“管理型”節(jié)能控制技術(shù)在高校中的應(yīng)用

董小輝

(廣州市河?xùn)|電子有限公司，廣州 510027)

1 引言

現(xiàn)代化的高等院校通常都包括主教學(xué)樓、辦公樓、宿舍樓、圖書館、實驗樓、階梯教室、食堂以及運動場所等各種配套功能區(qū);并擁有先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備及校園通訊網(wǎng)絡(luò)。其對設(shè)備智能化程度的要求也越來越高，特別是作為大面積的校園，常常因為控制點不集中比較分散，還有管理上的不方便而造成大量的能源浪費，而傳統(tǒng)的控制對于上述要求操作非常繁瑣，很難實現(xiàn)良好的管理。高校匯技術(shù)、人才之最佳，集培養(yǎng)、教育之重任，更應(yīng)倡節(jié)約能源之風(fēng)，盡節(jié)約能源之責(zé)，在節(jié)能的管理措施和技術(shù)措施方面做出有效的工作。

“管理型”節(jié)能控制技術(shù)能很好地解決上述問題，所謂的“管理型”節(jié)能是指通過智能控制系統(tǒng)的技術(shù)手段實現(xiàn)能源管理，將能源管理制度溶合到智能控制技術(shù)當(dāng)中，把人為隨意浪費的習(xí)慣改變。減少因為管理人員工作疏忽而造成的資源浪費，節(jié)約能源和人力資源;在充分滿足使用要求的情況下，增強節(jié)能控制系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

2 現(xiàn)代化學(xué)校對節(jié)能控制系統(tǒng)的需求分析

由于學(xué)校本身是從事教學(xué)和學(xué)生集中生活的特性，常常因為有部分學(xué)生離開教室后忘記關(guān)燈關(guān)和空調(diào) (或者在使用時將空調(diào)的制冷溫度開的很低)以及其他設(shè)備的電源，從而造成有常明燈和空調(diào)空運轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，造成了很大的浪費。

在建筑物耗能當(dāng)中，空調(diào)和照明的能源消耗所占的比例很高，另外，在宿舍中學(xué)生用電不規(guī)范，隨便使用大功率違規(guī)電器等現(xiàn)象，造成用電安全的隱患、浪費能源。所以針對這兩部分的節(jié)能將是非常有效的節(jié)能方法。

(1)教學(xué)樓要求利用適度的照明提供一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓老師、學(xué)生進(jìn)入教室就感到舒適的氣氛，以減少“光污染”。

(2)教學(xué)樓的燈具數(shù)量多，故成本較高，要求控制系統(tǒng)可以延長燈具壽命，降低運行費用。

(3)教學(xué)樓在管理上要求能夠?qū)淌覂?nèi)所有區(qū)域的燈光、空調(diào)、風(fēng)扇及設(shè)備電源實時監(jiān)控并能根據(jù)不同場合的需求自動或手動的切換場景功能。

(4)教學(xué)樓要求能通過控制系統(tǒng)能節(jié)省能源消耗和節(jié)約管理成本。

傳統(tǒng)的控制無法實現(xiàn)或難以實現(xiàn)上述功能需求，在HDL-BUS智能控制系統(tǒng)中，通過對輸出執(zhí)行設(shè)備的各種控制設(shè)置，以及輸入設(shè)備的功能設(shè)置將非常容易的實現(xiàn)這些功能需求。

3 節(jié)能控制系統(tǒng)改造設(shè)計參數(shù)

(1)不改變教學(xué)樓原有的強電線路，只是在空氣開關(guān)末端加入智能控制設(shè)備;負(fù)載線直接接入智能控制設(shè)備上。

(2)采用智能繼電器模塊控制照明回路和設(shè)備電源的開閉，通過紅外碼發(fā)射器來控制空調(diào)的開關(guān)、溫度、風(fēng)速、模式等。

(3)智能繼電器模塊為標(biāo)準(zhǔn)35mm丁導(dǎo)軌安裝，安裝于配電箱內(nèi);紅外碼發(fā)射器為86底盒安裝，安裝于空調(diào)后面;液晶控制面板為86底盒嵌墻式安裝，安裝于配電箱旁邊。

