主動節電技術在高層辦公樓中的應用

張秀春

（半島都市報社，山東 青島 266071）

1 主動節電技術概述

主動節電方式是指利用與暖通設備、電器設備等的有效配合來優化建筑物傳統情況下采用的被動節電技術的一種有效方式。建筑物采用主動節電技術不僅可充分運用機械電器設備，而且可合理、有效運用機電自動檢測系統和高效節電材料等進行建設物的節電優化設計，通過結合被動節電技術精準控制室內環境提高舒適性，同時有效降低建筑物的總體能耗[1]。

2 辦公建筑的節電潛力分析

2.1 辦公建設用電系統組成

一般情況下，建筑物的用電系統由供電、配電、用電及測控設備四部分組成。通常，辦公樓大部分的電力消耗源于用電設備，占消耗總量的95%左右。剩余5%的消耗由配電設備損耗導致，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 針對用電設備的節電潛力分析

根據辦公樓用電能耗的常用用途，將辦公樓用電設備分為4個方面——照明插座設備、空調設備、動力設備及其他用電設備。其中，照明插座設備包括室內照明與插座、公共區域照明、應急照明及室外景觀照明設備；空調設備包括熱冷站和空調末端，具體可分為冷水機組、冷凍水泵、冷卻塔、冷凍水泵、熱水循環泵、鍋爐、空調箱、新風機組、風機盤管、空調區域的通排風設備及分體式空調器等；動力系統電耗包括電梯、水泵、非空調區域的通排風設備、特殊電耗、電子信息機房及廚房餐廳等。

高層辦公樓的主要電力消耗是用電設備，尤其是四季溫差較大的地區，空調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、水泵及其他設備[3]。

2.3 針對配電損耗的節電潛力分析

高層辦公樓要維持正常運轉，基礎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，需對電力損耗設備采取相應的節電措施，盡可能減少損耗量。例如，高層辦公樓在選擇變壓器設備時，應根據具體需要進行選擇，盡可能提升變壓器的性價比，達到有效節電的目標。同時，高層辦公樓在選擇配電電纜設備時，應在明確導線的電流密度后確定導線的截面設計，以便于更好地設置主動節能方案。

3 主動節電技術在高層辦公樓應用的總體設計

3.1 主動節電技術在高層辦公樓應用的目標設定

首先，設定環境質量指標。本質上說，任何建筑物都是為人提供服務的。因此，在設計建筑物或者改造建筑物時，應以提高人的整體舒適度為出發點，提高建筑物的空氣質量和環境舒適度。在主動節電改造中，高層辦公樓主要通過聲、光、溫濕度及CO2濃度等指標判斷環境質量。

其次，設置節電指標。明確高層辦公樓一年的節電指標后，根據現有的用電設備情況采用主動節電技術[4]。

3.2 主動節電技術在高層辦公樓應用的系統方案設計

當前技術下，電量計量和設備監控一般采用基于云計算的軟件平臺和基于物聯網的基礎架構，均需利用智能化的集成技術。系統的架構主要包括底層的設備層、中間的網絡層和上層的管理層。高層辦公樓可結合自身使用情況，將管理層放到云端。高層辦公樓主動節電系統的設計具有重要的創新意義，主要表現在3個方面：（1）有效打破了傳統情況下采用被動節電技術的結構定式，采用主動節電方式；（2）充分運用物聯網技術分析和改造高層辦公樓用電能耗設備，最大程度降低用電損耗；（3）運用能源管控平臺實現對云計算的充分運用，從而滿足高層辦公樓用電的管理控制，并達到主動節電的目標。

3.3 核心技術和設備的選擇

第一，選擇遠程測控設備。高層辦公樓應將能源測控單元設置為主要的測控設備，具備較強的控制功能，可有效獲取、傳輸、處理及分析辦公樓用電設備的能耗數據。通過采用智能測控單元可有效收集、整理及傳輸數據，更加針對化地分類存儲和分析數據，有助于管控平臺檢驗數據，確保數據的準確性。

第二，選擇無線通信技術。高層辦公樓選用Zigbee通信方式，以實現低成本、低功耗及高效率的數據信息傳輸。由于Zig Bee通過自組織網通信方式運轉，可采用動態路由結合網狀拓撲結構，更加切實、有效地處理在具體運行中出現的通信障礙和數據傳輸問題。

第三，選擇就地控制開關。高層辦公樓要達到主動節電的目標，需從辦公樓使用人員的開關操作習慣出發，改造和安裝開關，促使其不僅節電而且具備物聯網能力。高層辦公樓可設置無線綠源開關，針對辦公樓不同的使用場景予以開關控制。由于無線開關內置電動能源生成器，可根據開關運行需求轉換能量。該設備屬于智能遙控設備，不需要導線和電池。無線開關均配備相應的ID碼，不僅可實現一個開關控制多個負載，而且可實現多個開關控制一個負載。一個無線開關最大情況下可同時控制8個負載，有效降低了開關安裝的人力和物力成本。

3.4 節電策略設計

相同的用電設備在不同的狀況下有不同的使用需求。因此，針對高層辦公樓多樣化的用電需求，設置多元化的用電管理模式。照明用電設備包括走廊照明和應急照明設備，可采取按需用電和待機用電策略。工作照明設備可采用定時用電、按需用電和待機用電相結合的策略。插座用電設備包括飲水機、打印機及繪圖機等設備，可采取定時用電和待機用電策略。辦公計算機采用按需用電策略。空調用電設備包括全空氣機組、新風機組及風機盤管，可采用定時用電、按需用電和待機用電相結合的策略。特殊用電設備如夜景照明燈具，可采取按需用電策略。

4 主動節電技術在高層辦公樓應用后的節電效果分析

某高層辦公樓自2017年1月實施了主動節電技術。通過數據對比可知，高層辦公樓采用主動節電措施后，節電效果明顯。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，三個月總電量下降6 521.5 kW·h，下降了38.4%。其他用電設備的用電量也下降明顯，其中插座設備主動節電1 689.1 kW·h，下降了26.93%；照明設備節電1 154.6 kW·h，下降了30.75%；空調設備節電3 835.8 kW·h，下降了65.26%。因此，高層辦公樓采用主動節電技術后，取得了較好的節電效果[5]。

5 結 論

綜上所述，高層辦公樓中的主要用電包括空調設備、照明設備及辦公用電。通過對比采用主動節電技術前后的數據發現，空調用電節電效果最好，有效節電50%以上，照明及辦公用電可節電達30%左右。辦公樓整體用電可節省30%左右，節電效果顯著，同時有效降低了插座、空調等設備用電量。因此，在高層辦公樓中采用主動節電技術是有效的。