智能节能管理系统（精选12篇）
智能节能管理系统 篇1
0 引言
近几年, 太钢发生了举世瞩目的变化, 建成了国际一流水平的不锈钢生产线, 形成了高效完善的企业发展模式, 宽敞舒展的厂区道路网也成为太钢一大景观, 厂区道路灯光照明已经成为职工工作、生产活动中必不可少的重要部分。道路灯光照明不仅仅是交通安全、厂区治安的保障, 同时也体现出了企业的文化、企业的精神面貌, 这就对其美观明亮、环保节能提出了更高的要求。如何有效地降低电能损耗、减少电网波动造成频繁更换灯具及其附属器材、减少维修与保养人员等成为迫切需要解决的问题。为此, 针对太钢厂区内道路交通的特点, 开发了智能路灯节能监控系统。
1 智能路灯节能监控系统简介
太钢厂区道路照明光源总配电容量为820kW。本系统设有远程控制中心, 通过无线通讯的方式对配电控制站所有照明调控装置进行监控。智能路灯节能监控系统采用自耦补偿的工作原理, 将输入电压调整到一个较低的稳定电压, 达到稳压和节能的双重效果, 并且可以延长灯具的使用寿命, 减少维护成本;同时采用自行研发的智能路灯控制器和控制中心远程监控相结合的双控工作方式, 使控制方式更为灵活;使用先进的GPRS无线通讯技术实现控制中心与智能照明调控装置间的通讯, 使数据传送准确快捷, 系统工作性能稳定。
2 系统组成及工作原理
智能照明监控系统主要由监控中心和智能照明调控装置两部分组成, 系统框图见图1。
2.1 监控中心远程通讯
监控中心的后台监控微机通过无线路由或ADSL等方式接入Internet, GPRS终端与监控中心建立起连接后, 监控中心与GPRS终端通过GPRS网络实时传递指令和数据。
2.2 监控软件及画面
道路照明远程控制系统监控软件采用Microcoft Visual Studio.Net2003编写, 画面清晰, 操作方便。系统主画面包括标题栏、选择菜单、设备位图和实时报警4个部分。在地图上, 能通过不同颜色来实时动态指示照明减光器的运行状态, 主监控画面见图2。实时报警画面, 位于厂区地图画面的下方, 显示着当前系统检测到的实时报警, 并具有声警提示功能。未确认则显示为红色, 确认之后颜色为绿色。双击报警说明可对当前报警进行确认操作。
2.3 报表查询
2.3.1 电度抄表
电度抄表包括选择设备、选择起始日期和选择截止日期3部分。设备号和时间选择完毕后, 点击开始查询按钮, 则会在下面的画面中显示所选择设备在相应时间内的总电度、峰电度、平电度、谷电度。
2.3.2 月电度查询
点击“月电度查询按钮”进入月电度查询画面, 选择所要查询电度的年、月, 选择查询的设备号, 点击右边的查询按扭, 可查看50套设备的月电度。
2.3.3 其他查询
此外, 还有亮灯率查询、运行设置参数查看、地理参数查看等。地理参数是描述系统运行所在的地理位置, 由地点、经度、纬度、时区来共同决定, 主要是用于路灯控制器的时间计算。
2.4 智能照明调控装置
智能路灯控制器是照明调控装置的核心部分, 它主要控制设备的启动和停止, 并显示各种参数, 通过与GPRS的通讯实现智能照明调控装置和监控中心间数据的发送和命令的接收。
照明调控装置工作曲线如图3所示。其中, t0到t1:从200V开始软启动;t1到t2:以“慢斜坡”方式升到220V;t2到t3:以额定电压运行;t3到t4:发出“一级节能”指令, 以“慢斜坡”方式降至一级节能电压 (HPSV或MV) ;t4到t5:以一级节能电压运行;t5到t6:发出“二级节能”指令, 以“慢斜坡”方式降至二级节能电压 (HPSV或MV) ;t6到t7:以二级节能电压运行;t7到t8:解除“二级节能”指令, 以“慢斜坡”方式升至一级节能电压 (HPSV或MV) ;t8到t9:以一级节能电压运行;t9到t10:解除“一级节能”指令, 以“慢斜坡”方式升至额定电压 (HPSV或MV) ;t10到t11:以额定电压运行。
2.5 减光稳压板
减光稳压板是三相独立的, 每相都由一个微型控制器来管理, 这个微型控制器能控制所有的减光稳压工作, 通过RS-485接口与智能路灯控制器通讯完成控制, 发出正确减光稳压命令, 并完成状态核查工作。
过压是导致气体放电灯过早报废的主要原因, 研究表明:10%的过压就会导致灯具寿命缩短50%。减光控制板采用了自耦补偿的工作原理, 可消除夜间道路照明上的过压, 使输出电压稳定在220 V, 达到稳压的效果。
3 系统功能及技术特点
3.1 节能稳压
①采用了新型的减光稳压板, 微控制器功能强大, 可以根据需要调节不同的节电电压, 可获得40%的节能效果;②采用了当今先进的自耦补偿的方法, 使输出电压稳定在220 V, 延长了灯具的使用寿命;③具有软启动、慢斜坡的功能, 减少了由于启动电压过高而对灯具产生的巨大冲击, 采用了自耦补偿的工作原理, 不会对电网产生谐波干扰, 无电磁污染;④采用了防雷、防雨、防尘、防浪涌、抗电磁干扰等技术, 可以在恶劣的环境下运行, 性能稳定, 故障率低;⑤改造安装方便快捷, 控制设备只安装在线路的前端, 不需对原有线路进行改造。
3.2 智能控制
①根据对当地的经度和纬度的设置精确计算出日升、日落时间来控制调控装置的启动和停止, 并可根据天气状况的不同来对启停时间进行前、后各1 h的偏移设置;②内置百年日历时钟, 带有闰年补偿功能, 具有农历算法, 方便对特殊节假日进行设置;③输入电压、输入电流、输入功率、功率因数、电度等信息通过RTU、GPRS传送到控制中心;④可对特殊日设置不同的时间曲线来设定设备的不同运行状态, 适用于突发事件和重大活动;⑤采用两级节能方式, 可根据具体情况灵活设置不同的节电电压;⑥具有自动报警功能, 包括故障报警和防盗报警等;⑦具有计算亮灯率的功能, 用户可以根据亮灯率查看了解灯具的运行情况, 方便对灯具的管理。
3.3 远程监控
系统设有远程控制中心, 大屏幕可视界面, 操作方便灵活, 界面友好。系统报警信息可通过GSM短信的方式发送给管理人员, 便于对设备进行监控;具有用户分级权限管理、历史数据存盘、运行参数形成报表、远程抄表等功能;采用光控和时控相结合的工作方式, 对于天气变化能做出良好的应对措施, 提高了设备的运行效率。
4 系统运行及经济效益分析
太钢智能路灯节能监控系统自2007年5月份投运以来, 系统运行稳定, 节能效果明显。通过其监控中心可视化的集中管理, 降低了运行维护人员的工作量, 延长了灯具的使用寿命, 减少了维护成本, 取得了良好的综合效果。年可节电56万元, 延长灯具的使用寿命, 年降低成本9万元, 年降低运维成本78万元, 全年可创直接经济效益143万元。
智能节能管理系统 篇2
论文摘要：路灯照明能耗问题已经越来越为政府及各大工矿业企业所重视，成为国家“十二五”规划节能战略中的重要内容，本文设计了一种智能变压路灯节电控制系统，通过单片机控制单元变压器抽头的切换以控制负载上输出电压，达到节电控制要求，通过此方案可以做到节电30%左右，为了提高系统的使用，设计了过压或欠压故障报警等模块。
论文关键词：路灯照明,节能控制系统,智能变压
1.引言
国家统计局最新发布全国相关统计报告显示：20全年我国工业照明耗电量高达1748.2亿度，相当于三峡水利发电工程年发电量840亿度的2.08倍多。
在市政开支极度紧张的今天，国内绝大部分的城市和地区几乎都采用了日本等国家在七十年代就已经抛弃的路灯隔一盏关灯的省钱方法，不仅导致了路面照度分布不均，给治安及交通安全埋下了隐患，而且不能避免后半夜电网电压的升高对路灯寿命的减损，因此不能称作真正意义的节能，目前发达国家正在讨论的是“恰到好处的照度水平”。
