Analysis and Research of Energy-saving Control in Office

楼云亭

(山东同圆设计集团有限公司，山东 济南 250101)



Analysis and Research of Energy-saving Control in Office

办公室节能控制策略分析研究

楼云亭

(山东同圆设计集团有限公司，山东 济南 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

据相关统计，办公室内人为因素造成的电能浪费大约占整个建筑用电能耗的20%～30%。虽然“下班请自觉关灯、关电脑、关空调”等标语屡见不鲜，但如果仅指望通过人员自觉而实现节能是不切实际的。再如一些“一刀切”的节能控制措施(如统一限制空调的设定温度和开启时间段)则会严重影响办公舒适性。

1 办公室用电现状及分析

办公室内的末端耗电设备主要包括空调、照明灯具、强电插座，这些设备普遍存在人为浪费情况。

例如，对于办公室空调设备，在夏天会把空调制冷温度设置得较低(20～25℃)，而据某空调厂家测算，制冷工况下，温度每调高1℃，可节约10%左右的电能；在冬天会将温度调在24℃以上，而据测算，制热工况下，温度每调低2℃，可节约10%左右的电能。

此外，办公室内饮水机24h运行，严重造成能源浪费；办公室人员在白天光线充足时仍开着灯工作；下班时没有及时关闭空调、灯具、计算机等设备，造成浪费。

2 节能控制方案设计

图1 办公室平面布置图

图2 办公室南立面布置图

本方案采用末端智能型插座和智能型控制面板，并配以多种现场传感器实现节能控制。以某一小办公室为例，该办公室面积约12m2，感应设备包括人数计数器、红外人体感应传感器、照度传感器。末端控制设备包括空调控制主机(自带温度传感器)、强电插座、照明控制设备，其中照明灯具采用带有计量功能的智能型开关面板，空调室内机采用带有计量功能的智能型温控面板，强电插座采用带有计量功能的智能插座；前端控制设备包括网关、交换机、工作站。办公室平面布置图见图1，立面布置图见图2，表1为所涉及到的设备图例。 设计人员进行设计时，可根据不同的办公室形状参照图1、图2进行设计，但应注意，除人数计数器不受面积和距离影响外，红外人体感应传感器、照度传感器感应的有效面积≤15m2，最大探测距离≤5m。另外，室内强电设计，照明光源单回路宜≤25个，插座单回路宜≤10个。

采用总线制连接方式，室内通讯主机采用手拉手方式连接，每个末端通讯主机对应唯一的地址编码，如图3所示。总线汇总到控制室内数据网关，通过一台8口交换机实现网关和工作站连接，并将节能监测系统数据上传，系统图见图4。

表1 设备图例表

图3 智能控制器“手拉手”连接

图4 节能控制系统图

本改造工程属省部级办公建筑，按国家及山东省节能监测相关技术性文件要求，建筑物应增设节能监测系统，因末端采用的是带有计量模块的设备，系统工作站可兼做节能监测主机，因此满足节能监测系统的设置要求，实现空调、照明用电的分类、分项计量。

3 节能控制策略的分析

3.1 控制策略综述

设计方案通过定时控制、人体感应控制、照度感应控制(灯具)、温度感应控制(空调)等手段，分别根据上下班时间、人员的流通情况以及自然光线情况和室内温度对照明、空调、强电插座按一定的控制策略进行控制以实现节能。

3.2 照明控制

首先应根据本单位绝大多数人员的作息时间拟定定时控制范围，并按照办公空间区域的划分制定不同的控制策略。

在普通员工的办公室，因人员上下班时间比较固定，设置早9点自动开灯、晚5点自动关灯即可，另外，结合人体感应控制和照度控制，当人员在屋内时，不管有无动作，都可被探测到。若20 min内未检测到室内有人，则自动关闭相关区域的灯具，从而实现人来灯亮、人走灯灭。此外, 当白天办公室的自然光照度达到了照度设定值时，即便系统感应到有人灯具也不会打开；当自然光照度达不到设定值时, 系统会自动打开本房间相关区域的照明灯具；当自然光由弱变强时, 系统通过照度传感器进行照度比对后关闭部分灯具。

