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摘要：高校教學樓電力耗費量大，需進行節能改造，以降低用電成本。基于此，文章簡要介紹了本項目的改造概況，分析了高校教學樓建筑耗電的原因，闡述了智能照明系統在高校教學樓建筑節能改造中的應用原則，重點從能源監管，以及照明設計兩方面總結了節能改造的方法。文章通過對改造效益的分析，證實了智能照明系統以及各項節能改造方案應用的可行性。

關鍵詞：智能照明系統；高校教學樓；節能改造

1項目概況及高校教學樓建筑耗電特點

1.1項目概況

本項目為高校教學樓節能改造項目，待改造高校位于我國國內，為本科院校。為響應國家擴大招生量的號召，為人才的培養提供良好的平臺，淮海工學院近年來逐漸擴大了招生規模，并于校園中增設了多個教學樓，使高校的教學資源得到了極大程度的豐富。但因教學樓使用期間多媒體設備、照明設備、計算機設備的運行，均需消耗大量的電力資源。高校自擴招以來，用電費用明顯提升。考慮到辦學成本問題，淮海工學院決定在分析導致教學樓耗電量大的原因的基礎上，開展建筑節能改造工程。通過優化照明設備，以及應用智能照明系統的途徑，建設數字化能源監管平臺［1］。對高校的用電量，進行實時控制。最終達到降低能耗、降低高校辦學成本的目的。

1.2高校教學樓耗電原因

高校教學樓耗電量過大的原因，體現在以下方面：（1）設備問題。高校部分教學樓，照明燈具老舊。加之設備無節能效果，功耗較大。因此，用電費用較高。針對由上述原因所導致的耗電量大的問題，將原始燈具更換為LED燈具，可取得較好的效果。（2）缺乏智能化管理。缺乏智能化管理同樣是導致教學樓耗電量過高的主要原因。在無智能能源監控平臺的環境下，高校無法了解自身能源的消耗趨勢以及特征［2］。因此，高校往往難以制定針對性的方案進行節能改造?？梢姡ㄔO智能照明系統以及數字化能源監管平臺較為重要。（3）具有陣發性特征。高校教學樓的耗電量隨校園課程設置模式的變化而有所變化。降低耗電量的重點在于對用電高峰時期的電量進行優化控制。

2智能照明系統在高校教學樓建筑節能改造中的應用原則

2.1先進性與示范性原則

高校教學樓建筑節能改造過程中，智能照明系統的應用應遵循先進性與示范性兩大原則。（1）先進性。節能技術是否具有先進性，一定程度上決定著節能效果是否能夠滿足高校的需求。建筑節能改造過程中，應將以LED設備為代表的、先進的節能設備應用到智能照明系統中。借助先進的節能技術，使高校的能耗管理處于全國領先地位［3］。（2）示范性。本項目內容全面、規模較大，是教育部能效領跑者的重點項目，具有代表性和示范性，對全國高校有推廣意義。為體現項目的示范性意義，項目所設計的智能照明系統同樣應具有可推廣性，確?；春９W院所應用的節能改造技術，可被推廣應用到其他高校。使我國的建筑節能改造水平能夠得到系統性的提升。

2.2實效性與創新性原則

高校教學樓建筑節能改造過程中，智能照明系統的應用，同樣應遵循實效性與創新性原則。（1）實效性：建筑節能改造項目所設計的智能照明系統，不僅應具有節能的優勢，同時還應具有可靠、安全、低成本的特征，使系統應用后，學生、學校以及企業能夠實現多贏。另外，智能照明系統設計過程中，設計人員還應遵循可持續發展的原則，充分考慮未來系統的應用價值，使系統的使用壽命得以延長，為高校未來的節能創造更大的價值［4］。（2）創新性：本項目將節能改造類、投資收益類、設備投入類的組合模式應用到了節能改造過程中。并借助互聯網、大數據以及云計算等新技術。對宿舍管理、教務管理的模式進行了優化，創新性較強。