供电系统中，为避免送电过程中的线路损耗和用电高峰时造成末端电压过低，供电部门均采用较高电压进行传输，因此路灯承受电压多高于灯具的额定电压。据调查我国小型城市晚上21：00后，大中城市00：00以后道路上几乎空无一人，从而造成了“人少车稀灯更亮”的不合理情况。
本文设计了一种智能变压路灯节电控制系统，详细阐述了该系统的硬件和软件设计，通过实际验证，该路灯节电控制系统可以做到节电30%左右，考虑到路灯供电系统的电压不稳定，还设计了过压或欠压故障报警等模块。
2.路灯节电控制系统硬件组成
智能变压路灯节电控制系统的.硬件部分如图1，其变压器一次侧分三个抽头，一次侧输入AC220V，二次侧输出分别为42.3V、25.9V、18.3V。一共分三级降压，分别由接触器KM、KM和KM控制，可通过单片机控制特定的接触器达到控制输出电压的目的。
其中，QF为空气开关，起过载和短路保护作用，K为旁路开关，K为节电开关，KM、KM和KM为接触器主触头;采用接触器或固态继电器来控制变压器原边抽头调节负载电压，能够保证调压时不停电：PT和PT分别为一次电压检测和负载电压检测传感器，CT为一次电流检测传感器，根据输入电压检测结果调节电压输出，液晶显示电压、电流和功率状态。面板上装有节电和旁路的选择开关，以及状态指示灯，指示故障、旁路和节电等状态。装置设计有温度检测装置，当温度达到一定时，启动风扇，温度再高，则Kl闭合，路灯装置旁路工作。
图1智能变压路灯节电控制系统电路图
单片机选用AT89S52，其内含256个字节的RAM、32条I/O线、3个16位定时器/计数器，且自带8K的电擦除EEPROM用以保存控制程序，用ADC0809作为模数转换器，实现对电流电压由
模拟量向数字量的转换，时钟是单片机的ALE经D触发器控制口，由P2.7WR/RD和或非门组成的标准控制电路，结果输出采用延时方式延时大约为180us。单片机的P0口与ADC0809的输出端口连接，读取A/D转换后的结果。
AT89系列单片机是美国ATMEL半导体公司在二十世纪八十年代将Flash与80C51核相结合开发出来的，该系列单片机和MCS-51在内部功能、引脚以及指令系统方面完全兼容。由于AT89系列单片机继承了MCS-51的原有功能，内部含有大容量的Flash存储器，又增加了新的功能，如看门狗定时器WDT、ISP(可在线编程)及SPI串行接口技术等，AT89S52是在AT89C51、AT89C52基础上改进的。
AT89S52的工作电源为4.0～5.5V，单一+5V电源供电，最高工作频率为33MHz。AT89S52单片机在路灯线路中采集进来的高电压/电流，经过二次霍尔传感器降为较低的电压/电流信号，将其都转化为电压信号0～5v，之后经过带通滤波器和二级低通滤波器，让工频50赫兹左右的信号通过并滤除10次以上的谐波和高频干扰，然后对信号进行放大，将信号变为AT89S52所能处理的5V之内，这些由外围电路实现。
3.系统的软件设计
为了实现各元器件之间能够合理传输信息，并对信息进行处理，还需要对硬件电路进行软件设计。当空气开关QF合上，经纬定时开关启动闭合，路灯节电装置开始检测电压。
如果输入电压U大于260V或小于180V，装置断电保护，报警过压或欠压故障，否则装置立即合上接触器K，系统置于旁路状态。15分钟后，继续检测电压，如果电压在大于180V，而小于200V，则继续旁路工作;如果电压处于200V～260V正常范围，合上接触器K，然后断开K;根据节电控制策略，通过单片机控制单元变压器抽头的切换以控制负载上输出电压，达到节电控制要求;如果电压处于200V～220V，则合上控制变压器抽头的接触器KM;如果电压处于220V～240V，则打开KM，然后合上接触器KM;如果电压处于240V～260V，则打开KM或KM，然后台上接触器KM。
如果CT输出电流大于100%，则发出过载报警提示，同时启动风扇对变压器进行冷却。电流仍在空气开关OF的整定值范围内，装置仍可供电，一般过载不超过120%。
变压器温度检测，如果温度超过规定值，则直接合上K，打开K，旁路工作。路灯节电控制流程如图2所示。
图2路灯节电控制流程
4.系统调试
1.硬件调试
硬件调试主要是对单片机控制回路及外围电路进行调试，单片机控制回路的调试主要涉及AT89S52芯片的测试、JMl2864液晶显示功能测试、外围电路的调试、固态继电器及接触器控制回路的检测。内容较多，调试方法是在电路输入端加上标准电压，然后通过万用表观测电路中特定点处的电压值是否正确。
2.软件调试
本次软件设计采用了专门用于开发单片机和微处理器系统软件及应用软件的高级语言Keil—C语言软件。调试主要涉及对用Keil—C语言编写的源程序，所进行的编译工作编译，通过软件调试成功。
3.现场调试
硬件调试和软件调试成功之后，可按要求将己与控制系统相连的外围电路与路灯组连接起来，进行现场调试。现场调试主要是检测控制器能否对路灯实际运行和节电状态进行有效控制。调试实验表明：该节电系统的平均节电效率为30%左右。该系统不仅具有节电、延长灯泡寿命的功能，而且能使路灯在电压波动较大范围内稳定运行。
智能变压路灯节电控制系统经调试后满足下列主要技术指标要求：
(1)输入电压范围：单相220V土15%三相380V土15%;
(2)输出电压：单相190～220V，三相330～380V;
(3)电源频率：50～60Hz;
(4)开关时间：由经纬度时控器所设定开关时间控制;
(5)节电率：16～35%;
(6)保护功能：过压、欠压、过载、短路;
(7)散热方式：自然风冷或强迫风冷;
(8)自动旁路功能当在异常情况发生时，会自动设置为旁路，以保护系统与变压器，防止停电事故，可保证路灯正常运行。
5.结束语
该系统采用了单片机控制，所以具有高的性能价格比和柔性，即可以根据实际情况变更和扩展提高了灵活性和适应性，有利于应用推广。路灯控制系统投入使用后，工作寿命达到以上，将持续提供30%以上的节电效率，为节能事业填上浓墨重彩的一笔。
参考文献
1 于军,邢永中.模拟路灯节能控制系统的设计[J].照明工程学报,.4
2 林方键.基于ZigBee网络的路灯节能控制系统[D].控制工程,.5
3 蔡可健.道路照明节能控制系统设计[J].电力电子技术,.3
4 吴玲.发展中国照明[M].上海汉语大辞典出版社,.9
5 照明科学与技术学科发展报告(2010-)[C],中国科学技术出版社,2011.5
智能节能管理系统 篇3
关键词： 单片机；节能；智能控制
Abstract： This paper developing a system to solve the energy waste problem caused by the long time lighting in university classrooms. The system is composed of MSP430 single chip microcomputer， light-to-frequency converter and infrared sensor. Through making reasonable arrangements of time， processing physiology signal and light intensity comprehensively， the system saves significant energy and works intelligently.