(4)控制系統(tǒng)設(shè)備的通訊線采用五類雙絞線，設(shè)備之間以手拉手方式串連。

(5)每層控制設(shè)備串接起來后通過總線交換機接入校園光纖局域網(wǎng)。

(6)編程設(shè)定控制功能，實現(xiàn)定時切換不同場景，以在滿足使用的前提下實現(xiàn)節(jié)能的目的。

(7)節(jié)能軟件可自動或手動檢測設(shè)備運行狀態(tài)，并能報警及提示。

(8)智能電表可對學(xué)校的用電電流進(jìn)行實時監(jiān)測，并可設(shè)置短信報警及語音提示。

(9)智能語音提示系統(tǒng)，可以實現(xiàn)與報警相關(guān)的各種語音提示、公共廣播、早讀廣播等功能。

節(jié)能軟件主介面

4 教學(xué)樓課室節(jié)能控制實現(xiàn)方法

各層課室均具有單獨控制、現(xiàn)場手動控制、總控室控制、定時控制和空調(diào)遠(yuǎn)程控制功能。管理員在總控室電腦監(jiān)控界面上可方便地通過總控開關(guān)同時打開或關(guān)閉所有區(qū)域的照明場景，也可單獨控制某回路的開關(guān)。通過在總控室根據(jù)學(xué)校的作息時間統(tǒng)一設(shè)定開關(guān)燈和空調(diào)的時間，以達(dá)到節(jié)能的目的。為了方便管理在管理室可以統(tǒng)一設(shè)定每個教室空調(diào)的溫度、風(fēng)速、工作模式等。

在每間課室設(shè)置一個多功能液晶控制面板作為現(xiàn)場手動控制方式，并設(shè)定好管理權(quán)限密碼，以防止非管理人員誤操作。課室平時都在總控室的管理下工作，當(dāng)校園網(wǎng)絡(luò)失效時，管理人員可以輸入密碼單獨對本課室實行手動控制操作。

智能語音提示系統(tǒng)，可以在早讀時對學(xué)生進(jìn)行帶讀，在課間時可以播放不同的音樂或進(jìn)行公共廣播。

5 教學(xué)樓多媒體課室節(jié)能控制實現(xiàn)方法

各層多媒體課室 (階梯教室類同)均具有單獨控制、現(xiàn)場手動控制、總控室控制、定時控制和空調(diào)遠(yuǎn)程控制功能。管理員在總控室電腦監(jiān)控界面上可方便地通過總控開關(guān)同時打開或關(guān)閉所有區(qū)域的照明場景，也可單獨控制某回路的開關(guān)。通過在總控室根據(jù)學(xué)校的作息時間統(tǒng)一設(shè)定開關(guān)燈和空調(diào)的時間，以達(dá)到節(jié)能的目的。為了方便管理在管理室可以統(tǒng)一設(shè)定每個教室空調(diào)的溫度、風(fēng)速、工作模式等。

智能液晶控制面板

在每間課室設(shè)置一個智能液晶控制面板作為現(xiàn)場手動控制方式，并設(shè)定好管理權(quán)限密碼，以防止非管理人員誤操作。課室平時都在總控室的管理下工作，當(dāng)校園網(wǎng)絡(luò)失效時，管理人員可以輸入密碼單獨對本課室實行手動控制操作。

本系統(tǒng)是個開放性的系統(tǒng)，后期可以對學(xué)院的其他功能區(qū)如:院系辦公樓、宿舍樓、圖書館、實驗樓、階梯教室、食堂以及運動場所進(jìn)行智能化改造，并接入此次系統(tǒng)當(dāng)中成為一個智能管理系統(tǒng)。

6 宿舍節(jié)能控制實現(xiàn)方法

目前學(xué)校火災(zāi)安全事故頻繁，給學(xué)校與家庭造成了巨大損失，造成事故最關(guān)鍵的原因是學(xué)生用電不規(guī)范，使用大功率違規(guī)電器造成。針對此種情況國家最近出臺有關(guān)學(xué)校學(xué)生用電的相關(guān)規(guī)范規(guī)則。禁止學(xué)生宿舍使用熱得快，電爐子等大功率用電設(shè)備，并要求學(xué)校對學(xué)生宿舍加裝安全用電監(jiān)測系統(tǒng)。

