Analysis and Research of Energy-saving Control in Office

樓云亭

(山東同圓設(shè)計集團有限公司，山東 濟南 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)計集團有限公司，山東 濟南 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，辦公室內(nèi)人為因素造成的電能浪費大約占整個建筑用電能耗的20%～30%。雖然“下班請自覺關(guān)燈、關(guān)電腦、關(guān)空調(diào)”等標(biāo)語屢見不鮮，但如果僅指望通過人員自覺而實現(xiàn)節(jié)能是不切實際的。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)定溫度和開啟時間段)則會嚴重影響辦公舒適性。

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、強電插座，這些設(shè)備普遍存在人為浪費情況。

例如，對于辦公室空調(diào)設(shè)備，在夏天會把空調(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；在冬天會將溫度調(diào)在24℃以上，而據(jù)測算，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24h運行，嚴重造成能源浪費；辦公室人員在白天光線充足時仍開著燈工作；下班時沒有及時關(guān)閉空調(diào)、燈具、計算機等設(shè)備，造成浪費。

2 節(jié)能控制方案設(shè)計

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)場傳感器實現(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(自帶溫度傳感器)、強電插座、照明控制設(shè)備，其中照明燈具采用帶有計量功能的智能型開關(guān)面板，空調(diào)室內(nèi)機采用帶有計量功能的智能型溫控面板，強電插座采用帶有計量功能的智能插座；前端控制設(shè)備包括網(wǎng)關(guān)、交換機、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)計人員進行設(shè)計時，可根據(jù)不同的辦公室形狀參照圖1、圖2進行設(shè)計，但應(yīng)注意，除人數(shù)計數(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，最大探測距離≤5m。另外，室內(nèi)強電設(shè)計，照明光源單回路宜≤25個，插座單回路宜≤10個。

采用總線制連接方式，室內(nèi)通訊主機采用手拉手方式連接，每個末端通訊主機對應(yīng)唯一的地址編碼，如圖3所示?？偩€匯總到控制室內(nèi)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，通過一臺8口交換機實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)和工作站連接，并將節(jié)能監(jiān)測系統(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辦公建筑，按國家及山東省節(jié)能監(jiān)測相關(guān)技術(shù)性文件要求，建筑物應(yīng)增設(shè)節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)，因末端采用的是帶有計量模塊的設(shè)備，系統(tǒng)工作站可兼做節(jié)能監(jiān)測主機，因此滿足節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置要求，實現(xiàn)空調(diào)、照明用電的分類、分項計量。

3 節(jié)能控制策略的分析

3.1 控制策略綜述

設(shè)計方案通過定時控制、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)上下班時間、人員的流通情況以及自然光線情況和室內(nèi)溫度對照明、空調(diào)、強電插座按一定的控制策略進行控制以實現(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)人員的作息時間擬定定時控制范圍，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，因人員上下班時間比較固定，設(shè)置早9點自動開燈、晚5點自動關(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，不管有無動作，都可被探測到。若20 min內(nèi)未檢測到室內(nèi)有人，則自動關(guān)閉相關(guān)區(qū)域的燈具，從而實現(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到了照度設(shè)定值時，即便系統(tǒng)感應(yīng)到有人燈具也不會打開；當(dāng)自然光照度達不到設(shè)定值時, 系統(tǒng)會自動打開本房間相關(guān)區(qū)域的照明燈具；當(dāng)自然光由弱變強時, 系統(tǒng)通過照度傳感器進行照度比對后關(guān)閉部分燈具。

由于在人員不固定的場所(如會議室、洽談休息區(qū)、領(lǐng)導(dǎo)辦公室等區(qū)域)采用定時控制無法確定燈具開啟時間，反而造成浪費，所以無需采用定時控制，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、溫度感應(yīng)和人體感應(yīng)控制，將空調(diào)在上班前開啟、下班后延時關(guān)閉，時間可自行設(shè)定與調(diào)整。

結(jié)合人體感應(yīng)控制和溫度控制，30min內(nèi)未檢測到室內(nèi)有人時，自動關(guān)閉相關(guān)區(qū)域空調(diào)。本項目設(shè)定空調(diào)自動開啟溫度為夏季 30℃及以上、冬季 12 ℃及以下，若手動設(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)會自動更正到默認值。控制策略見表2(以夏季為例)。

表2 空調(diào)控制策略(夏季)

在人員不固定的場所，則無需采用定時控制方式，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。

3.4 強電插座控制

強電插座控制包含定時控制和人體感應(yīng)控制，將智能插座設(shè)定為人員上班時間自動開啟，下班時間自動關(guān)閉(計算機插座除外)，通過控制插座的通斷電來控制打印機、飲水機等設(shè)備的運行。30min內(nèi)未檢測到室內(nèi)有人時，自動斷開除計算機插座外的所有插座。計算機插座的控制可通過控制器直接進行調(diào)整，使其不受控。

4 節(jié)能效果對比

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

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

單獨定時控制：每天按9點晚5點的 8 h工作時間對燈具、空調(diào)機、插座進行定時控制。比不采用節(jié)能控制的方案少2h工作時間，其能耗統(tǒng)計如表4所示，可以看出，相比不采用節(jié)能控制而言，每天的能耗合計減少到107kW·h，節(jié)能達到16.4%。

表3 不采用節(jié)能控制的能耗統(tǒng)計

表4 定時控制能耗統(tǒng)計

采用定時控制+人體感應(yīng)控制+照度感應(yīng)：本設(shè)計通過與建設(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臺空調(diào)室內(nèi)機、2臺計算機、1臺飲水機，以上設(shè)備按每天可減少2 h的用電時間進行計算。另對靠近外窗的區(qū)域采用照度控制，設(shè)定照度值為300lx，超過此標(biāo)準時減少燈具開啟數(shù)量，未達到此標(biāo)準時增加燈具開啟數(shù)量。能耗統(tǒng)計結(jié)果見表5。每天能耗合計減少至95.7kW·h, 節(jié)能達到24.5%。

5 結(jié)束語

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

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

[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，魏慶芃，薛志峰等. 大型公建節(jié)能會診(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)計集團有限公司工程師，畢業(yè)于山東建筑大學(xué)，碩士研究生，研究方向為檢測技術(shù)與自動化裝置，現(xiàn)從事電氣設(shè)計工作。

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)計了一套節(jié)能控制系統(tǒng)，并對節(jié)能效果進行評估。結(jié)果表明，在滿足舒適度要求的前提下，該系統(tǒng)能達到較好的節(jié)能效果。

節(jié)能控制 人體感應(yīng) 定時控制