Key words： MCU；energy-saving； intelligent control
社会可持续发展的主要问题在于能源，节约能源需要我们从生活的方方面面做起。仅以高校教室为例，由于管理不够科学规范，每年都会有大量的电力资源白白浪费。我国高校目前的教室灯光管理绝大多数依赖人工，由于教室数量多，管理员无法对每间教室都实施及时的控制，常常出现教室无人时开灯、光线充足时也开灯的“长明灯”现象，造成了不必要的电能浪费和经济损失。以我校为例，就公共教学区来说，粗略统计大约有30000盏灯，每盏灯36W，按每天亮灯（从早晨8点到晚上9点正常运行）13个小时计算，扣除一年三个月的假期，一年教室照明的耗电量大约为389.08万度，依照现行电价0.573元/度，学校在教学楼耗电上要支出约222.94万元。若按每天只浪费用电2小时，则白白流失的就有61.24万度电，多支出34.3万元。试想全国所有高校每天浪费的电量该是多么庞大的数字。为了解决这种情况，设计出高校教室照明节能智能控制系统，使教室灯光能够按需分配，实现人到灯开、人走灯灭、智能节能。
一、系统整体设计
系统采用由上下位机组成的主从式结构，对教室进行分区域控制[1]。主机通过网络控制各个教室中的下位机，对不同的区域安装光频转换器和人体感应传感器，分别测量教室内的光强和人员分布情况，实现教室内不同区域的灯光开关，从而能够有效节省电源。
各个教室中的下位机以时间作为启动和关闭系统的依据，以光强及人体信号作为系统启动后开关灯的判断标准。在工作时间内，如有模式信号输入则系统进入相应的模式；若无，则进入自习模式。不在工作时间，如有手动信号输入，则根据手动任务的设定运行；若无，则关闭所有的灯。
系统预置有不同的工作模式：讲课模式、自习模式，供用户根据需要进行选择使用，且各模式之间可以自动切换，使操作更加便捷。
1.讲课模式。由于每个教室排课不同，通过上位机PC软件将对应课表下载到不同的教室，将“有课”、“无课”分别设置为“1”和“0”，存储在下位机的FLASH中[2]。下位机则处于定时工作状态，每堂课开始的前5分钟，教室中的下位机会进行一次判断，如果对应有课，则开启讲课模式，教室灯光全开；如果没有课，则关闭教室全部灯光，进入“自习模式”。
特别地，有时存在教师临时更换上课地点，故讲台上也放置一个人体感应传感器，在进入讲课模式后，每隔5分钟探测1次讲台上是否有人上课，执行2次这样的操作，并将2次检测结果取逻辑“或”运算。如果为“真”，则说明有人上课，继续执行“讲课模式”；如果为“假”，则进入“自习模式”。下位机的判断过程如图1所示。
2.自习模式。将教室分为A、B、C、D四个区域，如图2所示，每个区域房顶正中放置一个人体感应传感器HC-SR501[3]和光频转换器[4]。当下位机处于自习模式时，输入参数为人体存在信号和光强度信号，若某区域的人体感应传感器检测到有效信号，系统判断此时光频转换器采集到的光强，如果高于设定阈值（光线较弱），则打开对应区域的日光灯；如果低于阈值（外界光线很强），无论教室是否有人，都不开灯，如图3所示。
图2 教室内区域划分图
图3 自习模式流程图
二、系统具体设计
1.上位机设计。用C#编写含有以下2个功能的软件[5]：①能将课程表分别导入到各教室中的下位机；②能将各下位机的灯光开关状态显示在上位机界面。
将教学楼的所有教室组成网络结构，如图4所示。管理人员通过上位机PC上的软件实现对各个教室的监控，用MSP430芯片制作一个中转控制器[6]，如图5所示，作为上下位机间的枢纽，保证通信的有效性。
上位机软件从教务处导出各个教室的本学期的课表，用数据库SQL Sever存储[7]。同时设置为每天凌晨向各个下位机发送每天更新后的课表信息，PC机与中转控制器的RS232接口建立通信[8]，由于每个教室在IIC总线上都有唯一地址，此时IIC总线通过总线裁决，决定哪个教室占用总线，中转控制器通过IIC接口将信息发送至对应教室。在更新完课表信息后，中转控制器设置为从机，各个下位机定时将教室灯光信息反馈至上位机界面，使得管理人员能够掌控每个教室具体的灯光情况，提高了监控效率。
2.下位机设计。下位机的课表、灯光信息存储在单片机FLASH中，从而能够实现掉电保护。系统还加入密码控制，以增加系统运行的安全性。通过键盘完成设定密码、初始化时间。时钟模块采用芯片DS1302[9]，该芯片不仅能够显示秒、分、时、日期、月份和年份信息，还可实现掉电保护，为时钟电路提供电源，如图6所示。
nlc202309041014
下位机以时间作为启动和关闭系统的依据，以光强及人体信号作为系统启动后开关灯的判断标准。将时间作为控制依据进一步加强对节能的监管，明确工作时间与非工作时间的界限。
具体来说，将6：00～22：00设置为工作时间，在工作时间段内系统自动在“讲课模式”和“自习模式”之间随时间的变化不断切换；在非工作时间内，系统自动关闭，实现节能。而系统在不同的模式下开关灯的标准不同，讲课模式下灯光自动全开，也可根据需要手动强制开关灯；自习模式下，将人体感应模块HC-SR501参数设置为延时时间1分钟和可重复触发，光频转换模块阈值设定为白天不低于150lx，晚上不低于200lx。当有人体信号后，判断此时光强，若高于阈值不开灯，低于阈值开灯。这样只要人仍在有效探测区域内，人体感应传感器便能不断检测到，延时被重复触发，而不在时，该区域灯灭。从而实现人到灯开，人走灯灭。
3.人数统计。在教室门口放置人数统计装置，其分布图如图7所示，A、B处各放置一个红外收发对管，当无人通过时电压保持不变，设为状态“0”，有人通过时电压变化，设为状态“1”。有A、B状态真值表如表1所示。
程序中设置全局变量判断教室内人数，当红外接收管电压发生变化时系统发生中断，通过查询数组值判断A、B的变化情况。例如当有人进门时，A由“0”变为“1”，B仍为“0”，将总人数值加1；同理，当B由“0”变为“1”时，总人数值减1；当A、B皆为“1”时，说明同时有人进出，此时总人数不变。
上位机可以通过软件了解各个教室的实时人数，从而大致判断教室内上课的出勤率。同时可以计算出各个教室的空位数，学生可以通过大厅的显示画面了解去哪个教室自习。
三、结束语
系统的设计从低碳、环保的理念出发，立足于节能，适用于高校教室照明控制。采用多模式控制，实现各模式之间的自动转换，满足教室上课、自习、多媒体等多用途的需求。课表模式的引入不仅从全局上能够网络化管理灯光，也能实现局部的差异性。通过实际测试，人数判断较为精准，但是当两人同时进出门时统计可能产生误差。
参考文献
1 谢兴红.MSP430单片机基础与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008
2 秦龙.MSP430单片机应用系统开发典型实例[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2006
3 黎洪生， 刘苏敛， 胡冰等.基于无线通信网络的智能路灯节能系统[J].计算机工程， 2009，35（14）：190～191，214.
4 闫军威， 林海杰， 彭响方.基于 LonWorks 技术的路灯节能控制系统[J].电力电子技术，2009， 43（9）：47～49.
5 胡开明， 李跃忠， 卢传华.智能路灯节能控制器的设计与实现[J]. 现代电子技术， 2009，34（9）：143～145.
6 申田宝， 吕俭荣， 储惠等.智能照明节电器的技术特性与应用[J].上海节能， 2004，10（3）：29～31
7 吴瑶， 姜建国.基于模糊控制的节电照明系统[J].工矿自动化， 2005， 25（12）：82～85
8 吴永桥， 金康进， 施广林.基于单片机的节电照明控制系统[J].世界电子元器件， 2004，22（4）：47～49
9 刘三梅， 程韬波， 胡战虎.基于GPRS/WEBGIS 的路灯节能监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计， 2008，29（1）：187～189
新型节能照明系统智能控制器 篇4
该装置以ATmega16为控制芯片,利用人体红外感应模块和光检测电路,采集环境中光线亮度,通过ATmega16处理器的逻辑判断,驱动执行机构,实现了对周围亮度(开灯和熄灯)的控制。即在有人并且光线照度不足的情况下进行补光;在其余不符合开灯条件的情况下,不允许开灯以及人走灯灭等功能,并且可以实现在特殊情况下,模式选择装置的控制作用,实现照明灯具的智能控制和节约电能的目的。
1硬件电路设计
控制装置是以ATmega16为控制芯片,其它电路还包括:电源模块、光强检测模块、人体感应模块以及PWM驱动模块。
■1.1 AVR单片机中ATmega16
ATmega16有低功耗、高性能、价格低廉等优点。芯片本身自带16k B Flash程序存储器、512字节的EEPROM、1k B的SRAM、32个通用I/O口线,32个工作寄存器,支持片内调试与编程,三个具有比较模式的灵活的定时器 / 计数器 (T/C), 具备产生PWM波形的功能。8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装 ) 的ADC,以及丰富强大的外部接口,抗干扰能力强 ,完全可以满足节能控制装置的控制需要。
