“管理型”节能控制技术在高校中的应用

董小辉

(广州市河东电子有限公司，广州 510027)

1 引言

现代化的高等院校通常都包括主教学楼、办公楼、宿舍楼、图书馆、实验楼、阶梯教室、食堂以及运动场所等各种配套功能区;并拥有先进的教学设备及校园通讯网络。其对设备智能化程度的要求也越来越高，特别是作为大面积的校园，常常因为控制点不集中比较分散，还有管理上的不方便而造成大量的能源浪费，而传统的控制对于上述要求操作非常繁琐，很难实现良好的管理。高校汇技术、人才之最佳，集培养、教育之重任，更应倡节约能源之风，尽节约能源之责，在节能的管理措施和技术措施方面做出有效的工作。

“管理型”节能控制技术能很好地解决上述问题，所谓的“管理型”节能是指通过智能控制系统的技术手段实现能源管理，将能源管理制度溶合到智能控制技术当中，把人为随意浪费的习惯改变。减少因为管理人员工作疏忽而造成的资源浪费，节约能源和人力资源;在充分满足使用要求的情况下，增强节能控制系统的灵活性和可靠性。

2 现代化学校对节能控制系统的需求分析

由于学校本身是从事教学和学生集中生活的特性，常常因为有部分学生离开教室后忘记关灯关和空调 (或者在使用时将空调的制冷温度开的很低)以及其他设备的电源，从而造成有常明灯和空调空运转的现象，造成了很大的浪费。

在建筑物耗能当中，空调和照明的能源消耗所占的比例很高，另外，在宿舍中学生用电不规范，随便使用大功率违规电器等现象，造成用电安全的隐患、浪费能源。所以针对这两部分的节能将是非常有效的节能方法。

(1)教学楼要求利用适度的照明提供一个良好的学习环境，让老师、学生进入教室就感到舒适的气氛，以减少“光污染”。

(2)教学楼的灯具数量多，故成本较高，要求控制系统可以延长灯具寿命，降低运行费用。

(3)教学楼在管理上要求能够对教室内所有区域的灯光、空调、风扇及设备电源实时监控并能根据不同场合的需求自动或手动的切换场景功能。

(4)教学楼要求能通过控制系统能节省能源消耗和节约管理成本。

传统的控制无法实现或难以实现上述功能需求，在HDL-BUS智能控制系统中，通过对输出执行设备的各种控制设置，以及输入设备的功能设置将非常容易的实现这些功能需求。

3 节能控制系统改造设计参数

(1)不改变教学楼原有的强电线路，只是在空气开关末端加入智能控制设备;负载线直接接入智能控制设备上。

(2)采用智能继电器模块控制照明回路和设备电源的开闭，通过红外码发射器来控制空调的开关、温度、风速、模式等。

(3)智能继电器模块为标准35mm丁导轨安装，安装于配电箱内;红外码发射器为86底盒安装，安装于空调后面;液晶控制面板为86底盒嵌墙式安装，安装于配电箱旁边。

(4)控制系统设备的通讯线采用五类双绞线，设备之间以手拉手方式串连。

(5)每层控制设备串接起来后通过总线交换机接入校园光纤局域网。

(6)编程设定控制功能，实现定时切换不同场景，以在满足使用的前提下实现节能的目的。

(7)节能软件可自动或手动检测设备运行状态，并能报警及提示。

(8)智能电表可对学校的用电电流进行实时监测，并可设置短信报警及语音提示。

(9)智能语音提示系统，可以实现与报警相关的各种语音提示、公共广播、早读广播等功能。

节能软件主介面

4 教学楼课室节能控制实现方法

各层课室均具有单独控制、现场手动控制、总控室控制、定时控制和空调远程控制功能。管理员在总控室电脑监控界面上可方便地通过总控开关同时打开或关闭所有区域的照明场景，也可单独控制某回路的开关。通过在总控室根据学校的作息时间统一设定开关灯和空调的时间，以达到节能的目的。为了方便管理在管理室可以统一设定每个教室空调的温度、风速、工作模式等。

