主动节电技术在高层办公楼中的应用

张秀春

（半岛都市报社，山东 青岛 266071）

1 主动节电技术概述

主动节电方式是指利用与暖通设备、电器设备等的有效配合来优化建筑物传统情况下采用的被动节电技术的一种有效方式。建筑物采用主动节电技术不仅可充分运用机械电器设备，而且可合理、有效运用机电自动检测系统和高效节电材料等进行建设物的节电优化设计，通过结合被动节电技术精准控制室内环境提高舒适性，同时有效降低建筑物的总体能耗[1]。

2 办公建筑的节电潜力分析

2.1 办公建设用电系统组成

一般情况下，建筑物的用电系统由供电、配电、用电及测控设备四部分组成。通常，办公楼大部分的电力消耗源于用电设备，占消耗总量的95%左右。剩余5%的消耗由配电设备损耗导致，包括变压器电力损耗、电缆和电线的电力损耗及其他控制装置导致的电力损耗。变压器电力损耗占办公楼电力损耗的3%，各类控制装置的电力损耗占办公楼电力损耗的2%左右[2]。

2.2 针对用电设备的节电潜力分析

根据办公楼用电能耗的常用用途，将办公楼用电设备分为4个方面——照明插座设备、空调设备、动力设备及其他用电设备。其中，照明插座设备包括室内照明与插座、公共区域照明、应急照明及室外景观照明设备；空调设备包括热冷站和空调末端，具体可分为冷水机组、冷冻水泵、冷却塔、冷冻水泵、热水循环泵、锅炉、空调箱、新风机组、风机盘管、空调区域的通排风设备及分体式空调器等；动力系统电耗包括电梯、水泵、非空调区域的通排风设备、特殊电耗、电子信息机房及厨房餐厅等。

高层办公楼的主要电力消耗是用电设备，尤其是四季温差较大的地区，空调用电和照明用电消耗大，占到总用电量的80%，而其余20%用电量的消耗来自电梯、水泵及其他设备[3]。

2.3 针对配电损耗的节电潜力分析

高层办公楼要维持正常运转，基础的电力消耗无法避免，如配电损耗、变压器及电线损耗等。因此，需对电力损耗设备采取相应的节电措施，尽可能减少损耗量。例如，高层办公楼在选择变压器设备时，应根据具体需要进行选择，尽可能提升变压器的性价比，达到有效节电的目标。同时，高层办公楼在选择配电电缆设备时，应在明确导线的电流密度后确定导线的截面设计，以便于更好地设置主动节能方案。

3 主动节电技术在高层办公楼应用的总体设计

3.1 主动节电技术在高层办公楼应用的目标设定

首先，设定环境质量指标。本质上说，任何建筑物都是为人提供服务的。因此，在设计建筑物或者改造建筑物时，应以提高人的整体舒适度为出发点，提高建筑物的空气质量和环境舒适度。在主动节电改造中，高层办公楼主要通过声、光、温湿度及CO2浓度等指标判断环境质量。

其次，设置节电指标。明确高层办公楼一年的节电指标后，根据现有的用电设备情况采用主动节电技术[4]。

3.2 主动节电技术在高层办公楼应用的系统方案设计

当前技术下，电量计量和设备监控一般采用基于云计算的软件平台和基于物联网的基础架构，均需利用智能化的集成技术。系统的架构主要包括底层的设备层、中间的网络层和上层的管理层。高层办公楼可结合自身使用情况，将管理层放到云端。高层办公楼主动节电系统的设计具有重要的创新意义，主要表现在3个方面：（1）有效打破了传统情况下采用被动节电技术的结构定式，采用主动节电方式；（2）充分运用物联网技术分析和改造高层办公楼用电能耗设备，最大程度降低用电损耗；（3）运用能源管控平台实现对云计算的充分运用，从而满足高层办公楼用电的管理控制，并达到主动节电的目标。

3.3 核心技术和设备的选择

第一，选择远程测控设备。高层办公楼应将能源测控单元设置为主要的测控设备，具备较强的控制功能，可有效获取、传输、处理及分析办公楼用电设备的能耗数据。通过采用智能测控单元可有效收集、整理及传输数据，更加针对化地分类存储和分析数据，有助于管控平台检验数据，确保数据的准确性。

第二，选择无线通信技术。高层办公楼选用Zigbee通信方式，以实现低成本、低功耗及高效率的数据信息传输。由于Zig Bee通过自组织网通信方式运转，可采用动态路由结合网状拓扑结构，更加切实、有效地处理在具体运行中出现的通信障碍和数据传输问题。

第三，选择就地控制开关。高层办公楼要达到主动节电的目标，需从办公楼使用人员的开关操作习惯出发，改造和安装开关，促使其不仅节电而且具备物联网能力。高层办公楼可设置无线绿源开关，针对办公楼不同的使用场景予以开关控制。由于无线开关内置电动能源生成器，可根据开关运行需求转换能量。该设备属于智能遥控设备，不需要导线和电池。无线开关均配备相应的ID码，不仅可实现一个开关控制多个负载，而且可实现多个开关控制一个负载。一个无线开关最大情况下可同时控制8个负载，有效降低了开关安装的人力和物力成本。

3.4 节电策略设计

相同的用电设备在不同的状况下有不同的使用需求。因此，针对高层办公楼多样化的用电需求，设置多元化的用电管理模式。照明用电设备包括走廊照明和应急照明设备，可采取按需用电和待机用电策略。工作照明设备可采用定时用电、按需用电和待机用电相结合的策略。插座用电设备包括饮水机、打印机及绘图机等设备，可采取定时用电和待机用电策略。办公计算机采用按需用电策略。空调用电设备包括全空气机组、新风机组及风机盘管，可采用定时用电、按需用电和待机用电相结合的策略。特殊用电设备如夜景照明灯具，可采取按需用电策略。

4 主动节电技术在高层办公楼应用后的节电效果分析

某高层办公楼自2017年1月实施了主动节电技术。通过数据对比可知，高层办公楼采用主动节电措施后，节电效果明显。具体地，2016年1～3月办公楼总用电量为16 971.4 kW·h，2017年1～3月办公楼总用电量为10 449.9 kW·h。2017年1～3月的用电量与去年同期相比，三个月总电量下降6 521.5 kW·h，下降了38.4%。其他用电设备的用电量也下降明显，其中插座设备主动节电1 689.1 kW·h，下降了26.93%；照明设备节电1 154.6 kW·h，下降了30.75%；空调设备节电3 835.8 kW·h，下降了65.26%。因此，高层办公楼采用主动节电技术后，取得了较好的节电效果[5]。

5 结 论

综上所述，高层办公楼中的主要用电包括空调设备、照明设备及办公用电。通过对比采用主动节电技术前后的数据发现，空调用电节电效果最好，有效节电50%以上，照明及办公用电可节电达30%左右。办公楼整体用电可节省30%左右，节电效果显著，同时有效降低了插座、空调等设备用电量。因此，在高层办公楼中采用主动节电技术是有效的。