图 2 电源模块
■1.2电源模块
系统整个电路仅需要正5V一种电压。电路原理图如图2所示。
■1.3光强检测模块
1.3.1光敏电阻
光敏电阻与其他半导体器件一样,它的特性受温度影响较大。当温度升高时,它的暗电阻变小,其灵敏度下降 [1]。光敏电阻的温度特性仍用温度系数表示。温度系数定义为:在一定光照下,温度每升高或降低l℃,光敏电阻阻值的平均变化率,即
式中, R1在一定光照下,温度为T1时的阻值;
R2在一定光照下,温度为T2时的阻值。
光敏电阻结构很简单,管芯是一块安装在绝缘衬底上的带有两个欧姆接触电极的光电导体。其体积小,重量轻,性能稳定,价格便宜等,因而在自动化技术中得到广泛应用。
1.3.2光强检测电路
当光敏电阻阻值随光线强度变化时,光敏电阻两端的电压也随之变化,利用ATmega16单片机的A/D功能将模拟量转化为数字量,供给单片机使用。
■1.4人体红外感应模块
1.4.1热释电红外传感器
自然界中的一切物体,只要它的温度高于绝对温度 (-273℃ )就存在分子和原子无规则的运动,其表面就不断地辐射红外线。红外线是一种电磁波,它的波长范围为0.78 ~ 1000μm,不为人眼所见。热释电红外传感器就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外线的设备 [1]。它反映物体表面的红外辐射场,即温度场,是对温度敏感的传感器。它 由陶瓷氧化物或压电晶体元 件组成,在元件两个表面做成电极, 在传感器监测范围内温度有ΔT的变化时,热释电效应会在两个电极上产生电荷ΔQ,即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出阻抗极高,在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失即当环境温度稳定不变时,ΔT=0,则传感器无输出。当人体进入检测区,因人体温度与环境温度有差别,产生ΔT,则有ΔT输出;若人体进入检测区后不动,则温度没有变化,传感器也没有输出了。所以这种传感器能够检测人体或者动物的活动。由实验证明,传感器不加光学透镜 ( 也称菲涅尔透镜 ),其检测距离小于2m,而加上光学透镜后,其检测距离可大于7m。
1.4.2菲涅耳滤光片
红外传感器的时间常数越小,则它对红外辐射的响应速度越快。为了提高热释电红外传感器的检测灵敏度,还必须配合一种特殊设计的由塑料制成的光学透镜(菲涅尔透镜)使用 [2]。热释电元件将波长在8--12mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号,为了只对人体的红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片,使环境的干扰受到明显的抑制作用。人体在检测区内活动时,一离开一个透镜单元的视场,又会立即进入另一个透镜单元的视场,(因为相邻透镜单元之间相隔很近),传感器上就出现随人体移动的盲区和可见区,导致传感器的温度变化,而输出电信号,从而使热释电人体红外传感器灵敏度大大增加。图4为人体红外感应模块
■1.5结论
智能路灯节能控制器的设计与实现 篇5
时间：2009-07-03 09:58:37 来源：现代电子技术 作者：胡开明 李跃忠 卢伟华
0 引 言
随着我国经济高速发展，人民生活水平日益提高，能源和资源变得日益紧张，电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。目前我国照明消耗的电能约占电力生产总量的10％～20％，而城市公共照明则在照明耗电中占30％，并且近几年随着让城市亮起来的口号的提出，全国路灯的数量仍在迅猛地增长。公共路灯节能的口号便由此而提出。通常的节能途径有两个：一个是采用节能光源；二是采用合理的控制线路。本文在使用节能光源的情况下采用合理的控制线路来实现路灯节能。在供电系统中，为避免送电过程中的线路损耗和用电高峰时造成末端电压过低，供电部门均采用较高电压进行传输。因此路灯承受电压多高于灯具的额定电压。然而据调查我国小型城市晚上21：00后，大中城市00：00以后道路上几乎空无一人。从而造成了“人少车稀灯更亮”的不合理情况。为了避免这种情况，大多数城市和地区均采用了发达国家早已淘汰了的隔盏关灯的原始路灯控制方法。这种方法不仅导致路面照度分布不均，而且会减少路灯使用寿命。本文采用“全年分三季，一季分时段”的分时控制思想实现节能的目的。在不同的时段投入不同的供电电压运行，在保证路灯正常照明的前提下，兼顾到了用电低谷期节能的效果。同时利用电力载波技术实现对路灯运行状况的实时监控。系统硬件电路的设计 1．1 智能路灯控制系统
该智能路灯节能系统主要由电量检测电路、实时时钟、自耦变压器电路、显示电路及载波通信等电路组成。将一年大致分为三个季节段来对路灯进行控制，使其在不同的季节有不同的开关灯时间。而从开灯到关灯根据当地交通又可大致分为三个阶段(高峰、正常、低谷)来对路灯进行控制。从实时时钟芯片中将当前的路灯工作状况进行相应的归类，由单片机输出控制接触器的线圈的断合，而其触点的输出分别控制自耦变压器的三个触头，对应着四个档位，每个档位对应着相应的路灯电压。由于电力传输中有谐波干扰造成电力不稳，要时刻检测路灯的电量，以电量芯片ATT7028检测出电流或者电压过高或者过低，将得到的信息传给AT89C51单片机，单片机同时与铁电存储器的信息相比较，如果发现电流或者电压过高或者过低，单片机马上做出调整，适当地降低或者升高电压，以实现对路灯过载、过压等各种功能进行控制，用电力载波通信技术将现场情况传送至监控室。原理框图如图1所示。
1．2 电量检测电路的设计
电量采集模块主要完成路灯电流和电压的数据采集。将采集到的信号转换为ADC电路可采集处理的模拟信号，通过电量芯片转换为数字信号送到单片机中，检测电压和电流是否超载，依据此来控制电路负载的电压。设计中采用三相电能专用计量芯片ATT7028A，适用于三相三线和三相四线应用，能够测量各相以及合相的有功功率、有功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复功率多功能电能表的需求。同时将电量信号存入到铁电存储器AT24C24里，该存储器数据不易丢失，以便有功电能历史记录的查询。ATT7028A提供一个SPI接口，方便与外部单片机之间进行计量参数以及校表参数的传递。设计中应用ATT7028A测量电流和电压有效值，采用软件校表，通过SPI接口与外部单片机之间进行计量参数的传递，以此来检测路灯电压电流的有效值。另外对检测到的过载、过压等故障进行报警。1．3 路灯控制电路
路灯控制电路由译码电路、开关电路与变压器控制电路组成。为了使路灯分时控制取得优良的节能效果，除了要根据时间段来开启不同档位电压外，还需要实际考虑到电网电压在不同时段的电压波动情况。故将单片机检测到的电量信号与处理的实时时钟芯片DS1302信号作为74LS155二-四译码器译码地址输入端，译码器的四个端输出经三极管放大后分别驱动四个接触器的线圈，而其四个触点分别对应自藕变压器的三个触头，亦即路灯四种档：全压(220 V)、高峰期档(额定电压的93%)、正常期档(额定电压的88%)、低峰期档(额定电压的83％)。从而达到既兼顾路灯亮度又达到节能的效果。KM4接在母线上还能关闭路灯，原理如图2所示。
1．4 电力载波通信
为了实现控制室能够方便及时了解现场路灯运行情况，采用电力线载波通信技术将现场路灯检测运行的状况传送至控制室。以LM1893集成芯片实现电力载波通信，LM1893是美国国家半导体公司生产的FSK制式的调制解调芯片。能够实现可靠的串行数据的半双工电力线通信，具有发送和接收数据两种工作模式，能够与51单片机相兼容。LM1893调制解调数据输入端DATAIN与AT89C51单片机的串行输出口TXD相连，输出端DATAOUT与AT89C51的串行输入口RXD相连。LM1893的TX／RX发送接收控制端由单片机的P1．O端控制，高电平为发送状态，低电平为接收状态。路灯控制器接收到外部数据信息后，先要对所收数据的报文头和地址进行判断。当报文头正确，地址为本机地址时，它才执行相应的灯控命令，执行完后进入发送状态。
软件设计
软件主要完成：根据比较所得的结果控制硬件切换档位以达到路灯定时工作的要求；检测实时电网电压以控制是否要改变档位以达到电网实时监控的目的；最后则是配合主控室完成多机通信。整个智能路灯节能控制系统被分为了分时分段模块(主要通过时钟芯片DS1302和铁电存储芯片AT24C02配合完成)、电压监控调档模块(由电工参数测量芯片ATT7028加以软件判断来实现)、远程通信模块(由LM1893完成)以及实时显示模块组成。
