节约型校园节能张蕾.docx

节约型校园节能张蕾.docx

《节约型校园节能张蕾.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《节约型校园节能张蕾.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

节约型校园节能张蕾

自动化工程训练

设计报告

题目：

节约型校园节能监管系统技术方案

学院：

信息与控制工程学院

专业：

自动化

班级：

春季一班

学生姓名:

张蕾学号:

1.概述

随着计算机网络、通信控制技术的发展，校园智能绿色建筑的建设速度也日趋加速。

照明是校园环境中重要的基础设施，不仅关系师生的在校学习、工作、生活，更是影响校园能效及校园管理的一个重要因素。

照明用电是校园一个重大的能耗项目，据平均抽样统计，照明占校园总体能耗比重的54%，若能够通过控制技术和信息化手段将照明时间和策略进行合理的管理，将能够在原有照明用电基础上节约25%的能耗！

除了效上的节省有利于绿色校园的建设，照明的科学化管理也是需要同期处理的问题。

近年来校园信息化程度不断深入，各学校均上了大量的管理系统用于校园的智能化建设，但是在照明管理的自动化和信息化领域，目前少有针对性的应用解决方案，现有的大部分校园智能化系统都只能处理少数照明控制问题，无法针对校园复杂综合的应用环境提出合理、便利、先进的应用解决方案。

1、用电现状

照明设备众多无法统一管理：

缺乏对校园户外的路灯、景观灯，建筑内的教室、楼道、办公室、宿舍、体育场等各种室内外照明设备灯具和照明应用的统一的规范和管理标准，就算有控制系统也是信息孤岛。

无法远程控制照明设备：

（1）不能根据实际情况（天气突变，重大事件，节日）及时校时和修改开关灯时间，无法实现二次节能。

（2）无法根据实际情况及时开关灯，该亮不亮、该关不关。

大量存在照明使用不合理及照明用电浪费现象，照明管理缺乏及时性和可靠性。

无法实时监测照明设备状态：

（1）不能实时、准确、全面地监控全校的照明设备运行状况：

故障依据主要来源于巡视人员或教职员工上报。

（2）一旦照明设备出现问题，将对师生夜间出行带来影响，影响校园及师生的人身、财产安全。

2、用水现状

目前，大多学校对于校内用水没有很好的管理办法，水资源浪费现象严重，加上一些学校建筑建设年代较久，地下管网老化严重，管道破裂导致的水资源流失更是无法估计。

常见水资源浪费现象如下：

1）卫生间、茶水间长流水；

2）教师宿舍、学生公寓无用水计量，导致浪费；

3）跑冒滴漏现象较多，地下管网泄露较难发现。

3、用气现状

因国内南北分布及气候因数导致南方学校基本用气量较恒定，北方学校需要供暖，多采用燃气锅炉进行集中供暖，则燃气消耗与供暖管理息息相关。

4、采暖现状

对有集中供暖的学校，采暖管理具有较大的节能空间。

集中供暖中出现的浪费现象如下：

1）供暖期间开窗通风时间较长；

2）由于供暖管道设计的不合理以及供暖配比的失调，导致近端温度过高，远端温度不够；

3）因学校的特殊因数导致放假期间教学楼、学生公寓等设施基本无人，但暖气仍然正常供应。

2.方案编制依据

方案编制依据和规范有：

1）《节能监测技术通则》GB/T15316-1994；

2）《公共机构节能条例》中华人民共和国国务院令；

3）《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设分项能耗数据采集技术导则》；

4）《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》；

5）《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术导则》；

6）《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统楼宇分项计量设计安装技术、分项能耗数据采集、分项能耗数据传输技术导则以及系统建设、验收与运行管理规范》；

