Analysis and Research of Energy-saving Control in Office

樓云亭

(山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

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Analysis and Research of Energy-saving Control in Office

辦公室節(jié)能控制策略分析研究

樓云亭

(山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

Lighting, sockets, air conditioning and other electrical equipment in office room is the main energy consumption sources in office building. Taking a buildings energy-saving transformation project as an example,a set of energy-saving control system is designed and the effect of energy-saving is evaluated. The results show that under the premise of meeting comfort requirements, the system can achieve better energy-saving effect.Keywords energy-saving control， body sensor， timing control

0 引言

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，辦公室內(nèi)人為因素造成的電能浪費(fèi)大約占整個(gè)建筑用電能耗的20%～30%。雖然“下班請(qǐng)自覺關(guān)燈、關(guān)電腦、關(guān)空調(diào)”等標(biāo)語(yǔ)屢見不鮮，但如果僅指望通過人員自覺而實(shí)現(xiàn)節(jié)能是不切實(shí)際的。再如一些“一刀切”的節(jié)能控制措施(如統(tǒng)一限制空調(diào)的設(shè)定溫度和開啟時(shí)間段)則會(huì)嚴(yán)重影響辦公舒適性。

1 辦公室用電現(xiàn)狀及分析

辦公室內(nèi)的末端耗電設(shè)備主要包括空調(diào)、照明燈具、強(qiáng)電插座，這些設(shè)備普遍存在人為浪費(fèi)情況。

例如，對(duì)于辦公室空調(diào)設(shè)備，在夏天會(huì)把空調(diào)制冷溫度設(shè)置得較低(20～25℃)，而據(jù)某空調(diào)廠家測(cè)算，制冷工況下，溫度每調(diào)高1℃，可節(jié)約10%左右的電能；在冬天會(huì)將溫度調(diào)在24℃以上，而據(jù)測(cè)算，制熱工況下，溫度每調(diào)低2℃，可節(jié)約10%左右的電能。

此外，辦公室內(nèi)飲水機(jī)24h運(yùn)行，嚴(yán)重造成能源浪費(fèi)；辦公室人員在白天光線充足時(shí)仍開著燈工作；下班時(shí)沒有及時(shí)關(guān)閉空調(diào)、燈具、計(jì)算機(jī)等設(shè)備，造成浪費(fèi)。

2 節(jié)能控制方案設(shè)計(jì)

圖1 辦公室平面布置圖

圖2 辦公室南立面布置圖

本方案采用末端智能型插座和智能型控制面板，并配以多種現(xiàn)場(chǎng)傳感器實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。以某一小辦公室為例，該辦公室面積約12m2，感應(yīng)設(shè)備包括人數(shù)計(jì)數(shù)器、紅外人體感應(yīng)傳感器、照度傳感器。末端控制設(shè)備包括空調(diào)控制主機(jī)(自帶溫度傳感器)、強(qiáng)電插座、照明控制設(shè)備，其中照明燈具采用帶有計(jì)量功能的智能型開關(guān)面板，空調(diào)室內(nèi)機(jī)采用帶有計(jì)量功能的智能型溫控面板，強(qiáng)電插座采用帶有計(jì)量功能的智能插座；前端控制設(shè)備包括網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、工作站。辦公室平面布置圖見圖1，立面布置圖見圖2，表1為所涉及到的設(shè)備圖例。 設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)不同的辦公室形狀參照?qǐng)D1、圖2進(jìn)行設(shè)計(jì)，但應(yīng)注意，除人數(shù)計(jì)數(shù)器不受面積和距離影響外，紅外人體感應(yīng)傳感器、照度傳感器感應(yīng)的有效面積≤15m2，最大探測(cè)距離≤5m。另外，室內(nèi)強(qiáng)電設(shè)計(jì)，照明光源單回路宜≤25個(gè)，插座單回路宜≤10個(gè)。

采用總線制連接方式，室內(nèi)通訊主機(jī)采用手拉手方式連接，每個(gè)末端通訊主機(jī)對(duì)應(yīng)唯一的地址編碼，如圖3所示。總線匯總到控制室內(nèi)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，通過一臺(tái)8口交換機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)和工作站連接，并將節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳，系統(tǒng)圖見圖4。