将一年大致分为三个季节段来对路灯进行控制，每个季节段有着不同的开关灯时间。从开灯到关灯根据当地交通又可大致分为三个阶段来对路灯进行控制，分别为交通高峰期、交通正常期和交通低谷期。这三个阶段加上避免电网电压过低的全压运行档，就构成了全压、高峰、正常、低谷四个工作时间段，根据本地区的实际情况进行划分。系统通过对日历时钟芯片DS1302 读出来的当前与铁电存储器芯片AT24C02中存储的开、关灯时间进行比较，在各档开启的时刻就切换至相应档位，在关闭的时段关闭，其余时段进行监控。在交通高峰时段，保证路灯有足够的照明度。于是正常情况下，路灯应投入第1档运行。此时，当电网电压过低(低于208 V)，则路灯应全压运行；如果电网电压过高(高于236 V)，路灯可以跳过第1档，直接投入第2档运行。在交通正常阶段，要兼顾照度和节电效果，正常情况下，路灯应该投入第2档运行。在电网电压低手205 V时，返回第1档运行；在电网电压高于242 V时，则投入第3档运行。在交通低谷阶段，重点考虑节电效果。正常情况下投入第3档运行，只有当电网电压过低(低于195 V)时，路灯才会返回第2档运行。但是由于电网的波动或干扰，可能会出现电压偶尔的不正常，若一旦检测到电压超限就切换档位，很容易造成误操作，从而导致频繁的切换。设计中采用了以下方法来避免档位的频繁切换：当路灯运行于1～2档时刻之间，需使电压维持在208～236 V之间，这里采用COUNT，COUNT_H，COUNT_L三个计数器来监测电压。COUNT从0开始，每分钟加1，加到5，即5 min后清零。COUNT_H从0开始，每min比较当前电压与电压上限值的大小，若超过上限则将COUNT_H加1，在每次COUNT清零之前，若COUNT H值等于5，则认为连续5 min电压超出上限运行，相应地将路灯运行档位切换至低一档运行；若COUNT_H值小于5，则认为是电网的波动，不进行切换。电压下限监测同理。每5 min将三个计数器同时清零。
从SPI总线上获取ATT7028检测的电工参数的计量结果，再对检测值进行校表，即可对校表寄存器赋值来进行软件校表。
显示模块主要是在控制室内显示当前时间及检测到的路灯的运行情况。
主程序与各个子模块之间采用定时中断联系，每隔1 min中断一次，在每次中断时均要完成四大任务，即读出实时时间发送至主控室，决定是否换档，根据电网波动实际情况控制决定是否改变档位，以及将原边电网电压根据实际情况发送至监控室。软件流程图如图3所示。节能效果分析
以1 kw路灯为例，设当路灯电压为205 V时，单位时间耗电量为0．87 kWh；当路灯电压为193 V时，耗电为O.77 kWh；在满足行人车辆运行需要的情况下，适当降低路灯的端电压，可节能20％左右。在深夜行人稀少时，可将路灯的端电压降至170～180 V，路灯1 h内耗电O.55 kWh左右，除去其他损耗，可节约电能近40 %。结 语
智能节能管理系统 篇6
摘要：针对目前企业配电网节能技术的不足，提出了一种基于多智能体遗传算法的配电网节能降耗综合管理系统。结合遗传算法（Genetic algorithm，GA）和多智能体系统（Multi-Agentsystem，MAS）技术构造了一种GA-MAS算法，每一个多智能体相当于遗传算法中一个个体，相邻的多智能体相互作用，并结合遗传算法的进化机理进行全局最优求解。提出了该系统各节能设备智能体结构模型和高压/低压多智能体系结构模型，运用GA_MAS算法，得出各个节能设备的最佳调节力度，使节能设备以最小的调节代价获得最大的节能效益。具体算例仿真及工程实际应用表明本文提出的配电网节能降耗综合管理系统能使总有功网损降低，电容器投入总组数减少，实现节能设备的最佳调节，同时表明GA_MAs算法收敛速度较快。
关键词：综合管理系统；节能降耗；节能设备多智能体；遗传算法
中图分类号：TM92 文献标识码：A
节能已成为我国经济和社会发展的一项长远战略方针，节电则是国家节能战略的重要组成部分。纵观目前企业配电网节能技术，存在以下不足：1）整个配电网缺乏全局的规划与管理手段，能量管理水平不高，没有形成“全方位、多方面”的综合节能降耗。2）企业配电网只是进行了局部优化管理，具有很大的局限性。3）企业配电网的节能设备还是单一运行的，形成“孤岛”林立的局面，信息比较分散，集成度不高，不便于高层管理和控制。4）单一独立节点节能设备之间相互影响，一旦局部调节过度或不足会造成临近线路的故障，形成“要害区域”。5）单一节能设备只具备某一方面的节能职能，不能满足社会对全方面节能的需要。且节能设备的独立控制容易导致设备调节过于频繁，设备使用寿命缩短，维护成本增加。
智能体（Agent）是一种具有感知能力、问题求解能力和与外界通信能力的实体。多智能体系统（Multi-Agent System，MAS）由多个松散耦合的、粗粒度的、具有感知能力、问题求解能力、能够与系统中其他智能体通信的智能体组成的网络结构。MAS在兼顾单个智能体系统优点的同时，通过协商、协调和协作，完成复杂的控制任务或解决复杂的问题。
遗传算法（GA）是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化算法。本文结合GA和MAS技术构造了多智能体遗传优化算法（GA-MAS），该算法利用Agent的局部感知、竞争协同和自学习等特性来实现生物对环境的自适应。由于所有操作都作用于局部种群而不是整个种群，从而维持了群体的多样性，在一定程度上抑制了遗传算法的早熟现象。
针对上述现有技术的不足及其存在的缺陷，结合GA和MAS技术，提出了一种基于多智能体遗传优化算法（GA-MAS）的配电网节能降耗综合管理系统。给出了管理系统的基本结构模型和节能设备多智能体的结构模型，运用GA-MAS算法，得出各个节能设备的最佳调节力度，使节能设备以最小的调节代价获得最大的节能效益。通过具体算例仿真及工程实际应用表明本文提出的管理系统能使总有功网损降低，电容器投人总组数减小，同时表明GA-MAS算法有很好的计算效率及收敛稳定性。
1 无功优化模型
在实际工程应用中，无功补偿装置必然会产生有功损耗及运行维护费用，另外，当配电网无功资源不足时，需要增加无功补偿设备，产生额外投资。因而，系统在追求有功网损最小的同时，综合考虑无功补偿装置总投入最小建立目标函数：其中，N为系统节点数，n为加装无功补偿装置的节点数，QCi为节点i上无功补偿容量，△PC为每kVar无功补偿容量的有功损耗，C为上网电价，丁为年运行小时数，K1为电容器年运行维护费用，△P为系统有功损耗，t为每年最大负荷运行时间。Vi，Vj分别指节点i，j的电压幅值，Gij，Bij分别指网络导纳矩阵的互导纳元素（互电导、互电纳），θij指节点电压相位差。其中，△u为控制变量的变化量；m为补偿装置种类数，即cui为第i种装置调节代价。以变压器为例，成本为Acost元，允许抽头总调节次数为Tn次，抽头永远不调整时的预期寿命是a年，经过Tn次的抽头调整后寿命缩短到a'年，调整设备所增加的运行维护工作量为B，则该变压器的抽头每次操作的调节代价（元/次）为：
cu11=B+（a-a'）Acost/aTn。 （4）
由式（4）可类似地计算无功补偿装置投切开关的调节代价。
Vi为节点i电压，QCiSVC，QCiHAPF，QCiIVC，QCiDSTATCOM分别为SVC，HAPF，IVC，DSTATCOM的无功补偿容量，Ti为有载调压变压器分接头档位，QCi为发电机无功出力。
2 多智能体遗传优化算法（GA-MAS）
2.1 Agent的环境
多智能体遗传优化算法是结合GA算法和MAS的主要特征构造的一种算法。首先构造Agent的生存环境，每个Agent与其邻域相互作用，并结合GA算法的进化机制，使其能快速、准确地收敛到全局最优解。
将任意一个Agenta相当于GA算法中一个体，其适应值为：
f（α）=FQ。 （9）
Agenta的目的就是在满足运行条件的限制下尽可能减小其适应值。
所有的Agent都被放人一个生存环境，即一个L×L的网格，其中L=根号下N，N为群体中个体数。如图1所示，每个Agent都“居住”在该环境里，并且被固定在一个格子中。每个Agent都有其生存周期和自学习能力，能感知其邻域中的个体，并根据感知到的信息自主采取行动策略来完成其意图和目的。每个Agent和其邻域的个体组成了该Agent的局部环境，如图1所示，虚线框构成了Agent2，2的局部环境。每个Agent只和邻域内其他智能体交配产生新个体，具有一定局部性，而它邻域内其他个体又和自身邻域个体交配，由于邻域的重叠性，因而所有个体间均存在信息交换，又具有一定的全局性，可以维持群体的多样性。
2.2 GA-MAS算法流程
GA-MAS算法流程图如图2所示。
1）Pareto择优操作
每个Agent根据其局部环境与其邻域个体两两比较寻找最优解。在任意一个智能体的局部环境中，若该个体优于周围其他个体，则该个体为其邻域中的Pareto最优解。由于是在每个个体的局部环境中进行择优操作，而不是作用于整个群体，因而保证了群体的多样性。
2）交配操作其中，rand是[0，1]中的一个随机数。Pareto择优操作后得到的种群以交叉概率pc按式（12）（13）进行交叉。交叉后得到的子代个体与其父代进行优劣比较，若子代优于父代，则保留子代，否则，继续保留父代。