3智能照明系統在高校教學樓建筑節能改造中的應用方案

3.1數字化能源監管

3.1.1監管需求分析變電所運行過程中，微機遠動終端裝置RTU或電力網絡儀表，可對其運行數據進行實時的處理。并將處理后所得到的數據傳輸至調度中心，供調度中心的值班人員查詢。與人工值守變電所相比，無人值守變電所的應用，不僅能夠降低人工成本，且能夠提高電力數據監測效率［5］。本項目中，高校內的配電房，均建設于不同年份。且各配電房所處的區域，具有一定的分散性。需將其改造為無人值守變電所，利用數字化能源監管平臺，對其用電數據進行監管，提高變電所運行的安全性。

3.1.2變電所改造目標本項目的變電所改造目標如下：（1）建立數字化能源監管平臺，利用該平臺對高校分散在各個區域的變電所進行集中管理，從而使管理難度得以降低，提高各變電所用電數據的收集效率。（2）本項目中，高校變電所設備數量眾多，數據采集量較大。為提高數據采集效率、提高能耗數據分析結果的準確性，本項目考慮利用先進的云計算技術，對變電站數據進行整合。并借助大數據技術，對高校的能耗變化趨勢與特點進行分析，從而為高校能耗的降低提供數據支持［6］。

3.1.3平臺建設思路本項目數字化能源監管系統的建設，主要按照搭建、運行、管理、運維一體化的思路而進行。平臺所收集的信息，可經以太網或485進行傳輸。變電站與集控站之間，需采用光纖連接。而集控站與運維中心之間，則應采用無線VPN連接。

3.1.4自動化構架本系統由3層構架構成，分別為云平臺、集中控制與運維中心、自動化系統。（1）云平臺，該平臺部署在中心變電所，可實時收集中心變電站的能耗數據。利用統一的云平臺，有關人員可實現對學校內所有變電所的統一管理。且可以通過瀏覽器，快捷方便地監管學校內各變電所總覽信息以及相關報告情況。一旦高校建筑能耗量過大，有關人員可立即發現異常，并對其進行處理。（2）集中控制與運維中心，有關人員可借助集中控制與運維中心，對變電所設備的運行狀況進行實時監測。如無緊急情況，變電所將長期處于無人值守狀態。（3）自動化系統改造，有關人員應對電氣一次設備采集層、控制層進行自動化改造。改造完成后的系統，應具備繼電保護、視頻監控以及線路測控等多種功能。

3.1.5硬件與軟件設計本系統的硬件配置模式，以冗余模式為主。當某單點硬件發生故障后，冗余設備可立即替代該設備發揮功能，確保系統能夠正常運行。本系統硬件結構為雙網結構，服務器共3種。功能分別在于采集數據、分析數據以及處理數據。為提高系統運行的安全性，本項目決定設置硬件防火墻，預防系統入侵等風險。系統網絡數據的采集設備，以網絡交換機為主。交換機的運行速率處于100~1000M，運行模式為自適應模式。

3.2建筑照明節能改造設計

3.2.1照明現狀本項目中，高校教學樓的燈具較為落后，且光源故障率高，照明位置不合理。不僅照明效果差，且能耗量大。具體狀況如下：（1）教學樓的燈具光源，均為傳統白熾燈管。上述燈管的缺陷在于光效低，如燈管開啟數量較少，照明效果往往難以滿足實際工作需要。如燈管開啟數量過多，照明舒適度一般較差，且能耗會顯著提高。（2）教學樓的傳統光源故障率高，使用壽命短，更換維護的材料、人工費用高。如未及時更換設備，高校的照明成本將顯著提升。（3）淮海工學院體育館照明控制終端位置不合理，開關燈不方便，容易導致能源浪費。進一步調查發現，高校宿舍以及教學樓的公共區域，夜間照明管理同樣較為困難。

3.2.2優化設計針對高校教學樓目前的照明現狀，應采用以下措施：（1）更換燈具；（2）降低功率；（3）應用智能控制系統。

3.2.3系統設計技術本項目中，智能控制系統由計算機控制系統、CAN總線通信技術以及網絡為主要構成部分。CAN總線通信技術為本系統的核心技術。該技術為系統人機交互功能實現的支撐性技術，且具有操作便利的優勢。系統中配置有智能監控軟件，應用軟件即可控制能耗，使高校的電力費用得以降低。