表1 設(shè)備圖例表

圖3 智能控制器“手拉手”連接

圖4 節(jié)能控制系統(tǒng)圖

本改造工程屬省部級(jí)辦公建筑，按國(guó)家及山東省節(jié)能監(jiān)測(cè)相關(guān)技術(shù)性文件要求，建筑物應(yīng)增設(shè)節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因末端采用的是帶有計(jì)量模塊的設(shè)備，系統(tǒng)工作站可兼做節(jié)能監(jiān)測(cè)主機(jī)，因此滿足節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)置要求，實(shí)現(xiàn)空調(diào)、照明用電的分類、分項(xiàng)計(jì)量。

3 節(jié)能控制策略的分析

3.1 控制策略綜述

設(shè)計(jì)方案通過定時(shí)控制、人體感應(yīng)控制、照度感應(yīng)控制(燈具)、溫度感應(yīng)控制(空調(diào))等手段，分別根據(jù)上下班時(shí)間、人員的流通情況以及自然光線情況和室內(nèi)溫度對(duì)照明、空調(diào)、強(qiáng)電插座按一定的控制策略進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3.2 照明控制

首先應(yīng)根據(jù)本單位絕大多數(shù)人員的作息時(shí)間擬定定時(shí)控制范圍，并按照辦公空間區(qū)域的劃分制定不同的控制策略。

在普通員工的辦公室，因人員上下班時(shí)間比較固定，設(shè)置早9點(diǎn)自動(dòng)開燈、晚5點(diǎn)自動(dòng)關(guān)燈即可，另外，結(jié)合人體感應(yīng)控制和照度控制，當(dāng)人員在屋內(nèi)時(shí)，不管有無(wú)動(dòng)作，都可被探測(cè)到。若20 min內(nèi)未檢測(cè)到室內(nèi)有人，則自動(dòng)關(guān)閉相關(guān)區(qū)域的燈具，從而實(shí)現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅。此外, 當(dāng)白天辦公室的自然光照度達(dá)到了照度設(shè)定值時(shí)，即便系統(tǒng)感應(yīng)到有人燈具也不會(huì)打開；當(dāng)自然光照度達(dá)不到設(shè)定值時(shí), 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開本房間相關(guān)區(qū)域的照明燈具；當(dāng)自然光由弱變強(qiáng)時(shí), 系統(tǒng)通過照度傳感器進(jìn)行照度比對(duì)后關(guān)閉部分燈具。

由于在人員不固定的場(chǎng)所(如會(huì)議室、洽談休息區(qū)、領(lǐng)導(dǎo)辦公室等區(qū)域)采用定時(shí)控制無(wú)法確定燈具開啟時(shí)間，反而造成浪費(fèi)，所以無(wú)需采用定時(shí)控制，僅保留人體感應(yīng)控制和照度感應(yīng)控制即可。

3.3 空調(diào)控制

控制策略包含定時(shí)、溫度感應(yīng)和人體感應(yīng)控制，將空調(diào)在上班前開啟、下班后延時(shí)關(guān)閉，時(shí)間可自行設(shè)定與調(diào)整。

結(jié)合人體感應(yīng)控制和溫度控制，30min內(nèi)未檢測(cè)到室內(nèi)有人時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉相關(guān)區(qū)域空調(diào)。本項(xiàng)目設(shè)定空調(diào)自動(dòng)開啟溫度為夏季 30℃及以上、冬季 12 ℃及以下，若手動(dòng)設(shè)定的溫度在夏季低于25℃或在冬季高于21℃，那么5min后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)更正到默認(rèn)值。控制策略見表2(以夏季為例)。

表2 空調(diào)控制策略(夏季)

在人員不固定的場(chǎng)所，則無(wú)需采用定時(shí)控制方式，僅保留人體感應(yīng)控制和溫度感應(yīng)控制，理由與燈具控制相同，避免造成資源浪費(fèi)。

3.4 強(qiáng)電插座控制

強(qiáng)電插座控制包含定時(shí)控制和人體感應(yīng)控制，將智能插座設(shè)定為人員上班時(shí)間自動(dòng)開啟，下班時(shí)間自動(dòng)關(guān)閉(計(jì)算機(jī)插座除外)，通過控制插座的通斷電來控制打印機(jī)、飲水機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行。30min內(nèi)未檢測(cè)到室內(nèi)有人時(shí)，自動(dòng)斷開除計(jì)算機(jī)插座外的所有插座。計(jì)算機(jī)插座的控制可通過控制器直接進(jìn)行調(diào)整，使其不受控。