3）死亡和再生操作
智能体A1，A2，如果两点的距离d（A1，A2）
3 基于GA-MAS的配电网节能降耗综合管理系统
3.1 系统结构
依据多智能体分层分布式系统理论，基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统结构图如图3所示，包括高压侧、低压侧两级多智能体和管理层。
高/低压侧各个智能体的交互和协调通过任务协调智能体完成，且任务协调智能体之间可相互通信；各个智能体通过任务分解智能体与管理层连接，使不同的智能体连通了相应的管理层的各个系统。管理层各系统通过智能体之间的通信和交互相互连接起来，实现了操作平台的互联、互操作和互协调。管理层各系统的数据可通过TCP/IP协议实现各数据库之间互访，达到数据共享与交换的目的。从而管理层各系统连通了高压侧多智能体和低压侧多智能体，实现了高低压侧智能体的交互和协作，进一步实现多层次节能降耗。
3.2 节能设备智能体结构模型
节能设备智能体是具有节能设备功能结构属性的智能体。图3中节能设备智能体构建过程如下：
第j个节能设备智能体结构属性为：
Shj={ghj，Msj，Mrj，Ncj，T1}。 （14）
式（14）中ghj为第j个节能设备智能体对其他节能设备智能体的信念度；Msj为第j个节能设备智能体的初始状态；Mrj为第j个节能设备智能体的目标状态；Ncj为第j个节能设备智能体的优先级指标；T1为定义时间间隔。
1）SVC智能体
第K个SVC智能体其初始状态MsSVCk和目标状态MrSVCk分别为：
式（15）中QSVCk为第K个SVC设备补偿无功；VSVCk为第K个SVC设备节点电压；iSVCk为第K个SVC设备输出电流；NSVCk为第K个SVC设备优先级；TSVCk为时间脉冲。
那么第K个SVC智能体结构属性为：
式（17）中IHAPFk为第K个HAPF设备补偿谐波电流；VHPAFk为第K个HAPF设备节点电压；iHAPFk为第K个HAPF设备输出电流；NHAPFk为第K个HAPF设备优先级；THAPFk为时间脉冲。
那么第K个HAPF智能体结构属性为：
3）IVC智能体
第K个IVC智能体其初始状态MsIVCk和目标状态MrIVCk分别为：
式（19）中QIVCk为第K个IVC设备补偿无功；VIVCk为第K个IVC设备节点电压；iIVCk为第K个IVC设备输出电流；NIVCk为第K个IVC设备优先级；TIVCk为时间脉冲。
那么第K个IVC智能体结构属性分别为：
4）DSTATCOM智能体
第K个DSTATCOM智能体其初始状态MsDCOMk和目标状态MrDCOMk为：
式（21）中IDCOMk为第K个DSTATCOM设备补偿无功；VDCOMk为第K个DSTATCOM设备节点电压；iDCOMk为第K个DSTATCOM设备输出电流；NDCOMk为第K个DSTATCOM设备优先级；TDCOMk为时间脉冲。
那么第K个DSTATCOM智能体结构属性为：
3.3 高压/低压多智能体系结构模型
在节能设备智能体基础上，构建的高压/低压多智能体系结构为：
HV/LVMSh={Sh1，Sh2，…，Shj，N，T} （23）
式（23）中sh1，…，Shj为图3中高/低压侧各个节能设备智能体；N为各个智能体的优先级信息表；T为时间脉冲。在实例中可具体表示为：
3.4 系统的管理方法
图4是基于多智能体遗传优化算法的配电网节能降耗综合管理系统的管理方法流程图。首先从系统获取实时数据，比较各节能设备智能体当前状态和目标状态。然后高压/低压多智能体汇总所有信息，运用GA-MAS优化算法制定优化方案，再通过任务协调与分解智能体，根据优先级别N确定哪些节能设备智能体参与任务，根据时间脉冲T确定节能设备什么时候响应任务，实现各个节能设备智能体之间的交互和协作，减小节能设备之间的相互影响。
4 仿真分析
为验证以上算法的正确性与可行性，在Delphi环境下应用Pascal语言编制程序，对IEEE-14节点系统进行计算分析。在本文选取的IEEE-14节点系统中，设节点数为14个、发电机数6个、变压器数4个、节能装置6套。变压器当成有载调压变压器，变压器变比调节范围在1±1.25%×8，共分为0～16共17档，并且限制变压器的一次调节档位±2档，其档位与实际变比的换算关系为：T=0.9+n×1.25%（n=0，1，…，16），发电机端电压上下限制为0.9～1.1pu，节点电压限制在0.95～1.05pu。计算过程中，有功功率基准值为100MW，无功功率基准值为100MVar。
表1和表2为基于GA-MAS优化算法与PSO优化算法的配网节能降耗比对结果，对于IEEE-14节点系统，利用优化算法求解高低压节能设备投入套数，总有功网损最小，同时满足节点电压约束，控制方案合理，达到节能设备优化运行效果。在节点电压控制、发电机有功出力和电压最大最小畸变率等方面，本文所提基于GA-MAS的配网节能降耗系统展现出了优异结果。相比于PSO优化算法，当GA-MAS优化算法实施后，总有功网损降低到0.135pu，而PSO优化算法高达0.138pu，节能设备投入总数减少2套。
图5为GA-MAS和PSO迭代曲线，其中实线表示的是GA-MAS迭代曲线，虚线表示的是PSO迭代曲线。从图中可以看出，GA-MAS算法的收敛精度和速度比PSO算法要好，在算法计算速度方面，经GA-MAS和PSO优化的时间分别为16.3s和34.5s，由此看出，GA-MAS的计算速度和收敛性明显优于PSO算法。
5 工程应用
某企业配电网拥有110kV变电站一座，自备热电厂一座，10kV配电变电站两座。其中，25000kVA容量110±8×1.25%有载调压变压器2台，110kV线路两回，分别从不同的变电站引人为厂区供电，6300kVA容量10±8×1.25%有载调压变压器4台，10kV馈线143回，6kV馈线256回，6300kVA发电机组2台，系统共接人各种高低压节能设备16套。本文所提出的基于多智能体遗传优化算法的配电网节能降耗管理系统，被成功应用于该企业配电网，产生的节能降耗效益如下：
1）减少了有载调压变压器分接头开关的动作次数。变压器分接头由本文所提系统投运前的每台每周3.87次降低到目前的每台每周2.08次，动作次数降低了46%，提高了设备的使用寿命，减轻了检修劳动强度。
2）提高了配电网进线端口功率因数，减少了节能设备投入套数。系统接人运行后，使配电网内总的无功补偿容量降低了33%，同时，功率因数由原来的0.92稳步提升至0.96。节能设备总计投入11套，总共减少了5套。
3）减少电能损耗，取得了明显的节能降耗效果。对配电网三个月网损率的统计分析表明，平均网损率为8.0%，比系统接人运行前同比降低了1.9个百分点，节能降耗效果显著。
4）提高了电压质量。图6（a）～（c）分别为110kV，10kV，6kV节点整点时刻电压曲线，从中可以看出，使用本文提出的配电网节能降耗综合系统，并经过系统优化后，各节点电压得到明显改善，其中110kV节点优化前最低电压为101.1kV，优化后最低电压为105.4kV；10kV节点优化前最低电压9.51kV，优化后最低电压为9.82kV；6kV节点优化前最低电压为5.69kV，优化后最低电压为5.91kV。据统计，系统接人运行的三个月内，地区电网6kV以上母线电压合格率为99.96%，同比提高了0.4个百分点。
6 结论
智能化节能供热控制系统 篇7
1 智能化节能控制系统原理
智能化换热机的控制装置由变频器、PLC以及电动调节阀等设备构成。PLC对智能化节能控制系统中的各种信号进行采集,而后根据特定地区规定的室内采暖温度、室外环境温度、控制设备的运行状况等参数综合处理,对控制设备进行调节和控制,通过持续不断地采集参数和调整设备,达到持续调节系统的最终目的。其系统工作原理如图1所示。
2 供热控制系统的性能
当前,传统换热站中,换热机组大部分采用人工调控的运行模式。而实际上,人工调节只能实现间断调节,将造成在较长的时间内负荷与系统的实际需要并不相符合。同时人工操作较为生硬,容易引起供热管网运行参数波动较大,并且系统供水温度一不符合标准值就需要人工调节,不同的换热站之间独立运行,难以形成整体协调的供热系统运行状况,容易导致热力失衡,影响整体系统的供热效果,造成能源的浪费。智能化的换热站能随时进行自动化调节,保证系统负荷维持在较为合理的范围内,从整体上使热力供应网络处于最佳状况,有效节约了系统能源。智能化的换热站具有以下特点:
(1)建立了二次网供水调节。
智能化的供热控制系统建立了二次网的供水调节体系,通过对二次供水温度与标准温度的差距比较,调节流入换热器的一次网热流量,由此调节锅炉输出的热负荷,从而有效节约能源,保证二次网的供水温度与标准的温度相近,满足用户的采暖需求,实现供热系统的持续调节。
(2)变频补水定压。
根据二次回水管定压点处的压力值,调节补水泵变频器频率,改变补水泵的转速,从而维持稳定的系统压力值,实现供暖系统压力的稳定。与传统的手动模式相比,其压力变化更为连续、精确,不会出现跳跃性的变动影响供暖系统的运行。
(3)变频调速恒压供水。
