大空间共享用电设备控制与节能

鞠永健,　王　坚

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海　200092]



大空间共享用电设备控制与节能

鞠永健,王坚

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海200092]

摘要：介绍了大空间共享用电设备配置及用电分析。按照国家节能和绿色建筑设计的要求,建立大空间共享用电设备智能控制和电能管理系统,作为能耗监测系统的补充。提出大空间共享用电设备控制和节能管理系统对末端设备进行实时控制和计量,通过个人使用终端进行相关节能操作,可提高节能效率。

关键词：大空间; 共享用电设备; 控制; 节能

0引言

2000年3月,国家经济贸易委员会、国家发展和改革委员会颁布了《节约用电管理办法》,其中规定:“加强用电管理,采取技术上可行、经济上合理的节电措施,减少电能的直接和间接损耗,提高能源效率、保护环境。”随后,国家和地方陆续制定了GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》及相关执行措施,并不断更新版本,增加新内容。

2014年6月,上海市颁发了DG/TJ 08-2143—2014《公共建筑绿色节能标准》[1],第10.3.1条第1款明确提出:“应根据建筑物的特点、建筑功能、建筑标准、使用要求等具体情况,对照明系统进行分散与集中、手动与自动相结合的控制”;第10.5.3条规定:“改建和扩建的公共建筑,对照明、电梯、空调、给排水等系统的用电能耗宜进行分项、分区、分户的计量。”

大空间是建筑设计常见的形式,大空间公共场所的节能在人们日常工作与生活中显得尤为重要。然而,大空间公共场所存在人数多、共享(即一个空间内同时、错时共用或享用)用电设备的控制过于集中等特点,会使这些设备不能按需工作,造成能源浪费。因此,大空间共享用电设备的控制与节能成为目前亟待解决的问题。目前,国家规定一定建筑面积(各省市有所不同)的公共建筑必须设置能耗监测系统(在整个配电系统的上端),而大空间共享设备(在配电系统的下端或末端)的用电如何有效地监测和实时控制,以达到理想的节能效果,需作进一步分析。

1大空间共享用电设备配置

大空间共享用电设备包括建筑内公共走道、办公桌、书柜上方等多人共用照明,复印机、扫描仪、绘图仪、电开水器、咖啡机、空调室内机等,教育建筑的阶梯教室、餐厅、图书馆的照明、空调及饮水机等[2-3]。

(1) 办公空间的布局。大空间办公典型布置如图1所示,采用2行2列的办公桌椅布置,中间为走道分隔,前后为矮柜分隔,每8人共享6盏照明灯。

图1　大空间办公典型布置

(2) 照明供电。图1中,4排荧光灯每排有6盏,其用电量Pe1=6×56×1.2≈405 W,则前后2排用电量Pe2=2Pe1=2×405≈810 W。通常,若前后2排为1路16 A的照明配电出线回路,则采用智能照明控制器可同时开启或关闭12盏灯。

(3) 计算机供电。每台计算机耗电按300 W计,1排用电量Pe3=4×300=1 200 W,则采用8路16 A的配电出线回路。

各种共享设备用电参数如表1所示。

表1中,供电设备采用16 A或16 A以上的配电回路,其数量根据安装位置和耗电量来配置。

表1各种共享设备用电参数

用电名称额定电压/V额定电流/A额定功率/W实测电流/A运行待机节电实测功率/W运行待机节电富士多功能复印机DocuCentre-V4070DCAC22010.0—5.3930.4490.249120058.5014.1富士施乐绘图仪DocuWide3030AC220～2409.021003.2852.5580.325750580.0033.0紫光扫描仪UniscanM1DC-241.5— 0.1800.1300.0664129.5015.0Escoffee咖啡机ES6E-R/IQAC2205.513006.055*0.187—1343*40.50—格兰仕微波炉G80D23CN2P-T7(BO)AC220—1300/8007.050*0.026—1394*3.91—电开水器GM-K1-40CSWAC220—300014.300*0.016*—3246*3.64—

注:额定参数均为设备铭牌数值,“*”为即时最大值。微波炉1 300 W为铭牌输入功率,800 W为铭牌标称功率。

2大空间共享用电设备用电与控制

2.1照明用电

图1中,工作时间为8:30～17:30,中午午餐和休息为1 h,则工作时间为8 h。假设部分人员加班时间为18:00～22:00,则加班工作时间为4 h。按照原有大楼的建筑智能化和配电设计,在各楼层配电室的照明控制器每日8:00开启所有普通照明供电,24:00统一切断上述供电。

假设加班人数为正常上班人数的1/4,荧光灯点亮时间(不考虑盏数)为8+4×1/4=9 h,即正常上班和加班的实际时间为9 h,而荧光灯实际点亮时间为16 h(8:00～24:00),多出7 h,即浪费照明用电约43.75%。若加班人数小于1/4或更少,则浪费更严重;若无人加班,则浪费照明用电50%。

据统计,下班后个人计算机仍处于未关机的占5%～10%。另外,计算机关闭后其稳压电源部分仍有一定的功耗,与休眠时耗电基本相同。若办公场所按200人计,则计算机待机时功耗为

Pe=nIUcosφ=200×0.033×227×0.8≈1 200W。

2.2其他共享设备用电

大空间各种共享设备非工作时间均处于待机状态,按共享设备配置的台数来计算设备用电:Pe=14.1×2+33×2+15×1+40.5×1+3.91×2+3.64×2=179.8 W≈0.18 kW。

