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教学楼建筑节能改造智能照明系统应用

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摘要:高校教学楼电力耗费量大,需进行节能改造,以降低用电成本。基于此,文章简要介绍了本项目的改造概况,分析了高校教学楼建筑耗电的原因,阐述了智能照明系统在高校教学楼建筑节能改造中的应用原则,重点从能源监管,以及照明设计两方面总结了节能改造的方法。文章通过对改造效益的分析,证实了智能照明系统以及各项节能改造方案应用的可行性。

关键词:智能照明系统;高校教学楼;节能改造

1项目概况及高校教学楼建筑耗电特点

1.1项目概况

本项目为高校教学楼节能改造项目,待改造高校位于我国国内,为本科院校。为响应国家扩大招生量的号召,为人才的培养提供良好的平台,淮海工学院近年来逐渐扩大了招生规模,并于校园中增设了多个教学楼,使高校的教学资源得到了极大程度的丰富。但因教学楼使用期间多媒体设备、照明设备、计算机设备的运行,均需消耗大量的电力资源。高校自扩招以来,用电费用明显提升。考虑到办学成本问题,淮海工学院决定在分析导致教学楼耗电量大的原因的基础上,开展建筑节能改造工程。通过优化照明设备,以及应用智能照明系统的途径,建设数字化能源监管平台[1]。对高校的用电量,进行实时控制。最终达到降低能耗、降低高校办学成本的目的。

1.2高校教学楼耗电原因

高校教学楼耗电量过大的原因,体现在以下方面:(1)设备问题。高校部分教学楼,照明灯具老旧。加之设备无节能效果,功耗较大。因此,用电费用较高。针对由上述原因所导致的耗电量大的问题,将原始灯具更换为LED灯具,可取得较好的效果。(2)缺乏智能化管理。缺乏智能化管理同样是导致教学楼耗电量过高的主要原因。在无智能能源监控平台的环境下,高校无法了解自身能源的消耗趋势以及特征[2]。因此,高校往往难以制定针对性的方案进行节能改造。可见,建设智能照明系统以及数字化能源监管平台较为重要。(3)具有阵发性特征。高校教学楼的耗电量随校园课程设置澳门葡京娱乐手机版的变化而有所变化。降低耗电量的重点在于对用电高峰时期的电量进行优化控制。

2智能照明系统在高校教学楼建筑节能改造中的应用原则

2.1先进性与示范性原则

高校教学楼建筑节能改造过程中,智能照明系统的应用应遵循先进性与示范性两大原则。(1)先进性。节能技术是否具有先进性,一定程度上决定着节能效果是否能够满足高校的需求。建筑节能改造过程中,应将以LED设备为代表的、先进的节能设备应用到智能照明系统中。借助先进的节能技术,使高校的能耗管理处于全国领先地位[3]。(2)示范性。本项目内容全面、规模较大,是教育部能效领跑者的重点项目,具有代表性和示范性,对全国高校有意义。为体现项目的示范性意义,项目所设计的智能照明系统同样应具有可性,确保淮海工学院所应用的节能改造技术,可被应用到其他高校。使我国的建筑节能改造水平能够得到系统性的提升。

2.2实效性与创新性原则

高校教学楼建筑节能改造过程中,智能照明系统的应用,同样应遵循实效性与创新性原则。(1)实效性:建筑节能改造项目所设计的智能照明系统,不仅应具有节能的优势,同时还应具有可靠、澳门葡京娱乐网址、低成本的特征,使系统应用后,学生、学校以及企业能够实现多赢。另外,智能照明系统设计过程中,设计人员还应遵循可持续发展的原则,充分考虑未来系统的应用价值,使系统的使用寿命得以延长,为高校未来的节能创造更大的价值[4]。(2)创新性:本项目将节能改造类、投资收益类、设备投入类的组合澳门葡京娱乐手机版应用到了节能改造过程中。并借助互联网、大数据以及云计算等新技术。对宿舍管理、教务管理的澳门葡京娱乐手机版进行了优化,创新性较强。

