教学楼建筑节能改造智能照明系统应用范文

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模式的变化而有所变化。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，对全国高校有推广意义。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推广性，确保淮海工学院所应用的节能改造技术，可被推广应用到其他高校。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、安全、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、设备投入类的组合模式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、教务管理的模式进行了优化，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，提高变电所运行的安全性。

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模式，以冗余模式为主。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。为提高系统运行的安全性，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，运行模式为自适应模式。

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安全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安全性。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