7）《高等学校节约型校园建设管理与技术导则》；

8）《高等学校校园设施节能运行管理办法》

9）《高等学校校园建筑能耗统计审计公示办法》

10）《高等学校校园建筑节能监管系统运行管理技术导则》

11）《高等学校节约型校园指标体系及考核评价办法》

12）《电能计量装置技术管理规程》DL/T448—2000；

3.建设目标

1）能耗采集、统计、分析

a、能耗采集及能耗分类：

按照能耗类型进行分类，如：

水、电、气、煤等；

b、能耗分项：

按照能源用途进行分类，如：

空调、动力、照明插座、特殊用电等；

c、功能区分类：

根据校园内各建筑设施的用途进行分类，如生活服务、行政办公、教学设施、学科研究、实验设施、实习工厂等。

2）供暖系统管理控制

a、建立建筑物温度采集系统，采集各监测点温度，获得建筑物平均温度及温度变化趋势；

b、在各建筑主供暖管道上安装比例积分调节阀、压差平衡阀及控制器，通过建筑平均温度自动调节主供暖管道供暖流量，做到将室内温度控制在18-22度之间；

c、在节假日期间及工作日夜间，将相应建筑（如：

教学楼、办公楼等）室内温度控制在8-12度之间，实现节能；

d、对供暖循环水泵系统进行变频改造，根据前端供水压力及回水温差进行变速调节。

3）空调系统管理控制

a、建立建筑物内部温湿度采集系统，实时监测室内各个区域温湿度变化；

b、根据时间和温度的要求对空调系统进行控制（室内温度夏季：

不低于26度，冬季：

不高于18度，非工作时间关闭空调），较合理的使用空调；

4）教室照明管理系统

建立教室照明管理系统，通过安装在各个教室的照明控制器和相应传感器，对教室照明根据课程表时间、光照度和是否有人在教室进行集中管理。

5）校园生活区节水节电管理与控制

a、学生宿舍用水、用电预付费管理。

对原有学生宿舍进行改造，安装预付费水电表，除每月定量补贴外，其余用量由学生自费，提高学生节约意识。

b、对校内员工宿舍安装、更换预付费水、电表，提高后勤工作管理效率；

c、对校园内路灯照明进行控制管理，安装自动控制器。

4.方案设计

能耗监测及节能管理系统采用先进的现场控制总线技术和无线传感网技术（WSN），可以方便的深入到建筑物内各个区域，实现对能源消耗全过程、全参数在线监测；系统专用软件对各种监测数据进行统计和分析，并生成各类报表和违规报警；系统还可以根据各监测点监测数据变化情况对能耗设备进行自动控制。

本节能监控系统是大型公共建筑及校园能耗监测、节能运行管理和自动控制的综合解决方案。

节能监管系统图

该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，一般分为三层：

站控管理层、网络通讯层和现场设备层。

1）站控管理层

站控管理层针对能耗监管系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的最上层部分。

主要由系统软件和必要的硬件设备，如工业级计算机、打印机、UPS等组成。

监控系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。

同时，可根据系统设置的控制逻辑进行自动化管理控制和人工干预控制。

监控主机：

用于数据采集、处理和控制数据转发。

为系统内或外部提供数据接口，进行系统管理、维护和分析工作。

打印机：

系统召唤打印或自动打印图形、报表等。

UPS：

保证计算机监测系统的正常供电，在整个系统发生供电问题时，保证站控管理层设备的正常运行。

2）网络通讯层

通讯层主要是由服务器、以太网设备及总线网络组成。

该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和传送等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。

服务器：

是系统数据处理和智能通讯管理中心。

它具备了数据采集与处理、通讯控制器、前置机等功能。

以太网设备：

包括工业级以太网交换机及路由器。

通讯介质：

系统主要采用屏蔽双绞线、光纤以及无线通讯等。

3）现场设备层

现场设备层是数据采集终端，主要由传感器、智能仪表和测控终端设备组成。

照明及空调控制子系统采用具有高可靠性、带有现场总线连接的分布式I/O控制器构成数据采集控制终端，向数据中心上传现场采集的实时数据并根据采集参数进行智能控制管理。

路灯控制及能耗监测子系统采用无线传感网络技术实时采集现场数据，将采集数据及时上报，并可依据现场数据进行反馈控制和智能管理。

系统功能特点：

●能耗采集系统和路灯控制系统可采用无线自组网方式，减少原有线路改动和额外布线，也不对现有设备作任何改造，工程安装和维修简单方便；

●系统采用分布式照明智能控制系统。

照明控制系统软件分散配置，存储于各个现场控制和执行器（输出模块）中。

所有照明回路采用多种控制形式，即可以集中控制、区域就地控制；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。