3智能照明系统在高校教学楼建筑节能改造中的应用方案

3.1数字化能源监管

3.1.1监管需求分析变电所运行过程中,微机远动终端装置RTU或电力网络仪表,可对其运行数据进行实时的处理。并将处理后所得到的数据传输至调度中心,供调度中心的值班人员查询。与人工值守变电所相比,无人值守变电所的应用,不仅能够降低人工成本,且能够提高电力数据监测效率[5]。本项目中,高校内的配电房,均建设于不同年份。且各配电房所处的区域,具有一定的分散性。需将其改造为无人值守变电所,利用数字化能源监管平台,对其用电数据进行监管,提高变电所运行的澳门葡京娱乐网址性。

3.1.2变电所改造目标本项目的变电所改造目标如下:(1)建立数字化能源监管平台,利用该平台对高校分散在各个区域的变电所进行集中管理,从而使管理难度得以降低,提高各变电所用电数据的收集效率。(2)本项目中,高校变电所设备数量众多,数据采集量较大。为提高数据采集效率、提高能耗数据分析结果的准确性,本项目考虑利用先进的云计算技术,对变电站数据进行整合。并借助大数据技术,对高校的能耗变化趋势与特点进行分析,从而为高校能耗的降低提供数据支持[6]。

3.1.3平台建设思路本项目数字化能源监管系统的建设,主要按照搭建、运行、管理、运维一体化的思路而进行。平台所收集的信息,可经以太网或485进行传输。变电站与集控站之间,需采用光纤连接。而集控站与运维中心之间,则应采用无线VPN连接。

3.1.4自动化构架本系统由3层构架构成,分别为云平台、集中控制与运维中心、自动化系统。(1)云平台,该平台部署在中心变电所,可实时收集中心变电站的能耗数据。利用统一的云平台,有关人员可实现对学校内所有变电所的统一管理。且可以通过浏览器,快捷方便地监管学校内各变电所总览信息以及相关报告情况。一旦高校建筑能耗量过大,有关人员可立即发现异常,并对其进行处理。(2)集中控制与运维中心,有关人员可借助集中控制与运维中心,对变电所设备的运行状况进行实时监测。如无紧急情况,变电所将长期处于无人值守状态。(3)自动化系统改造,有关人员应对电气一次设备采集层、控制层进行自动化改造。改造完成后的系统,应具备继电保护、视频监控以及线路测控等多种功能。

3.1.5硬件与软件设计本系统的硬件配置澳门葡京娱乐手机版,以冗余澳门葡京娱乐手机版为主。当某单点硬件发生故障后,冗余设备可立即替代该设备发挥功能,确保系统能够正常运行。本系统硬件结构为双网结构,服务器共3种。功能分别在于采集数据、分析数据以及处理数据。为提高系统运行的澳门葡京娱乐网址性,本项目决定设置硬件防火墙,预防系统入侵等风险。系统网络数据的采集设备,以网络交换机为主。交换机的运行速率处于100~1000M,运行澳门葡京娱乐手机版为自适应澳门葡京娱乐手机版。

3.2建筑照明节能改造设计

3.2.1照明现状本项目中,高校教学楼的灯具较为落后,且光源故障率高,照明位置不合理。不仅照明效果差,且能耗量大。具体状况如下:(1)教学楼的灯具光源,均为传统白炽灯管。上述灯管的缺陷在于光效低,如灯管开启数量较少,照明效果往往难以满足实际工作需要。如灯管开启数量过多,照明舒适度一般较差,且能耗会显著提高。(2)教学楼的传统光源故障率高,使用寿命短,更换维护的材料、人工费用高。如未及时更换设备,高校的照明成本将显著提升。(3)淮海工学院体育馆照明控制终端位置不合理,开关灯不方便,容易导致能源浪费。进一步调查发现,高校宿舍以及教学楼的公共区域,夜间照明管理同样较为困难。

3.2.2优化设计针对高校教学楼目前的照明现状,应采用以下措施:(1)更换灯具;(2)降低功率;(3)应用智能控制系统。

3.2.3系统设计技术本项目中,智能控制系统由计算机控制系统、CAN总线通信技术以及网络为主要构成部分。CAN总线通信技术为本系统的核心技术。该技术为系统人机交互功能实现的支撑性技术,且具有操作便利的优势。系统中配置有智能监控软件,应用软件即可控制能耗,使高校的电力费用得以降低。