3.2.4系統功能設計本系統具有遠程控制、定時開關燈、場景控制、狀態監測、預警等多種功能。以遠程控制功能為例：本系統在高校門衛室，設有監控終端。門衛室工作人員，可根據高校教學樓的使用情況，利用電腦終端，集中控制整個教學樓的照明。當教學樓無需用電時，工作人員僅需點擊關閉按鈕，既可切斷所有電源。除此之外，工作人員還可根據教學樓的開放時間，設置燈具的開關時間，從而提高燈具開關的便利性，改善節能效果。

3.2.5系統結構設計本系統構件較為復雜，智能面板、控制模塊等均屬于系統的主要構成部分?？紤]到燈具啟動瞬間沖擊電流較大，一旦當時燈具所處的運行環境較為惡劣，故障的發生率往往較高。為解決上述問題，本項目決定選用抗擊燈性負載電流優良的繼電器模塊，對燈具的復負載電流進行優化控制。在此基礎上，利用軟啟動技術啟動電源，使建筑電力系統的開啟安全性以及電路的穩定性得以提升。本系統所應用的智能面板以及模塊手動開關，具有相互獨立的特征。本系統的控制模塊處于配電箱中。無需另外設置配電箱，系統功能即可發揮。采用上述方案設計系統結構，可有效滿足高校照明系統的運行需求。

3.2.6系統軟件設計本系統的軟件結構，以模塊化結構為主。系統應用過程中，用戶可根據自身的財力以及物力投入情況，對系統進行靈活的配置。系統軟件中，顯示模塊與管理模塊，為兩大核心部分。其中，顯示模塊的功能，在于將系統所采集的用電數據，體現在計算機終端中，供有關人員進行查詢。管理模塊的功能，則在于對開關燈的行為進行管理。確保門衛室工作人員，能夠集中地對教學樓燈具的開關狀態進行控制。本系統監控軟件結構，以直觀的圖形結構為主，且具有強大的分析、判斷、定位以及標注故障功能。當照明系統出現故障后，工作人員可通過智能照明系統所反饋的參數發現故障。并通過監控軟件，定位故障所處的區域，從而提高故障解決效率，提高照明系統運行的安全性。3.3預期效益分析為判斷本項目所設計的智能照明系統，是否能夠達到節約電力能源、降低用電成本的目的。本課題對設計前后，高校的各項用電參數進行了計算。假設高校原平均每間教室共20盞燈，共有教室300間，每年使用300天，日開燈時間為6h，電力費用為0.5元/kWh。采用40W的普通日光燈照明，每年的電力費用為300×20×0.04×6×300×0.5=216000元。將智能照明系統應用到節能改造中，采用10W的LED燈代替普通日光燈，將教室燈具數量提升至30盞后。每年的電力費用為300×30×0.01×6×300×0.5=81000元。對比發現，節能改造后，用電量更小，電力費用更低。

4結語

借助智能照明系統，對高校教學樓建筑進行節能改造。預期的經濟效益較高，社會效益明顯，改造的可行性較強。為降低耗電量，降低運行成本，建議各高校主動分析教學樓耗電量大的原因。

參考文獻

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［2］吳少俊，宋樑杰.基于圖像識別技術的高校教室智能照明控制應用研究［J］.數字技術與應用，2018（2）：1-2.

［3］張佩玉.談節能管理在高校教學樓照明中的實施［J］.山東工業技術，2018（1）：229.

［4］李娟潔，楊春宇，汪統岳.高校道路照明現狀分析及照明方案優化——以重慶大學B區道路為例［J］.燈與照明，2017（2）：27-32.

［5］伍世云，羅江，王益艷.基于單片機的高校教室照明節能智能控制系統的設計［J］.電子設計工程，2016（23）：180-182.

［6］孫仲良，費偉民，孫加磊.綠色照明光源——LED燈具的發展簡述及在上海高校應用初探［J］.上海節能，2016（4）：189-191.

作者：高勤有 單位：淮海工學院