据统计，建筑环境排放量占全球年度排放量的 40%，使其成为应对气候变化的关键目标。联合国表示，到 2030 年，全球碳排放排放量必须下降 45%，并到 2050 年达到净零排放，才能实现《巴黎协定》中将全球气温升高限制在 1.5°C 以下的目标。
如今，全球各国政府都制定明确的碳排放目标，如果中国的“双碳目标”战略，要在2030年达到碳排放峰值，并着2060年实现碳中和。在美国，拜登政府的第 14057 号行政命令力求到 2045 年使所有联邦政府设施达到净零目标，同时2022 年通货膨胀削减法案则为建筑业主向清洁能源经济转型提供了大量资金和激励措施。
虽然实现净零排放是一项重大挑战，但越来越多的智能建筑正在朝着这一里程碑迈进。例如，2020年，美国新建筑研究所在北美验证了700个净零设施，预计这一数字每两年将增加50%之多。实现净零排放的一种方法是使用直流 (DC) 配电系统，该系统将可再生微电网与储能相结合，以生成和提供足够的直流电力来支持建筑负载，同时消除传统交流电网电力的低效率。因此，激励措施和技术进步可以促进直流配电的采用。
更高效的用能方式
自 20 世纪初以来，电网一直使用交流电 (AC) 向建筑物供电。然而，几乎所有电子设备和装置内部都通过印刷电路板、二极管、电阻器、晶体管和微芯片等组件使用直流电源运行。智能建筑系统电器和设备中的 LED 照明、电动汽车充电器、变速 HVAC 系统以及其他节能电机（例如变速风扇、鼓风机、泵和压缩机）也使用直流电源。
据统计，世界上 70%以上的交流电被转换成直流电再消耗。提供直流电的传统方法是使用带有变压器和整流器的电源，将交流电压降压并将其转换为直流电。电源可以位于设备和装置的内部，也可以位于插入交流电源插座的外部适配器内。然而，每次交流到直流转换都会带来高达30%的功率损耗，并且会给配电系统带来失真，从而降低效率。
当电池储能系统 (BESS) 存储风能、太阳能和水力等可再生能源产生的能量，并提供直流电并转换为交流电以便在整个建筑物内分配时，会产生额外的损耗。
采用全直流配电系统的智能建筑通过消除大量的交流到直流转换和建筑设备电源交流到直流变压器的寄生负载，预计可节省 10% 到 20% 的能源。直流配电系统由现场可再生能源、配置为微电网的 BESS 以及在整个建筑物内输送电力的直流电力基础设施组成。通过在因停电事件导致市电中断时启用操作，提高了建筑的弹性。它还通过存储可再生能源发电高峰期间收集的能量以供非高峰时段使用，从而独立于公用电网。
虽然具有直流配电系统的建筑物可能永远不会使用电网电力，但通过净计量保持与电网的连接使其能够将多余的能量反馈回电网以获得收入、税收优惠和整体提高电网效率。
例如，在美国根据《2022 年通胀削减法案》，直流配电系统有资格获得税收抵免，包括可再生能源 30% 的抵免、储能 30% 的抵免以及千瓦时发电量的额外抵免。总的来说，这些激励措施可以降低直流配电系统的成本，使其与传统交流电源具有竞争力。直流配电系统不仅可以帮助建筑物实现净零排放，还可以满足 LEED 认证积分和其他智能建筑认证计划的要求。
技术进步铺平了道路
直流配电在过去几年中受到了广泛关注，并且是美国能源部 (DOE) 的主要关注领域。虽然交流电源的普遍存在以及技术和标准的缺乏此前限制了其采用，但直流配电技术的进步现在正在铺平道路。
故障管理电源 (FMP) ，由VoltServer首创的数字电力 (DE)可以在整个建筑物内安全地传输大容量直流电。FMP 系统被采用为 2023 年美国国家电气规范 (NEC) 第 726 条中的 4 类电源，电压限制为 450V，它使用集中管理的发射器和远程接收器来检测故障并立即停止传输，提供相同级别的电力保护作为安全超低电压 (SELV) 2 类电源系统，具有防冲击和起火能力。
FMP 的功率和距离能力因供应商的技术以及导体的数量和尺寸而异。例如，VoltServer 的 DE 系统在 336VDC 下运行，通过一对和两对导线分别向约 1,200 英尺的距离提供 300W 和 600W 的功率。使用多对较大的导体，它可以达到高达 2000W 的水平。
FMP 系统可以直接连接到直流电源，在整个建筑物内分配数百或数千瓦的直流电源，从而无需交流电源。FMP 支持通过集中管理来监控和控制能源使用情况，以进一步节省能源。FMP 使用通过典型的低压安装实践部署的小型轻量电缆，这些电缆可以与其他通信电缆一起保留在槽中，在大多数环境中无需导管。FMP 还可以将光纤组合到单根电缆中，为连接的电子设备和装置汇聚电源和数据。
以太网供电 (PoE) 技术是智能建筑的另一种直流电源选择。PoE 通过带有以太网数据的网络布线，在 100 米范围内提供高达 90W 的直流电源。PoE 为 Wi-Fi 接入点、安全摄像头、门禁读卡器、LED 灯、智能窗帘、扬声器、传感器等连接设备供电。
通用串行总线（USB）技术是另一种正在流行的选择。传统上用于计算机外围设备的最新 USB 标准可以通过小型连接器将数据和高达 240W 的直流电源传输到约 1 米的距离。USB 电源可为智能手机、平板电脑和笔记本电脑等个人设备充电，通过计算机、电源和数据渲染设备或由 FMP 或 PoE 供电的 USB 插座提供。
将直流微电网与 FMP、PoE 和 USB 基础设施相结合可以共同实现显着的节能效果。
克服障碍
采用直流电源的一个主要障碍是缺乏无需交流到直流转换即可直接接受直流电源的设备和装置。美国太平洋西北国家实验室 (PNNL) 与美国能源部 (DOE) 联合发布的2020 年 9 月报告《直流照明和建筑微电网：机遇和建议》指出，“缺乏接受直流输入的可用设备”是最常见的障碍之一。该报告建议 PoE 交换机、照明、HVAC 和 EV 充电器制造商提供直流输入选项。
基层努力和战略合作伙伴关系正在影响供应商的技术路线图。现在市场上正在开发无需转换即可直接接受直流电的电子设备和装置，包括网络交换机、LED 照明驱动器、HVAC 控制器。现在可以通过 FMP 直接为多个网络交换机供电。然后，这些交换机将 PoE、USB 或其他形式的直流电源提供给整个建筑物内各种连接的终端设备。其他直流电源的进步（例如单对以太网）和电压标准的开发将推动供应商将更多采用直流电源的电子设备和装置推向市场。
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