3.2.4系统功能设计本系统具有远程控制、定时开关灯、场景控制、状态监测、预警等多种功能。以远程控制功能为例:本系统在高校门卫室,设有监控终端。门卫室工作人员,可根据高校教学楼的使用情况,利用电脑终端,集中控制整个教学楼的照明。当教学楼无需用电时,工作人员仅需点击关闭按钮,既可切断所有电源。除此之外,工作人员还可根据教学楼的开放时间,设置灯具的开关时间,从而提高灯具开关的便利性,改善节能效果。

3.2.5系统结构设计本系统构件较为复杂,智能面板、控制模块等均属于系统的主要构成部分。考虑到灯具启动瞬间冲击电流较大,一旦当时灯具所处的运行环境较为恶劣,故障的发生率往往较高。为解决上述问题,本项目决定选用抗击灯性负载电流优良的继电器模块,对灯具的复负载电流进行优化控制。在此基础上,利用软启动技术启动电源,使建筑电力系统的开启澳门葡京娱乐网址性以及电路的稳定性得以提升。本系统所应用的智能面板以及模块手动开关,具有相互独立的特征。本系统的控制模块处于配电箱中。无需另外设置配电箱,系统功能即可发挥。采用上述方案设计系统结构,可有效满足高校照明系统的运行需求。

3.2.6系统软件设计本系统的软件结构,以模块化结构为主。系统应用过程中,用户可根据自身的财力以及物力投入情况,对系统进行灵活的配置。系统软件中,显示模块与管理模块,为两大核心部分。其中,显示模块的功能,在于将系统所采集的用电数据,体现在计算机终端中,供有关人员进行查询。管理模块的功能,则在于对开关灯的行为进行管理。确保门卫室工作人员,能够集中地对教学楼灯具的开关状态进行控制。本系统监控软件结构,以直观的图形结构为主,且具有强大的分析、判断、定位以及标注故障功能。当照明系统出现故障后,工作人员可通过智能照明系统所反馈的参数发现故障。并通过监控软件,定位故障所处的区域,从而提高故障解决效率,提高照明系统运行的澳门葡京娱乐网址性。3.3预期效益分析为判断本项目所设计的智能照明系统,是否能够达到节约电力能源、降低用电成本的目的。本课题对设计前后,高校的各项用电参数进行了计算。假设高校原平均每间教室共20盏灯,共有教室300间,每年使用300天,日开灯时间为6h,电力费用为0.5元/kWh。采用40W的普通日光灯照明,每年的电力费用为300×20×0.04×6×300×0.5=216000元。将智能照明系统应用到节能改造中,采用10W的LED灯代替普通日光灯,将教室灯具数量提升至30盏后。每年的电力费用为300×30×0.01×6×300×0.5=81000元。对比发现,节能改造后,用电量更小,电力费用更低。

4结语

借助智能照明系统,对高校教学楼建筑进行节能改造。预期的经济效益较高,社会效益明显,改造的可行性较强。为降低耗电量,降低运行成本,建议各高校主动分析教学楼耗电量大的原因。

参考文献

[1]杜战其,乔逸飞.基于人因工程实验的高校夜间照明分析——以上海海洋大学为例[J].科技创新与生产力,2018(2):57-59.

[2]吴少俊,宋樑杰.基于图像识别技术的高校教室智能照明控制应用研究[J].数字技术与应用,2018(2):1-2.

[3]张佩玉.谈节能管理在高校教学楼照明中的实施[J].山东工业技术,2018(1):229.

[4]李娟洁,杨春宇,汪统岳.高校道路照明现状分析及照明方案优化——以重庆大学B区道路为例[J].灯与照明,2017(2):27-32.

[5]伍世云,罗江,王益艳.基于单片机的高校教室照明节能智能控制系统的设计[J].电子设计工程,2016(23):180-182.

[6]孙仲良,费伟民,孙加磊.绿色照明光源——LED灯具的发展简述及在上海高校应用初探[J].上海节能,2016(4):189-191.

作者:高勤有 单位:淮海工学院

教学楼建筑节能改造智能照明系统应用责任编辑:张雨    阅读:人次
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