校園中央節(jié)能系統(tǒng)設計

張卓影

（廣州市執(zhí)信中學，廣東 廣州 510000）

在校園中，宿舍樓是校園中能源消耗比較大的建筑。同時，由于人的心理因素和客觀需要，也是能源浪費比較嚴重的區(qū)域。同時由于其中居住的是作息時間較為統(tǒng)一、固定的學生，宿舍樓的能源消耗與時間段呈顯著相關，這就有可能通過合理的設計，以低成本、低能耗設備，在基本不影響生活質量的情況下最大限度地削減不必要能源消耗。

1 設計方案

針對上述宿舍樓能源使用特點，我設計了如下一整套設計方案：

授時控制模塊是本系統(tǒng)的中樞，可通過預先布線或無線接入方式進行。此模塊將需要的時間、日期以及一些附加信息（如光照程度等）傳遞給各分系統(tǒng)，分系統(tǒng)則依據(jù)統(tǒng)一的信息及各自所控制系統(tǒng)的特點實時調整能源使用方案。

2 基于智能電表的能源使用記錄系統(tǒng)

目前較為成熟的能源使用記錄系統(tǒng)的例子是GreenBox，它提供一個基于網(wǎng)絡的解決方案，以直觀的界面提供對能源使用量的自動分類、分析及個性化省電建議，并根據(jù)能源使用情況計算碳足跡，讓使用者了解其行為對溫室氣體排放等環(huán)境問題的影響。我將這一成熟的技術融入了設計系統(tǒng)，從提高節(jié)能意識的層次達到節(jié)約能源，減少碳排放的目的。同時，與電氣系統(tǒng)相連的智能電表也為智能住宅系統(tǒng)提供了硬件基礎。

3 宿舍照明系統(tǒng)

宿舍照明以授時與通訊系統(tǒng)為控制核心，系統(tǒng)電源與照明設備并聯(lián)，照明設備通電后，集成IC芯片即開始計時，當斷電條件符合時，系統(tǒng)會做出"忘記斷電"的判斷，通過固體繼電器切斷電源，達成節(jié)能的目的。

3.1 室內照明控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)首先基于授時系統(tǒng)判斷是否符合斷電標準，從而做出反應。

光照條件：在陰暗的條件下，系統(tǒng)不會自動斷電，從而保證了不會影響人的正常生活。

時間條件：在光照充足的前提下，電源一定時間內沒有被手動切斷。

系統(tǒng)會通過計時器自動記錄照明持續(xù)時間，達到一定時間（該限制時間最初由設計人員設定，安裝系統(tǒng)時由安裝人員根據(jù)情況自行更改），兩個條件都符合，在這種情況下，系統(tǒng)根據(jù)反饋，判斷需要關燈，從而下達指令，通過固體繼電器自動斷電。在只滿足一個條件的情況下，系統(tǒng)不會自動斷電。

3.2 陽臺照明控制系統(tǒng)

宿舍陽臺有時會出現(xiàn)人走燈未關的現(xiàn)象，又由于夜晚人在宿舍，窗簾阻擋人的視線，即使陽臺燈未關，人也很難察覺，陽臺燈長時間無法關閉，造成大量不必要的電能消耗。

為達到自動斷電的效果，陽臺照明控制系統(tǒng)將記錄陽臺照明時間，控制陽臺燈具。實際情況是陽臺燈只要長時間不關絕大多數(shù)多數(shù)情況是忘記關燈，因此只要陽臺燈具照明達到指定時間，陽臺照明控制系統(tǒng)就會判斷為忘記關燈，傳達斷電指令，用固體繼電器切斷電源。

4 公共照明系統(tǒng)

公共區(qū)域照明系統(tǒng)，對照明質量要求不高，照明的要求與時間段有很大關系。為此，我設計了以光電傳感器為基礎、受授時系統(tǒng)控制的公共照明控制系統(tǒng)，并用LED照明燈具代替目前常用的熒光燈。

白天，公共照明設備沒有開啟的必要（但此系統(tǒng)中可以設置應急開關以備消防等需要），授時系統(tǒng)可將照明電源置于關閉狀態(tài)，以節(jié)約因忘記關燈造成的浪費。

傍晚開始，系統(tǒng)電源打開。這時宿舍樓內處于人流密集時段，綜合考慮下，可不必啟用光電傳感器，燈具不間斷運轉。

由作息時間決定，晚飯后19：00-21：00左右，多數(shù)學生不在宿舍內，可啟動光電感應器。按照初步設計，光電感應器兩個一對，相距10cm，距地面20cm裝置在門框處（因若有人進入該區(qū)域，正常情況下應該是由門進入）。兩個一組的傳感器探測到運動物體的時間差可以用來判斷人的行走方向，而間距大約5米的門框上安置的傳感器陣列則可足夠精確地判斷行人位置。有了這兩條信息，每樓層一套的判斷芯片（基于低能耗單片機）就可精確控制路燈的通斷狀態(tài)。

5 制冷取暖控制系統(tǒng)

5.1 電熱水器控制

進入設定時段（如冬季夜間00：00~6：00，夏季全天或者除吃飯時間之外）后，切換電熱水器保溫溫度設定。可切換不同參數(shù)的熱記憶金屬片或熱電偶，即可做到在需要的時段降低保溫設定溫度。如工程難度大（比如整個建筑的電熱水器都已安裝完畢，難以升級），可間歇為其供電，也可降低能源損耗，但因各個熱水器的使用情況不同步，這樣勢必面臨易用性與節(jié)能型的沖突，所以應盡可能定制有此方面功能的熱水器。

5.2 智能取暖系統(tǒng)

我設想，在保證成本可以接受的前提下，在預設的空閑時段（如學校宿舍的白天）通過傳感器結合GreenBox提供的用電信息，判斷宿舍內是否有人，如果沒人，則通過電磁閥對暖氣水流進行節(jié)流；有人時以及夜晚到來之前關閉此節(jié)流系統(tǒng)，以保證有人時室內的正常供暖。

5.3 蓄能中央空調

總體而言，夜間使用大功率電器對整個電網(wǎng)的代價小于白天用電高峰時段。采用造冰蓄能式中央空調，夜間時段（23：30-次日6：30）中央空調則進行儲能制冷，造冰，第二天用電高峰時段直接使用冰冷卻空氣，即可減輕整個電網(wǎng)的負荷，提高供電效率，又可避免空調設備在用電高峰（電壓低且不穩(wěn)）高負荷工作，延長設備使用壽命。

[1]劉玲.校園建筑的節(jié)能設計探討.廣東珠江建筑工程設計公司[J].科技資訊，2007.07.13.