●系统功能完善：

既有能耗使用的过程管理，又有能耗的分析管理；

●中央空调控制通过PID调节、风机盘管联网控制、水系统及风机系统监测，实现整个空调系统的节能控制。

有别于现在常用的控制方式，系统通过对末端和主机端同时监测，动态调节的方式，采用先进的控制理论与算法，实现计算机智能控制；

●系统实时性强：

实时采集各种能耗和状态参数，上传到管理中心；

●配置灵活及扩展性强：

用户可以自由选择适合自身需求的功能和组件，也可在原有网络中扩展安防、人员定位、环境监测等性功能；同时系统具有极强的扩容能力，可根据用户需要随时增加、调整系统配置，新增设备与原有系统无缝连接。

●无线传感网络设备发射功率低于10mw，自身耗能极低；

●无线传感网络具有自组织、自诊断和自恢复功能，单个设备故障不会对整个网络构成影响。

能耗采集分析子系统

能耗监测管理系统对校园内各类能耗进行实时监测、采集与存贮各类能耗数据，并对数据进行统计与分析，使学校管理部门对校园内各种能耗进行有效的监测与管理，为校园节能降耗研究、设计改（建）造提供参考数据；对已实施节能改造的建筑提供节能效果真实数据，同时还可以显示、查寻、打印、发布、远程传输数据。

系统结构示意图如下：

系统将对校园的行政办公楼、教学楼、实验楼、图书馆、食堂、宿舍等公共建筑进行建筑能耗采集（含：

水、电、气、暖）。

现场设备运行的能耗数据实时传送到管理中心进行分析与存贮，并可显示或打印各种参数的历史趋势数据。

校园网已经覆盖到了校园内的每一栋大楼，节能监管系统可借校园网有线传输方式实现对建筑能耗的分项分类动态监测及采集。

实现对建筑能耗数据信息的网上查询、数据统计、信息输出、数据备份等。

现场采集设备示意图如下：

系统实现功能：

（1）数据采集

实现与采集器的实时通讯，完成能耗数据的接收、预处理和和存储功能。

实现对建筑能耗采集器的集中管理、配置、状态监控。

能耗管理平台系统的自动计量装置所采集的能耗数据，通过RS485有线或无线传输，并采用TCP／IP通信协议自动并实时上传给数据中心，以保证数据得到有效的管理和支持高效率的查询服务，同时数据传输采取一定的编码规则，实现数据组织、存储及交换的一致性。

系统能够很好的与校园网络兼容，可以充分利用校园网络，对水、电等计量数据实现准确采集，安全传输、汇总，并具有较快的刷新频率。

能耗监测通过能耗地图导航、定位监测建筑，导航建筑对应的基本信息、分项能耗、分类能耗、总能耗等展示项构成。

建筑分项用能数据分析展示主要包含用能总量、同类建筑用能、详细用能动态数据分析展示等功能。

（2）实时监测

实现多级能耗模型，包括区域模型、建筑模型、能耗统计单元模型、能耗表计模型，以及建筑能耗日历的设计。

展示计量表具设置参数、运行状态参数、控制命令的执行也便利、快捷，满足学校各种场合的应用，实时计量数据，还有历史数据全面展示。

实现能耗在线监测，界面采用直观的图形化界面（柱状图、饼图、仪表盘等呈现方式）来分析展示能耗数据，支持逐时、逐日、逐月、逐季、逐年的自由导航。

（3）数据统计

可按照分类、分项实现用能的日、周、月、年统计，并能以多种图表格式显示；可以按照建筑、院系等层次结构进行统计，并能够根据用户输入的起始时间和终止时间进行任意时间段的用能统计；

