校园中央节能系统设计

张卓影

（广州市执信中学，广东 广州 510000）

在校园中，宿舍楼是校园中能源消耗比较大的建筑。同时，由于人的心理因素和客观需要，也是能源浪费比较严重的区域。同时由于其中居住的是作息时间较为统一、固定的学生，宿舍楼的能源消耗与时间段呈显著相关，这就有可能通过合理的设计，以低成本、低能耗设备，在基本不影响生活质量的情况下最大限度地削减不必要能源消耗。

1 设计方案

针对上述宿舍楼能源使用特点，我设计了如下一整套设计方案：

授时控制模块是本系统的中枢，可通过预先布线或无线接入方式进行。此模块将需要的时间、日期以及一些附加信息（如光照程度等）传递给各分系统，分系统则依据统一的信息及各自所控制系统的特点实时调整能源使用方案。

2 基于智能电表的能源使用记录系统

目前较为成熟的能源使用记录系统的例子是GreenBox，它提供一个基于网络的解决方案，以直观的界面提供对能源使用量的自动分类、分析及个性化省电建议，并根据能源使用情况计算碳足迹，让使用者了解其行为对温室气体排放等环境问题的影响。我将这一成熟的技术融入了设计系统，从提高节能意识的层次达到节约能源，减少碳排放的目的。同时，与电气系统相连的智能电表也为智能住宅系统提供了硬件基础。

3 宿舍照明系统

宿舍照明以授时与通讯系统为控制核心，系统电源与照明设备并联，照明设备通电后，集成IC芯片即开始计时，当断电条件符合时，系统会做出"忘记断电"的判断，通过固体继电器切断电源，达成节能的目的。

3.1 室内照明控制系统

该系统首先基于授时系统判断是否符合断电标准，从而做出反应。

光照条件：在阴暗的条件下，系统不会自动断电，从而保证了不会影响人的正常生活。

时间条件：在光照充足的前提下，电源一定时间内没有被手动切断。

系统会通过计时器自动记录照明持续时间，达到一定时间（该限制时间最初由设计人员设定，安装系统时由安装人员根据情况自行更改），两个条件都符合，在这种情况下，系统根据反馈，判断需要关灯，从而下达指令，通过固体继电器自动断电。在只满足一个条件的情况下，系统不会自动断电。

3.2 阳台照明控制系统

宿舍阳台有时会出现人走灯未关的现象，又由于夜晚人在宿舍，窗帘阻挡人的视线，即使阳台灯未关，人也很难察觉，阳台灯长时间无法关闭，造成大量不必要的电能消耗。

为达到自动断电的效果，阳台照明控制系统将记录阳台照明时间，控制阳台灯具。实际情况是阳台灯只要长时间不关绝大多数多数情况是忘记关灯，因此只要阳台灯具照明达到指定时间，阳台照明控制系统就会判断为忘记关灯，传达断电指令，用固体继电器切断电源。

4 公共照明系统

公共区域照明系统，对照明质量要求不高，照明的要求与时间段有很大关系。为此，我设计了以光电传感器为基础、受授时系统控制的公共照明控制系统，并用LED照明灯具代替目前常用的荧光灯。

白天，公共照明设备没有开启的必要（但此系统中可以设置应急开关以备消防等需要），授时系统可将照明电源置于关闭状态，以节约因忘记关灯造成的浪费。

傍晚开始，系统电源打开。这时宿舍楼内处于人流密集时段，综合考虑下，可不必启用光电传感器，灯具不间断运转。

由作息时间决定，晚饭后19：00-21：00左右，多数学生不在宿舍内，可启动光电感应器。按照初步设计，光电感应器两个一对，相距10cm，距地面20cm装置在门框处（因若有人进入该区域，正常情况下应该是由门进入）。两个一组的传感器探测到运动物体的时间差可以用来判断人的行走方向，而间距大约5米的门框上安置的传感器阵列则可足够精确地判断行人位置。有了这两条信息，每楼层一套的判断芯片（基于低能耗单片机）就可精确控制路灯的通断状态。

5 制冷取暖控制系统

5.1 电热水器控制

进入设定时段（如冬季夜间00：00~6：00，夏季全天或者除吃饭时间之外）后，切换电热水器保温温度设定。可切换不同参数的热记忆金属片或热电偶，即可做到在需要的时段降低保温设定温度。如工程难度大（比如整个建筑的电热水器都已安装完毕，难以升级），可间歇为其供电，也可降低能源损耗，但因各个热水器的使用情况不同步，这样势必面临易用性与节能型的冲突，所以应尽可能定制有此方面功能的热水器。

5.2 智能取暖系统

我设想，在保证成本可以接受的前提下，在预设的空闲时段（如学校宿舍的白天）通过传感器结合GreenBox提供的用电信息，判断宿舍内是否有人，如果没人，则通过电磁阀对暖气水流进行节流；有人时以及夜晚到来之前关闭此节流系统，以保证有人时室内的正常供暖。

5.3 蓄能中央空调

总体而言，夜间使用大功率电器对整个电网的代价小于白天用电高峰时段。采用造冰蓄能式中央空调，夜间时段（23：30-次日6：30）中央空调则进行储能制冷，造冰，第二天用电高峰时段直接使用冰冷却空气，即可减轻整个电网的负荷，提高供电效率，又可避免空调设备在用电高峰（电压低且不稳）高负荷工作，延长设备使用寿命。

[1]刘玲.校园建筑的节能设计探讨.广东珠江建筑工程设计公司[J].科技资讯，2007.07.13.