供暖系统循环泵的控制系统采用变频调速的方式,从而建立起自动化的系统协调模式。循环泵的输出频率的调节应根据热力供应系统的二次网供水以及回水之间压力的差值进行控制,当系统的供热负荷保持在一定的水平上时,循环泵的出力也应保持稳定;当用户增多,系统的供热负荷增加时,供热管网的流量也将增大,供水和回水的压差减小,循环泵的转速加快;当热力系统的用户较小,系统的负荷减小时,供水和回水的压差增大,循环泵的转速将降低。由此实现了供热系统的迅速、准确调节,在稳定二次热力网络系统压力值的情况下最大限度地减小供热系统负荷,达到了能源节约的目的。
3 经济效益
3.1 燃料消耗
智能化装置的自动化调节供水温度模式相对于手动调节的人工模式更为经济、稳定和精确。人工的调节模式依靠操作人员的经验,调节量的大小往往不够精确,为使用户的满意度提高,往往在系统的运行中留下较大的富裕度,导致系统负荷的增加和能源的浪费。而自动化的调节模式则能随时调节,从而有效释放了系统负荷,节约了燃料的消耗量。
3.2 耗电量和用水量
智能化装置中采用了变频器,补水泵在运行过程中处于小功率的运行状况,运行状态与供热管网失水数量相匹配。对于多态循环泵同时运行的供热机组,供热网络运行的状况下,节能效果最为显著。
3.3 设备维护
智能化控制装置的换热机组具有稳定运行的工况,波动较为平缓,从而延长了设备的使用寿命,节约了设备和系统的维护费用。智能化的节能供热控制装置制造的成本较低,设备的功效却高,符合我国供热行业的发展状况和实际需求。
参考文献
[1]赵文彬,李耀滨,王树奇,等.智能控制和网络技术在供热行业中的应用与发展[J].区域供热,2005,(4):32-35
[2]张智.智能化控制在太阳能集中供热水系统中的应用[J].山西科技,2007,(1):143-144
[3]方来华,吴宗之,魏利军,等.针对供热系统的安全节能自控系统设计与开发[J].中国安全生产科学技术,2010,6(2):21-25
[4]李盈,佟建秋.智能化控制装置在供热领域中的应用[J].资源节约与环保,2011,(4):59-60
[5]李利新.供热系统智能控制节能改造技术应用[J].山西大同大学学报:自然科学版,2011,27(4):72-75
[6]韩福堂,刘前进,葛宝蜂,等.链条锅炉供热系统的智能控制[J].中国特种设备安全,2010,(12):16-19
家用电器智能节能控制系统设计 篇8
厉行节约, 反对浪费是我国的基本国策。随着我国经济的快速发展, 家用电器的负荷在电力系统负荷的比重越来越大。家用电器负荷的特点是待机的时间远远大于工作时间。大量的电能被待机的家用电器所消耗。以微波炉为例, 它的额定功率在900 W左右, 一天内工作时间约30 s左右, 消耗电能约0.007 5度。它的待机功率约8 W, 一天内消耗电能约0.192度。电能利用率约3%。约96%的电能被浪费。类似家用电器还有电磁炉、洗衣机、音响、空调等, 大量时间都处于待机状态, 电能浪费非常严重。有必要在家用电器待机时脱离开交流电源。本文用单片机芯片AT89C51, 设计了家用电器智能节能控制系统。该系统能自动检测家用电器是否处于待机状态, 如处于待机状态, 在30 min后自动切断电源, 与电源完全隔离, 不消耗丝毫电能。节约了电能, 减少了浪费。
1 系统硬件电路设计
系统框图如图1, 系统由单片机AT89C51芯片、家用电器待机检测电路、驱动电路、执行元件、功能设置键盘电路、系统电源等组成。系统硬件电路如图2。
1.1 单片机芯片
根据家用电器智能节能控制系统的控制要求, 也考虑到使用对象的操作简单, 选用AT89C51芯片为核心电路。AT89C51是一种带4 k字节FLASH存储器 (FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory) 的低电压、高性能CMOS 8位微处理器[1]。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造, 与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中, ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器[1]。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1.2 待机信号检测电路
待机信号检测电路是将家用电器的工作状态, 转换为一个高低电平信号的电路。待机信号检测电路由小电流互感器、整流电路、施密特反相器整形电路组成。待机信号检测电路的原理是利用家用电器工作电流大 (几安培) , 待机电流小 (几十毫安) 的特性, 由小电流互感器TA检测、二极管D整流、C滤波在电阻R两端产生与电器工作状态对应的高低电平, 即工作高电平、待机低电平的数字信号, 再经IC2 (74LS14) 带施密特六反相器整形后, 成为标准数字量。备单片机系统逻辑分析判断。
1.3 驱动电路和执行元件
考虑到家用电器负荷的工作特点是待机时间很长, 工作时间很短, 长期处于待机状态, 执行元件采用继电器符合节约电能的目的。选用欧姆龙LY2NJ 12V DC继电器。该继电器线圈电压直流12 V, 触点电流交流10 A。轨道安装带插座, 方便安装和更换。并使用它的常开 (动合) 触点, 这样设计可以在工作时, 时间短驱动电能消耗很小, 待机时可以与电源完全隔离, 不消耗丝毫电能, 达到节约电能的目的。
驱动电路采用分立元件电路, 这样设计电路简单, 散热性能好。驱动电路由三极管 (V1~V6) 和限流电阻 (R1~R6) 以及续流二极管 (D1~D6) 元件组成。单片机经分析判断从P1.0~P1.5的任一位输出高电平“1”, 再经三极管功放电路后驱动继电器线圈, 使继电器吸合, 常开触点闭合, 家用电器通电。限流电阻 (R1~R6) 作用是使三极管 (V1~V6) 既工作在饱和状态又不能损坏三极管的发射极。续流二极管 (D1~D6) 是为减小继电器线圈的自感电动势而设置, 可以保护驱动三极管。
1.4 通电显示电路
通电显示电路用来显示对应电器通电状态的。由发光二极管 (D13~D18) 和电阻 (R7~R12) 组成。 (P0.0~P0.5) 的任一位或多位输出低电平, 发光二极管亮, 表示对应电器处于通电状态, 否则处于断电状态。电阻 (R7~R12) 起限制发光二极管电流作用。
1.5 键盘输入设置电路
键盘输入电路是为给对应电器供电而设置。键盘输入电路使用接口P2.0~P2.7。其中P2.0~P2.5端口的S1~S6键为对应给P1.0~P1.5的6台电器供电, P2.6位S7键可一键给P1.0~P1.5的6台电器供电。P2.7位S8键可一键给P1.0~P1.5的6台电器断电。
1.6 电源电路
智能节能控制系统的电源, 采用交流220 V到直流12 V的 (KTP001-2.0A) 开关电源, 给12 V继电器供电, 采用开关电源的目的提高系统电源的效率, 开关电源的效率可达90%[2]。直流12 V, 再经IC4 (7805) 三端稳压器稳压, 变成+5 V给单片机及控制系统其它电路供电。
1.7 时钟电路
时钟电路由接于AT89C51芯片18、19脚的JT1晶体振荡器 (6MHz) 和C1、C2 (2×30PF) 元件组成, 为单片机系统产生6 MHz时钟信号[3]。
1.8 复位电路
复位电路由单片机AT89C51芯片9脚连接的电阻R13和电容C5元件组成, C5的另一端接系统电源Vcc+5 V, 为单片机控制电路上电时, 在RST端产生一个正复位脉冲, 启动单片机工作。
2 软件流程图
软件流程图如图3所示, P0口设为输出口, 用来控制通电指示灯。输出为“0”, 指示灯亮, 表示这路电器通电;输出为“1”, 指示灯灭, 表示这路电器断电。P1口设为输出口, 用来控制各路电器的供电。当输出为“1”时给这路电器供电, 输出为“0”时这路电器停止供电。P2口设为键盘输入电路, 用来对各路电器的供电进行设置。P3口设为输入口, 用来检测各路电器的工作状态, “1”表示电器待机, “0”表示电器工作。如检测到待机信号时, 30分钟后P1口的对应位输出“0”自动切断电源。
3 结束语
据调查每户平均有家用电器8到10台, 其中有6台常年处于待机状态。每台电器待机功率在9 W左右, 每天浪费约1.3度电, 每年浪费约475度电。每个小区、每个城市又浪费多少度电?数字大的惊人。在这倡导节能降耗, 厉行节约, 反对浪费的大趋势下, 智能节能控制系统会有广阔的应用前景。
摘要：住宅小区电力负荷主要部分是家用电器, 而家用电器电能消耗的大部分在待机时间, 电能浪费非常严重。针对此, 以单片机为核心, 设计了家用电器智能节能控制系统。该系统能自动检测家用电器是否处于待机状态, 如处于待机状态, 自动切断电源, 与电源完全隔离, 不消耗丝毫电能。
关键词：节约电能,减少浪费,智能控制,完全隔离
参考文献
[1]美国爱特梅尔股份有限公司.AT89系列单片机技术手册[Z].北京:北京威立姆电子技术有限公司, 1996.