多种统计图表，多种的数据分析，能导出各种符合公共机构统计格式的月、季、年等能源资源消耗报表；能形成完整的公共机关能源财务报告，对比能耗分析报告；能提供以组织机构为单位的能耗定额管理和生均能耗管理、单位面积能耗统计等相关报告和图表。

（4）能耗查询

实现按用能项属性查询、实时值查询、分组历史值查询、同类建筑单位面积分项用能查询、同类建筑人均分项用能查询、专题人均用能查询以及自定义建筑用能查询等。

提供多种查询结果的报表导出功能，方便将查询结果作为节能监管部门日常文档的一部分提交。

可以对建筑、院系进行用能的上下限查询，可以对建筑、院系进行限量查询和超量查询；对单个区域、单个部门、多个部门的组合、复合条件筛选出的组合等按时间条件（按日、按月、按季、按年、按指定的一段时间等）对用水用电情况分析绘制相应图表，同时对多种分析类型生成数据报表。

用户可以根据自己的需要，选择不同的查询方式，如能耗类型（水、电、气、暖等），组织机构（行政办公楼、重点用能单位及经营性单位、大型能耗设备、公共场所、学生宿舍等）等，系统会生成丰富多样的图形和报表，进行数据分析，以折线图、柱状图、饼图、二维表等形式体现。

（5）能耗报警

系统应具有强大的报警系统，能够对实时、历史的报警和事件进行显示、存储、查询等操作，并能够及时通知操作人员，帮助用户进行故障监控和决策制定。

支持多种报警显示窗口，包括实时报警窗口、历史报警窗口和查询窗口。

实时报警窗口显示最新的报警信息，报警信息被确认或恢复后，报警信息随之消失。

历史报警窗口显示历史报警事件，包括以往的历史报警信息、报警确认信息和恢复信息，报警事件的来源是报警缓存区。

查询窗口能够查询报警库中的报警事件，报警事件来源是报警库。

支持多种报警查询条件，对报警信息的查询，可以按报警时间查询、报警类型查询、按记录类型查询等等。

系统可以对建筑和用能单位的用能异常进行报警和短信报警。

可以对计量设备故障进行报警，可通过邮件系统和短信系统对建筑、院系的限量进行报警；

（6）数据报表

报表按照日期和区域两种类型分析，用图表和详细数据显示结果，并且可以切换图表的方式饼图、柱状图、折线图可以任意选择，并提供天/小时图、周/小时图、月/日图、月/日对比图、年/月图、年/月对比图。

可以根据自己的需要，自行选择时间段及显示方式等。

支持单独或批量打印报表，支持报表导出为Word、Excel、PDF等通用格式文件。

操作人员可以在远程浏览查看全部的报表数据。

包括操作人员的工况事件记录，现场或远程操作人员登录系统的时间，以及在系统内部的操作事件流程，按照时间先后顺序生成二维表。

（7）数据上报

系统通过定时任务调度自动从数据中心的数据库中提取能耗分类分项数据、汇总统计数据，按照定义的数据交换格式包（参照《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据传输技术导则》采用统一规范的XML包格式），进行合并整理打包，发送到市、省、部级数据中心。

本系统能耗监测平台可采用ZigBee技术组建无线传感器网络（WSN）。

整个网络由若干个终端采集器以及一个汇聚采集器构成。

通常将WSN的无线数传终端称为采集节点，将能耗采集器称为汇聚节点。

采集节点负责数据的采集和传送，以及根据汇聚节点的控制命令设置相应的工作模式等;汇聚节点是网络的中心，起到协调器和网关节点的作用，汇聚节点负责整个区域网络的维护与数据的汇集，再将数据通过Internet上传到上级数据中心或中转站。