4 節(jié)能效果對(duì)比

以本樓某辦公室為例, 分別對(duì)不采用節(jié)能控制、單獨(dú)定時(shí)控制、采用定時(shí)控制+人體感應(yīng)控制+照度感應(yīng)三種方案的節(jié)能效果進(jìn)行對(duì)比。

不采用節(jié)能控制：區(qū)域中共包括 36個(gè)熒光燈 (燈具由3個(gè)28W的T5燈管組成)，15W筒燈36個(gè)、92 W空調(diào)機(jī) 9個(gè)、320W電腦11臺(tái)、420W飲水機(jī)4臺(tái)，能耗統(tǒng)計(jì)如表3所示, 按每天計(jì)算，總計(jì)為128 kW·h。

單獨(dú)定時(shí)控制：每天按9點(diǎn)晚5點(diǎn)的 8 h工作時(shí)間對(duì)燈具、空調(diào)機(jī)、插座進(jìn)行定時(shí)控制。比不采用節(jié)能控制的方案少2h工作時(shí)間，其能耗統(tǒng)計(jì)如表4所示，可以看出，相比不采用節(jié)能控制而言，每天的能耗合計(jì)減少到107kW·h，節(jié)能達(dá)到16.4%。

表3 不采用節(jié)能控制的能耗統(tǒng)計(jì)

表4 定時(shí)控制能耗統(tǒng)計(jì)

采用定時(shí)控制+人體感應(yīng)控制+照度感應(yīng)：本設(shè)計(jì)通過與建設(shè)單位協(xié)商，僅在作息不固定區(qū)域設(shè)置人體感應(yīng)控制。作息不固定區(qū)域共有 19組雙管熒光燈、15組筒燈、3臺(tái)空調(diào)室內(nèi)機(jī)、2臺(tái)計(jì)算機(jī)、1臺(tái)飲水機(jī)，以上設(shè)備按每天可減少2 h的用電時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。另對(duì)靠近外窗的區(qū)域采用照度控制，設(shè)定照度值為300lx，超過此標(biāo)準(zhǔn)時(shí)減少燈具開啟數(shù)量，未達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)時(shí)增加燈具開啟數(shù)量。能耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。每天能耗合計(jì)減少至95.7kW·h, 節(jié)能達(dá)到24.5%。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過以上分析并結(jié)合實(shí)際實(shí)施情況可知, 使用定時(shí)控制、人體感應(yīng)控制的同時(shí)結(jié)合照度控制的節(jié)能效果明顯。本文對(duì)于新建辦公樓和改造辦公樓的節(jié)能設(shè)計(jì)，提供了一種行之有效的設(shè)計(jì)思路。

表5 定時(shí)控制+人體感應(yīng)控制+照度感應(yīng)控制能耗統(tǒng)計(jì)

[1] 薛志峰，江億．北京市大型公共建筑用能現(xiàn)狀與節(jié)能潛力分析[J].暖通空調(diào), 2004, 34(9):8-10.

[2] 王遠(yuǎn)，魏慶芃，薛志峰等. 大型公建節(jié)能會(huì)診(三)—調(diào)查分析篇大型公共建筑能耗調(diào)查分析[J].建設(shè)科技，2007(2):17-19.

樓云亭

現(xiàn)任山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司工程師，畢業(yè)于山東建筑大學(xué)，碩士研究生，研究方向?yàn)闄z測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置，現(xiàn)從事電氣設(shè)計(jì)工作。

Lou Yunting

辦公室房間內(nèi)的照明、插座、空調(diào)等末端設(shè)備用電，是辦公建筑的主要電耗。現(xiàn)以某既有建筑的節(jié)能改造工程為例，設(shè)計(jì)了一套節(jié)能控制系統(tǒng)，并對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明，在滿足舒適度要求的前提下，該系統(tǒng)能達(dá)到較好的節(jié)能效果。

節(jié)能控制 人體感應(yīng) 定時(shí)控制