智能電表電流顯示介面

HDL宿舍節(jié)能控制系統(tǒng)是由智能電表、短信模塊、繼電器組成，結(jié)構(gòu)簡單，小體積，智能電表與繼電器可安裝在每個宿舍的配電箱內(nèi)，短信模塊則每棟大樓安裝一個即可。整個系統(tǒng)可對學(xué)校么宿舍用電電流進(jìn)行實時監(jiān)測。一旦監(jiān)測到某宿舍用電電流超標(biāo)，短信模塊會自動發(fā)送相應(yīng)報警信息到管理員的手機上。短信內(nèi)容可包括報警位置，用電電流大小等信息。宿舍管理員也可以隨時隨地通過手機短信查詢?nèi)艘运奚岬膶崟r用電情況，用電電流大小等。

本系統(tǒng)還具有功率識別功能，如宿舍內(nèi)有人使用熱得快或電爐子等大功率設(shè)備時，系統(tǒng)會自動切斷電源，并發(fā)出報警短信或通過語音警告，提示學(xué)生用電安全。同時在總控室的監(jiān)控軟件會自動的記錄并提示報警。

7 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點

(1)本工程采用先進(jìn)、成熟的分布式智能監(jiān)控管理系統(tǒng)。通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將分布在各現(xiàn)場的控制設(shè)備聯(lián)接起來，共同完成中央集中管理和分區(qū)本地控制。考慮到本工程占地面積比較大，在控制系統(tǒng)上將整個系統(tǒng)分為多個子系統(tǒng);然后通過高速以太網(wǎng)統(tǒng)一接入到控制中心。

(2)子系統(tǒng)采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，既能滿足中央監(jiān)控要求與系統(tǒng)規(guī)模相適應(yīng);又能減少故障波及面，易于系統(tǒng)擴展。

(3)控制方式靈活多樣:在本工程中采用了中央監(jiān)控控制、分控控制、區(qū)域控制、現(xiàn)場控制、定時控制、紅外碼等控制方式。

(4)系統(tǒng)分區(qū)就地控制完全獨立，互不干擾，一個分區(qū)停止工作不影響其它分區(qū)和設(shè)備的正常運行;系統(tǒng)中任意設(shè)備損壞也不影響本區(qū)內(nèi)其它設(shè)備正常工作;系統(tǒng)分區(qū)就地控制由獨立的控制面板操作完成;中央監(jiān)控功能停止工作不影響各分區(qū)功能和設(shè)備運行，網(wǎng)絡(luò)通信控制也不應(yīng)因此而中斷。

(5)系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的控制信息獨立存儲，不會因為系統(tǒng)中某個設(shè)備故障而使系統(tǒng)癱瘓。存儲的信息具有停后不丟失數(shù)據(jù)功能，在恢復(fù)供電時，系統(tǒng)會自動恢復(fù)到停電前的工作狀態(tài)。控制回路與負(fù)載回路分離，各單元之間使用4芯低壓電纜相連在總線上。工作電壓為DC24V，確保人身安全。

(6)系統(tǒng)可實現(xiàn)以天、周、年為周期的定時設(shè)定功能，并有天文時鐘功能。實現(xiàn)各受控區(qū)域的自動化管理。

(7)系統(tǒng)具有分布式智能控制的特點和開放性，可以與樓宇自控系統(tǒng)、中控以及消防系統(tǒng)、戶外照明系統(tǒng)等無縫連接。

8 與傳統(tǒng)控制方式的對比

A.照明的節(jié)能

(1)課室燈具使用情況

66個課室共使用了1*36W電感支架1827支。

(2)每支電感熒光燈的耗電計算

每支36W燈管的電感鎮(zhèn)流器耗電功率為光管瓦數(shù)的30%左右，實際每支電感熒光燈的總耗電功率為:36W*(1+30%)=46.8W

使用系統(tǒng) 傳統(tǒng)照明系統(tǒng) HDL-Bus系統(tǒng)設(shè)計 控制方案與負(fù)載綜合考慮 負(fù)載與控制功能分開設(shè)計安裝 動力線長，施工較麻煩 安裝簡便，節(jié)省動力線材功能 只能實現(xiàn)簡單的開關(guān)功能 可通過軟件設(shè)置多種功能運行 沒有任何節(jié)省人力、電力的措施可通過多種手段方便管理，節(jié)省電能，降低運行費用