在每间课室设置一个多功能液晶控制面板作为现场手动控制方式，并设定好管理权限密码，以防止非管理人员误操作。课室平时都在总控室的管理下工作，当校园网络失效时，管理人员可以输入密码单独对本课室实行手动控制操作。

智能语音提示系统，可以在早读时对学生进行带读，在课间时可以播放不同的音乐或进行公共广播。

5 教学楼多媒体课室节能控制实现方法

各层多媒体课室 (阶梯教室类同)均具有单独控制、现场手动控制、总控室控制、定时控制和空调远程控制功能。管理员在总控室电脑监控界面上可方便地通过总控开关同时打开或关闭所有区域的照明场景，也可单独控制某回路的开关。通过在总控室根据学校的作息时间统一设定开关灯和空调的时间，以达到节能的目的。为了方便管理在管理室可以统一设定每个教室空调的温度、风速、工作模式等。

智能液晶控制面板

在每间课室设置一个智能液晶控制面板作为现场手动控制方式，并设定好管理权限密码，以防止非管理人员误操作。课室平时都在总控室的管理下工作，当校园网络失效时，管理人员可以输入密码单独对本课室实行手动控制操作。

本系统是个开放性的系统，后期可以对学院的其他功能区如:院系办公楼、宿舍楼、图书馆、实验楼、阶梯教室、食堂以及运动场所进行智能化改造，并接入此次系统当中成为一个智能管理系统。

6 宿舍节能控制实现方法

目前学校火灾安全事故频繁，给学校与家庭造成了巨大损失，造成事故最关键的原因是学生用电不规范，使用大功率违规电器造成。针对此种情况国家最近出台有关学校学生用电的相关规范规则。禁止学生宿舍使用热得快，电炉子等大功率用电设备，并要求学校对学生宿舍加装安全用电监测系统。

智能电表电流显示介面

HDL宿舍节能控制系统是由智能电表、短信模块、继电器组成，结构简单，小体积，智能电表与继电器可安装在每个宿舍的配电箱内，短信模块则每栋大楼安装一个即可。整个系统可对学校么宿舍用电电流进行实时监测。一旦监测到某宿舍用电电流超标，短信模块会自动发送相应报警信息到管理员的手机上。短信内容可包括报警位置，用电电流大小等信息。宿舍管理员也可以随时随地通过手机短信查询人以宿舍的实时用电情况，用电电流大小等。

本系统还具有功率识别功能，如宿舍内有人使用热得快或电炉子等大功率设备时，系统会自动切断电源，并发出报警短信或通过语音警告，提示学生用电安全。同时在总控室的监控软件会自动的记录并提示报警。

7 系统设计结构及技术特点

(1)本工程采用先进、成熟的分布式智能监控管理系统。通过网络系统将分布在各现场的控制设备联接起来，共同完成中央集中管理和分区本地控制。考虑到本工程占地面积比较大，在控制系统上将整个系统分为多个子系统;然后通过高速以太网统一接入到控制中心。

(2)子系统采用总线型网络拓扑结构，既能满足中央监控要求与系统规模相适应;又能减少故障波及面，易于系统扩展。

(3)控制方式灵活多样:在本工程中采用了中央监控控制、分控控制、区域控制、现场控制、定时控制、红外码等控制方式。

(4)系统分区就地控制完全独立，互不干扰，一个分区停止工作不影响其它分区和设备的正常运行;系统中任意设备损坏也不影响本区内其它设备正常工作;系统分区就地控制由独立的控制面板操作完成;中央监控功能停止工作不影响各分区功能和设备运行，网络通信控制也不应因此而中断。