以达到优化能源供应、提高能源管理水平、提高能源利用效益、减少能源损耗、节约能源成本的目的。

供暖管理控制子系统

按照建筑物内温区的分布安装室内主机用于监测楼内各个不同采样点的实时温度（主要为控制供热量提供依据）。

根据建筑物内供暖管网的分布特性，选择在每栋楼的供暖管前端或每层楼的水平供暖前端安装电动调节阀，系统根据采集到的实时温度或楼层平均温度自动调节电动阀，使楼层温度处于规定范围内。

在非工作时段内根据设定温度自动降低大楼供暖，使大楼内温度保持在一个相对较低的温度范围内，从而实现最大限度节约热能。

系统可实现功能：

●系统可实时显示各个监测点的温湿度，用户可查询各监测点温湿度变化趋势；

●正常工作、学习时段，保持室内温度在设定范围内变化，提高人体舒适度；用户也可根据需要自行调整不同建筑的温度控制范围；

●休息时段，可根据建筑使用功能的不同调整相应建筑的温度控制范围，如教学楼、办公楼，下班、下课后降低其供暖温度，上班、上课前恢复其供暖温度；

●放假期间系统可只保证室内基本温度在6-8度即可，实现最大限度的节能。

●考虑用户未来校区扩容，只需增加相应设备即可无缝接入现有系统进行统一管理。

空调监控管理子系统

在房间内安装室内节点主机，能够有效的对房间温湿度、空调设备运行状态进行实时监控。

系统实现功能：

●通过网络方式将现场环境数据传输至管理中心，管理中心会自动进行数据分析，发出相应控制命令。

室内主机根据系统管理控制命令对空调进行控制。

●单体空调可通过红外遥控和加装电控器的方式进行开、关控制。

例如下班后统一关闭空调；上班前发出恢复命令，允许使用空调；当某房间的室内温度超过设定的管理温度时关闭该房间的空调；当房间温度达到可以使用空调的管理温度时，发出恢复命令，允许使用空调。

●系统还可以根据设定，通过室内主机和电控器对其它电器设备的供电进行控制。

●通过平台远程设置空调控制器：

夏季开机温度、冬季开机温度、禁开季节、冬季夏季限温、上下班时间等参数；

●平台可以进行空调使用报警：

包括界面提示和短信报警等。

2、中央空调

采用嵌入式主机管理和控制中央空调末端风机盘管，主机根据系统设定的温湿度、时间等管理条件对中央空调风机盘管进行控制。

用户可根据需要添加门窗磁，用于管理开门开窗时开空调现象，也可增加电控器等用于控制其它设备。

系统中还可增加CO2传感器、室内有害气体传感器等设备用于监测室内空气环境。

系统结构图如下：

中央空调风机盘管联网控制系统主要功能：

自动控制

风机面板带有定时设置、温度设置等功能，通过温度传感器和时钟，可实时的感知室内的当前状态，然后根据策略自动控制风机盘管的电磁阀等，实现自动调节、自动控制功能。

配合适当的传感器，系统还可以感知室内是否有人，并根据控制策略在无人的情况下自动关闭末端风机盘管，节约能源。

计量功能

风控面板带有计量功能，可实时计量各个房间大、中、小各档位运行时间及状态，通过区域控制器，也可测量所有的风机面板的各种状态的运行情况，通过联网的智能算法，可测定各个房间空调的真实使用情况，杜绝按照面积分摊空调用能的种种不合理因素，为能耗管理提供精确有效的工具，实现空调使用联网计量功能。