该工作场所的照明、计算机及其他用电负荷用电约为150 kW,待机用电微不足道,但共享设备长期带电将影响使用寿命,尤其是扫描仪、咖啡机等。

电开水器根据温度变化而启停电加热,即设定温度下开始通电加热,达到设定温度后断电停止加热,这在冬天启停更为频繁。假设加班至22:00点后定时切断电源,次日上班提前0.5～1 h接通电源,加热至设定温度,可减少开水器由于环境温度冷却水温而接通电源加热次数,不仅节能,也可提高饮用水的水质。

综上所述,在大空间楼宇内照明、计算机等设备的非工作用电量约占总用电量的50%～60%。

3大空间共享用电设备智能控制和节能管理系统

针对目前设备多人共享、控制过于集中而无法及时有效管理的问题,建立了大空间共享用电设备智能控制和电能管理系统,对末端设备进行实时控制和计量。基于WiFi的大空间共享用电设备智能控制和节能管理系统如图2所示。

利用互联网及物联网技术,通过智能手机及其他智能终端设备的第三方应用程序APP,使每一个共享用电设备的使用者有效参与控制,达到节能的目的。该智能控制和电能管理系统打破了传统的用电控制习惯,由“随手开关”发展为可选择的“线上/线下开关”。

图2　基于WiFi的大空间共享用电设备

另外,结合考勤机数据库的参数进行编程,程序设定定时或延时关闭共享设备。若遗忘,考勤系统会推送信息至手机,提示远程关闭共享设备。

具体方案如下:

(1) 为减少荧光灯的控制数量,共享照明设备。将原2排12盏灯为一组控制对象,改为3盏灯为一组控制对象。

(2) 切断个人计算机电源,减少夜间待机用电。

(3) 切断共享设备电源,减少夜间待机用电。

3.1智能控制系统构成

智能控制模块由带WiFi功能的可计量智能控制模块(电路)、移动终端(手机、笔记本等)、路由器、智能通信网关、互联网(户内局域网、异地网)、公共网或局域网服务器组成。该智能控制模块除了具有通信、控制功能外,还有电流/电压的测定、电能计量等功能,通过路由器可向云端服务器上传、下载数据。用户可随时使用移动终端通过云端监控模块的状况,向模块发送控制指令。

3.2节能管理终端系统构成

软件系统由数据库模块、通信管理模块、Web管理模块和移动客户端管理组成。数据库管理模块作为底层数据的存储核心,对实时产生的数据进行存储、分析、处理和生成日志。通信管理模块实现通信数据的收发、完整度校验和状态的检测。Web管理模块主要面向管理者,有良好的人机界面,具有数据的即时查询和控制、统计和打印等功能。移动客户端管理模块面向个体,在手机软件平台上开发APP应用程序,注重界面友好和操控,在主动改变操作习惯的前提下实现节能目标。

节能管理终端系统框架如图3所示。

图3　节能管理终端系统框架

3.3系统特点

(1) 利用WiFi可远程传输数据及控制设备,采用个人使用终端可远程观察现场某个设备的开闭状况,并根据需要开启或关闭。

(2) 利用云数据采集分析功能,自动生成能耗指标的各种曲线及报表,为节能管理提供基础数据。通过分析存在的问题,有效地解决能耗监测系统最底层无法采集电能数据的问题。

(3) 改变物业管理现有模式,有效地解决物业管理人员无法熟悉多种共享用电设备的使用情况而造成管理不到位的矛盾。同时,让使用者积极参加物业的节能管理。

(4) 分级权限管理,可实现多用户共同监控用电设备,提高用电设备的管理效率。随着对使用者参与过程中实时数据的记录和分析,完成节能行为的监督与管理,为预测未来能源消耗趋势提供依据。

4结语

大空间共享用电设备的节能关键是有效地进行实时控制。本文提出4人共用1组灯,若每2个人控制1组灯,乃至每人控制1组灯,效果将更明显。通过编程还可关联到其他相关用电设备的启停,如走道照明、复印机、绘图仪、扫描仪、咖啡机等。另外,末端分组控制的方法可作为能耗监控系统的补充。若占总耗电50%以上的空调系统参数开放,参加共享用电设备的节能,节能效果将更明显。通过对使用者参与过程中实时数据的汇集和分析,对共享设备进行智能运行和提示用户进行相关节能操作,从而最有效地利用能源,减少了运营和维护成本。

参考文献

[1]公共建筑绿色节能标准:DG/TJ 08-2143—2014[S].

[2]螺丝起子研究室.共享WiFi无线网络实务[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

[3]中国航空工业规划设计研究院组.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京:中国电力出版社,2005.

Controlling and Energy Saving of Large Space Shared Electrical Equipment

JUYongjian,WANGJian

[Tongji Architectural Design(Group) Co., Ltd., Shanghai 200092, China]

Abstract：This paper introduced the allocation and energy consumption analysis of large space shared electrical equipment.In accordance with the national energy and green building design requirements,as a complement to the energy consumption monitoring system,the intelligent control and energy management systems of large space shared electrical equipment were built.It is pointed out that the controlling and energy-saving system of large space shared electrical equipment realizes the real-time control and measurement for end equipment.The personal terminal is used for related energy-saving operations to improve the energy efficiency.

Key words:large space; shared electrical equipment; control; energy saving

收稿日期：2015-12-02

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.04.001

中图分类号：TU 201.5

文献标志码：B

文章编号：1674-8417(2016)04-0001-04

王坚(1970—),男,高级工程师,从事建筑电气设计工作。