由于在人员不固定的场所(如会议室、洽谈休息区、领导办公室等区域)采用定时控制无法确定灯具开启时间，反而造成浪费，所以无需采用定时控制，仅保留人体感应控制和照度感应控制即可。

3.3 空调控制

控制策略包含定时、温度感应和人体感应控制，将空调在上班前开启、下班后延时关闭，时间可自行设定与调整。

结合人体感应控制和温度控制，30min内未检测到室内有人时，自动关闭相关区域空调。本项目设定空调自动开启温度为夏季 30℃及以上、冬季 12 ℃及以下，若手动设定的温度在夏季低于25℃或在冬季高于21℃，那么5min后系统会自动更正到默认值。控制策略见表2(以夏季为例)。

表2 空调控制策略(夏季)

在人员不固定的场所，则无需采用定时控制方式，仅保留人体感应控制和温度感应控制，理由与灯具控制相同，避免造成资源浪费。

3.4 强电插座控制

强电插座控制包含定时控制和人体感应控制，将智能插座设定为人员上班时间自动开启，下班时间自动关闭(计算机插座除外)，通过控制插座的通断电来控制打印机、饮水机等设备的运行。30min内未检测到室内有人时，自动断开除计算机插座外的所有插座。计算机插座的控制可通过控制器直接进行调整，使其不受控。

4 节能效果对比

以本楼某办公室为例, 分别对不采用节能控制、单独定时控制、采用定时控制+人体感应控制+照度感应三种方案的节能效果进行对比。

不采用节能控制：区域中共包括 36个荧光灯 (灯具由3个28W的T5灯管组成)，15W筒灯36个、92 W空调机 9个、320W电脑11台、420W饮水机4台，能耗统计如表3所示, 按每天计算，总计为128 kW·h。

单独定时控制：每天按9点晚5点的 8 h工作时间对灯具、空调机、插座进行定时控制。比不采用节能控制的方案少2h工作时间，其能耗统计如表4所示，可以看出，相比不采用节能控制而言，每天的能耗合计减少到107kW·h，节能达到16.4%。

表3 不采用节能控制的能耗统计

表4 定时控制能耗统计

采用定时控制+人体感应控制+照度感应：本设计通过与建设单位协商，仅在作息不固定区域设置人体感应控制。作息不固定区域共有 19组双管荧光灯、15组筒灯、3台空调室内机、2台计算机、1台饮水机，以上设备按每天可减少2 h的用电时间进行计算。另对靠近外窗的区域采用照度控制，设定照度值为300lx，超过此标准时减少灯具开启数量，未达到此标准时增加灯具开启数量。能耗统计结果见表5。每天能耗合计减少至95.7kW·h, 节能达到24.5%。

5 结束语

通过以上分析并结合实际实施情况可知, 使用定时控制、人体感应控制的同时结合照度控制的节能效果明显。本文对于新建办公楼和改造办公楼的节能设计，提供了一种行之有效的设计思路。

表5 定时控制+人体感应控制+照度感应控制能耗统计

[1] 薛志峰，江亿．北京市大型公共建筑用能现状与节能潜力分析[J].暖通空调, 2004, 34(9):8-10.

[2] 王远，魏庆芃，薛志峰等. 大型公建节能会诊(三)—调查分析篇大型公共建筑能耗调查分析[J].建设科技，2007(2):17-19.

楼云亭

现任山东同圆设计集团有限公司工程师，毕业于山东建筑大学，硕士研究生，研究方向为检测技术与自动化装置，现从事电气设计工作。

Lou Yunting

办公室房间内的照明、插座、空调等末端设备用电，是办公建筑的主要电耗。现以某既有建筑的节能改造工程为例，设计了一套节能控制系统，并对节能效果进行评估。结果表明，在满足舒适度要求的前提下，该系统能达到较好的节能效果。

节能控制 人体感应 定时控制