风机面板及空调监控

通过浏览器实现各个风机面板的远程状态实时监控，可远程查看中央空调的状态、运行档位、模式、定时情况、设定温度和当前温度。

远程控制

可通过网络对各个风控面板进行远程控制，实现风机档位、温度、模式、定时等远程设置。

下班时，管理人员可以通过该功能关闭办公人员忘记关闭的空调面板，实现管理节能的目的。

上班时，管理人员可以远程查看每个办公室是否按照规定把空调调节在适当的温度，如果不符合国家有关规定，可以远程对其进行调节，进而达到节能的目的。

照明节能控制子系统

照明节能控制系统主要包括智能开关、照度及人体探测传感器、控制和通讯网络、计算机管理中心几大部件。

智能开关内含通讯模块，负责接收控制命令、控制照明系统供电和发出开关状态信号，并组成现场控制网络；照度及红外传感器负责采集教室内光照强度和人体探测信息的传递。

计算机管理中心按照管理的要求编制管理软件，并根据实时信息下发控制命令和显示照明系统的工作状态。

控制系统能根据课程表时间、光照度和是否有人在教室等条件对照明进行自动远程控制。

系统实现功能：

●在正常上课时间，系统根据标准点的光照度信息，判断是否需要给所有教室的照明系统供电，如果系统不给照明系统供电，照明系统无法使用；

●对于光照强度比较特殊的教室，系统根据该教室的光照度参数判断是否需要单独对该照明系统供电，系统不给供电，照明系统无法使用；

●系统可以在下课时间断开所有教室照明系统供电，教室内手动开关无法开启照明；

●上课时间恢复照明用电供电，有在使用的教室按动手动开关，恢复教室照明，无人教室虽然照明系统有电，但仍不会使用；

●根据学校规定，自习时间恢复部分教室的照明供电，没有供电的教室无法使用照明；

●系统可以根据管理要求，对每一路照明系统进行单独的供电和断电控制；

●根据作息制度自动开关灯，可以灵活的根据作息制度对灯进行控制；能自动的根据教室内的光照度、人数以及课程表和作息制度对教室内的照明进行控制；还可以通过平台对照明进行手动的远程控制。

可以通过校园网络，跟平台相联接，可以将设备检测到的教室人数、开灯数等信息上传到平台上。

●远程设置节电控制器参数：

包括人数、空调及照明设备工作作息时间等；

楼层系统总体布线示意图如下所示。

其中红色线表示交流220V强电线路；蓝色表示RS-485通信弱电线路。

楼层单个房间布线示意图如下所示。

其中红色线表示交流220V强电线路；蓝色表示RS-485通信弱电线路。

校园节水方案设计

在所有学生公寓和教室宿舍安装IC卡预付费水表，可与校园一卡通共用IC卡，方便管理。

针对学生公寓可采用每月贴补的方式对水电进行贴补，超额部分学生自费，培养学生节约意识。

针对本系统招标要求，在卫生间安装红外感应冲水器，通过判断人体进入感应区，控制器自动开启防水阀门，让水流出一定延时后再自动关闭阀门，放水延时时间可根据现场实际情况进行调节，以达到合理的节水效果。

同时阀门还带有手动开关，解决了停电无法冲水问题。

路灯监控子系统

本系统采用了GPRS网络技术和ZigBee无线传感网络技术相结合来实现路灯单灯的联网通讯，提供对路灯灵活智能的管理，结合先进的上位软件，可实现线路上任一线路，任一个路灯的定时开关，强制开关，定时控制的方案可由用户任意编程，最终实现路灯照明系统的智能控制和高效节能。

每个单灯实现各项电力参数的检测，故障能自动及时上报，大大方便了路灯系统的管理，节约了维护成本。

5.方案特点

1.绿色节能：

合理便捷的照明管理达到节省照明能耗的效果。

2.提升管理能力：

照明设备实时监测、实施控制丰富的管理策略、自定义场景模式提升管理能力。

3.安全防护：

实时照明设备状态监测、反馈预警保障校园及师生的人身、财产安全有效避免多种事故的发。

4.多重技术保障，稳定便捷：

（1）户外照明：

稳定载波技术，安装便捷

（2）室内照明：

先进无线通信，改造实施简单（3）户内外灯具：

统一管理，巡检维护高效。

系统拓扑图：

5.心得体会

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关节约型校园节能监管系统方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

过而能改，善莫大焉。

在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。

在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很