(5)系统内各设备的控制信息独立存储，不会因为系统中某个设备故障而使系统瘫痪。存储的信息具有停后不丢失数据功能，在恢复供电时，系统会自动恢复到停电前的工作状态。控制回路与负载回路分离，各单元之间使用4芯低压电缆相连在总线上。工作电压为DC24V，确保人身安全。

(6)系统可实现以天、周、年为周期的定时设定功能，并有天文时钟功能。实现各受控区域的自动化管理。

(7)系统具有分布式智能控制的特点和开放性，可以与楼宇自控系统、中控以及消防系统、户外照明系统等无缝连接。

8 与传统控制方式的对比

A.照明的节能

(1)课室灯具使用情况

66个课室共使用了1*36W电感支架1827支。

(2)每支电感荧光灯的耗电计算

每支36W灯管的电感镇流器耗电功率为光管瓦数的30%左右，实际每支电感荧光灯的总耗电功率为:36W*(1+30%)=46.8W

使用系统 传统照明系统 HDL-Bus系统设计 控制方案与负载综合考虑 负载与控制功能分开设计安装 动力线长，施工较麻烦 安装简便，节省动力线材功能 只能实现简单的开关功能 可通过软件设置多种功能运行 没有任何节省人力、电力的措施可通过多种手段方便管理，节省电能，降低运行费用

(3)课室灯具用电功率

1*46.8*1827=85504W≈86kW

(4)每1小时的照明费用 (平均每度电按0.8元计算)

86kW*1h*0.8=68.8元

(5)传统的控制方式

举例:夏季上午8:00～12:00，下午14:00～18:00，晚上20:00～22:00为学校上课时间，中午12:00～14:00点，傍晚18:00～20:00为休息时间。在上课前，一般由管理人员提前30分钟统一把课室的灯具用电开启以供提前进入课室的学生使用;晚上下课后，再由管理人员推后30分钟统一把课室的灯具用电关闭以供后面离开课室的学生使用。这样不但费时费事，特别是在中午休息或周末进入课室的少数学生开启整个课室的照明灯具情况下，总体估计每天会造成照明浪费在2～3小时以上。

(6)HDL-BUS节能控制系统

通过时间定时器设定好在上下午、晚上上课时间提前10分钟将课室照明打开，提前5分钟将空调打开;除此之外的时间都将照明和空调关闭从而达到节能效果。

(7)平均节能1小时费用，

用HDL-BUS节能控制系统节能1小时节省68.8元。

(8)每月节能

每天早上上课前、中午休息和晚上下课后没有及时的关灯等平均浪费在3小时以上，现按平均每天3小时计算，每月上课24天。

每月节能:3*68.8*24=4954元

(9)每年照明节能 (除去寒暑假，按8个月计算)

8*4954元=39632元

B.空调的节能

(10)课室空调使用情况

课室空调耗能约为180kW，按照每年开6个月，每天开10小时计算，

空调年耗能约为180kW*10小时*24个工作日*6个月*0.8元/度=207360元

通过远程定时开启空调、限定制冷温度、开启模式，从而减少空调的能源消耗来实现空调的节能。

通过使用分析，估计可实现空调节能约30%，计年节省电费20.7万元*30%，为6.21万元。

综上所述，用了HDL-BUS节能控制系统之后，课室年节能费用为:

照明节能加空调节能:共计3.96万元+6.21万元=10.17万元。

9 总结

在综合考虑管理费、维护费等因素，预计能在短期之内收回投入成本实现创造节能的目标。

并且采用了智能控制系统后能为高校在科技节能、环保方面提升形象，也符合国家现在对节能环保方面的政策;而且可以突出体现学院现代化的教育理念和教学手段，促进学院整体办学水平和综合实力的提高，同时也体现了人性化、规范化的教育管理。

［1］朱绍龙.节能高效照明 提供优良环境.照明工程学报，2004年，第15卷第1期

［2］蒋小洛，叶芃生.灯光控制系统及其能效分析.照明工程学报，2006年第4期