(3)課室燈具用電功率

1*46.8*1827=85504W≈86kW

(4)每1小時的照明費用 (平均每度電按0.8元計算)

86kW*1h*0.8=68.8元

(5)傳統(tǒng)的控制方式

舉例:夏季上午8:00～12:00，下午14:00～18:00，晚上20:00～22:00為學(xué)校上課時間，中午12:00～14:00點，傍晚18:00～20:00為休息時間。在上課前，一般由管理人員提前30分鐘統(tǒng)一把課室的燈具用電開啟以供提前進(jìn)入課室的學(xué)生使用;晚上下課后，再由管理人員推后30分鐘統(tǒng)一把課室的燈具用電關(guān)閉以供后面離開課室的學(xué)生使用。這樣不但費時費事，特別是在中午休息或周末進(jìn)入課室的少數(shù)學(xué)生開啟整個課室的照明燈具情況下，總體估計每天會造成照明浪費在2～3小時以上。

(6)HDL-BUS節(jié)能控制系統(tǒng)

通過時間定時器設(shè)定好在上下午、晚上上課時間提前10分鐘將課室照明打開，提前5分鐘將空調(diào)打開;除此之外的時間都將照明和空調(diào)關(guān)閉從而達(dá)到節(jié)能效果。

(7)平均節(jié)能1小時費用，

用HDL-BUS節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能1小時節(jié)省68.8元。

(8)每月節(jié)能

每天早上上課前、中午休息和晚上下課后沒有及時的關(guān)燈等平均浪費在3小時以上，現(xiàn)按平均每天3小時計算，每月上課24天。

每月節(jié)能:3*68.8*24=4954元

(9)每年照明節(jié)能 (除去寒暑假，按8個月計算)

8*4954元=39632元

B.空調(diào)的節(jié)能

(10)課室空調(diào)使用情況

課室空調(diào)耗能約為180kW，按照每年開6個月，每天開10小時計算，

空調(diào)年耗能約為180kW*10小時*24個工作日*6個月*0.8元/度=207360元

通過遠(yuǎn)程定時開啟空調(diào)、限定制冷溫度、開啟模式，從而減少空調(diào)的能源消耗來實現(xiàn)空調(diào)的節(jié)能。

通過使用分析，估計可實現(xiàn)空調(diào)節(jié)能約30%，計年節(jié)省電費20.7萬元*30%，為6.21萬元。

綜上所述，用了HDL-BUS節(jié)能控制系統(tǒng)之后，課室年節(jié)能費用為:

照明節(jié)能加空調(diào)節(jié)能:共計3.96萬元+6.21萬元=10.17萬元。

9 總結(jié)

在綜合考慮管理費、維護(hù)費等因素，預(yù)計能在短期之內(nèi)收回投入成本實現(xiàn)創(chuàng)造節(jié)能的目標(biāo)。

并且采用了智能控制系統(tǒng)后能為高校在科技節(jié)能、環(huán)保方面提升形象，也符合國家現(xiàn)在對節(jié)能環(huán)保方面的政策;而且可以突出體現(xiàn)學(xué)院現(xiàn)代化的教育理念和教學(xué)手段，促進(jìn)學(xué)院整體辦學(xué)水平和綜合實力的提高，同時也體現(xiàn)了人性化、規(guī)范化的教育管理。

［1］朱紹龍.節(jié)能高效照明 提供優(yōu)良環(huán)境.照明工程學(xué)報，2004年，第15卷第1期

［2］蔣小洛，葉芃生.燈光控制系統(tǒng)及其能效分析.照明工程學(xué)報，2006年第4期