技術(shù)實(shí)施環(huán)節(jié)，對(duì)施工計(jì)劃必須進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)審查和監(jiān)管，確保節(jié)能技術(shù)符合設(shè)計(jì)規(guī)范。例如，在安裝弱電系統(tǒng)時(shí)，必須確保網(wǎng)絡(luò)設(shè)備布局符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，并正確配置節(jié)能措施。為確保系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)節(jié)能目標(biāo)，還需定期進(jìn)行能效檢驗(yàn)和技術(shù)調(diào)整。

施工完畢后，應(yīng)對(duì)整個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行詳細(xì)的節(jié)能分析，發(fā)現(xiàn)能效偏差并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整施工計(jì)劃和設(shè)備，以最大化節(jié)能效果。

3.3 運(yùn)行維護(hù)中的節(jié)能監(jiān)測(cè)與優(yōu)化

在運(yùn)行和維護(hù)階段，能源監(jiān)測(cè)和優(yōu)化的關(guān)鍵在于持續(xù)追蹤系統(tǒng)的能效表現(xiàn)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)調(diào)整。首要任務(wù)是構(gòu)建一個(gè)完善的能效監(jiān)控系統(tǒng)，這可以通過(guò)配置智能能量消耗監(jiān)測(cè)儀器，如能量檢測(cè)器和數(shù)據(jù)采集裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)弱電系統(tǒng)能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。例如，在監(jiān)控系統(tǒng)中，可以利用傳感器的數(shù)據(jù)分析功能實(shí)時(shí)監(jiān)控各設(shè)備的能耗波動(dòng)，并找出可能的能源效率問(wèn)題。此外，還可以利用BMS系統(tǒng)等能效管理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，生成能耗統(tǒng)計(jì)，并提供改進(jìn)建議。

為了實(shí)現(xiàn)持續(xù)的節(jié)能優(yōu)化，應(yīng)定期對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行能源效率審查并進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。例如，在安保監(jiān)控系統(tǒng)中，可以根據(jù)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)分析，適時(shí)調(diào)整攝像頭的工作方式，如激活智能休眠機(jī)制，以降低不必要的能源消耗。同時(shí)，應(yīng)及時(shí)更新和維護(hù)節(jié)能技術(shù)，包括軟硬件的升級(jí)和替換，以提升系統(tǒng)的總體效能。此外，定期對(duì)運(yùn)維團(tuán)隊(duì)進(jìn)行培訓(xùn)，增強(qiáng)他們對(duì)節(jié)能工藝的認(rèn)識(shí)和實(shí)施技巧，從而確保節(jié)能策略得到有效實(shí)施。

4 結(jié)束語(yǔ)

在弱電智能化系統(tǒng)中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)能夠顯著提升建筑的能源利用效率，并降低能耗，這具有重要的實(shí)際意義。通過(guò)改進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)、安全監(jiān)控及建筑設(shè)備自動(dòng)化的能源消耗，并引入高效設(shè)備及智能控制技術(shù)，可以明顯減少整個(gè)系統(tǒng)的能耗。同時(shí)，應(yīng)通過(guò)精心規(guī)劃和設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的建設(shè)管理及持續(xù)的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)，確保節(jié)能手段得以有效執(zhí)行并不斷改善。

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