[2]渠云田.电工电子技术[M].北京:高等教育出版社, 2012.
浅谈智能建筑的节能与管理 篇9
1 提高室内温湿度控制精度
室内温湿度的变化与建筑节能有着紧密的相关性。据国家统计资料表明, 如果在夏季将设定值温度下调1℃, 将增加9%的能耗, 如果在冬季将设定值温度上调1℃, 将增加12%的能耗。因此将室内温湿度控制在设定值精度范围内是空调节能的有效措施。欧美等国家对室内温湿度控制精度要求为:温度为±1.5℃, 湿度为60±5%的变化范围。传统的建筑由于没有采用楼宇自控系统, 往往造成夏季室温过冷 (低于标准设定值) 或冬季室温过热 (高于标准设定值) 现象。这不但对人体的健康和舒适性来讲都是不适宜的, 同时也浪费了能源。采用了楼宇自控系统的智能建筑, 不仅可以按照设定自动调节室内温湿度外, 还可以根据室外温湿度的和季节变化情况, 改变室内温度的设定, 使之更加满足人们的需要, 充分发挥空调设备的功能。空调系统温度控制精度越高, 不但舒适性越好, 同时节能效果也越明显。
2 新风量控制
根据卫生要求, 建筑内每人都必须保证有一定的新风量。但新风量取得过多, 将增加新风耗能量。以上海地区酒店为例, 在设计工况 (夏季室外温26℃, 相对温度60%, 冬季室温22℃, 相对湿度55%) 下, 处理一公斤室外新风量需冷量6.5k Wh, 热量12.7k Wh, 故在满足室内卫生要求的前提下, 减少新风量, 有显著的节能效果。新风量应该根据室内允许CO2浓度来确定, CO2允许浓度值一般取0.1% (1000ppm) 。采取固定新风量的方式是不够精确的, 因为随着季节和时间的变化以及空气的污染情况, 室外空气中CO2浓度是变化的, 同时室内人员的变化自然对新鲜空气的需求也发生变化, 所以最为合理的方式是根据室内或回风中的CO2浓度, 自动调节新风量, 以保证室内空气的新鲜度, 控制功能较完善的楼宇自控系统可以满足这些控制要求。
3 机电设备最佳启停控制
对于办公和商场等建筑夜晚是不需要空调的自然在夜里是不需要开空调, 为了保证工作开始时室内环境的舒适, 就需要提前对建筑进行预冷、预热另外室内温度是惯性很大的被控对象, 提前关闭空调也可以保证室内温度在一定的时间内变化不大楼宇自控系统通过对空调设备的最佳启停时间的计算和控制, 可以在保证环境舒适的前提下, 缩短不必要的空调启停宽容时间, 达到节能的目的;同时在预冷、预热时, 关闭室外新风风阀, 不仅可以减少设备容量, 而且可以减少获取新风而带来冷却或加热的能量消耗。在商业建筑中照明的能源消耗要占整个能源消耗的很大部分, 其中公共照明最容易产生能源浪费, 对这些照明设备实行定时开关控制, 甚至按照作息时间和室外光线进行预程调光控制和窗际调光控制, 可以极大降低能源消耗。在实行多种电价的地区, 利用楼宇自控系统, 通过与冰蓄冷设备、应急发电机等配合, 可以在用电高峰时, 选择卸除某些相对不重要的机电设备减少高峰负荷, 或投入应急发电机以及释放存储的冷量等措施, 实现避峰运行, 降低运行费
4 空调水系统平衡与变流量管理
空调系统节能控制的算法是智能建筑智能的核心, 通过科学合理的节能控制不但可以达到温度环境的自动控制, 同时可以得到相当可观的节能效果。空调系统的热交换本质是一定流量的水通过表冷器与风机驱动的送风气流进行能量交换, 因此能量交换的效率不但与风速和表冷器温度对热效率的影响有关, 同时更与冷热供水流量与热效率相关。通常在没有采用对空调系统进行有效的空调供水系统平衡与变流量管理时, 常规的做法是以恒定供回水压力差的方式来设定空调控制算法, 结果温湿度控制精度很差, 能量浪费也是极其明显的。这是由于在恒定的供回水压力差之下, 自平衡能力很差, 流量值与实际热交换的需要量想差甚远, 往往因而造成温湿度失控, 能量浪费和设备受损。通过对空调系统最远端和最近端 (相对于空调系统供回水积水器而言) 的空调机在不同供能状态和不同运行状态下的流量和控制效果测量参数分析可知空调系统具有明显的动态特点, 运行状态中楼宇自控系统按照热交换的实际需要动态地调节着各台空调机的电磁阀, 控制流量进行相应变化, 因此总的供回水流量值也始终处于不断变化之中, 为了响应这种变化, 供回水压力差必须随之有所调整以求得新的平衡。应通过实验数据建立变流量控制数学模型 (算法) , 将空调供回水系统由开环系统变为闭环系统。
5 克服暖通设计带来的设备容量冗余
目前我国绝大多数暖通系统, 为了保证能在最不利的环境情况下正常运行, 在设计时往往采用静态方法计算负荷, 而且还乘以较大的安全系数, 以至于在设备 (如制冷机组、冷冻水泵、冷冻水泵、风机等) 选型方面往往偏大。暖通系统是一个典型的动态系统, 一年之中的负荷绝不是均匀分布的, 即使是一天之中的负荷也是随时间而变化的。不恰当的冗余将会造成能源的浪费, 而这种冗余是很难用人工监控的方式加以克服。由于智能建筑科学地运用楼宇自控系统的节能控制模式和算法, 动态调整设备运行, 有效地克服由于暖通设计带来的设备容量和动力冗余而造成的能源浪费。
6 能源管理系统的应用
开发能源管理软件, 建立能源管理系统, 实现能耗跟踪、节能的远程及就地控制。能源管理系统由各种计量仪表和软件程序组成。安装于各种基本的空调设备 (如制冷机组、冷却水泵、冷冻水泵、风机等) 上的计量仪表不仅可以在系统运行时采集该设备的适时运行原始数据, 还可以协助中央控制器, 在系统件控制下, 实现系统的节能运行。软件程序则是能源管理系统的中枢。首先, 由各种计量仪表采集的设备运行原始数据, 通过数据传输通道传输到中央处理器, 利用软件程序对其进行分析整理, 从而建立系统高效低能运行数据库并集成在能源管理系统软件中, 为以后的能源管理提供基本依据。然后, 在空调系统的运行过程中, 各种计量仪表采集相应的运行数据传输给中央处理器, 通过软件程序的对比分析, 拟合出系统的运行曲线, 从而判断系统是否处于节能运行状况。若发现运行异常, 系统软件可根据采集的适时运行数据及所拟合的运行曲线, 自动确定故障部位、发出声光报警信号, 通知故障检测程序自动排障或指示设备管理人员人工排障。此外, 能源管理软件还可自动存储或打印设备运行数据和运行曲线, 为后续的系统完善提供可靠资料。各种计量仪表也可通过显示屏直接显示运行数据, 提高管理人员的节能意识。
智能建筑中还有其它系统节电节能, 如照明、电梯等应通过优化设计, 采用先进的节电技术, 以获得良好的节电节能效果。节能管理是建筑综合管理的重要内容, 由于智能建筑的机电设备采用自动化监控方式, 使智能建筑利用先进的综合节能技术成为可能。同时, 节能是建设智能建筑的主要目标之一, 节省运行和管理费用, 是智能建筑高效率和高回报率的具体体现。
摘要：智能建筑的节能是指智能建筑内能源的消费和合理利用之间的平衡关系, 针对智能建筑的节能与管理进行了分析。
智能楼宇空调系统节能措施探讨 篇10
随着人类对自身居住需求的逐步提高及各种新技术、新设备的快速发展, 智能建筑逐渐成为国内外建筑领域的潮流与趋势。智能建筑满足了人们对于舒适性、安全性、方便性、可靠性的要求, 与此同时却使建筑物自身能耗大大提高。在当前世界范围能源紧张的背景下, 尤其对于我国人口众多、人均资源占有量严重不足的发展中国家来说, 智能建筑的高能耗是必须面对且解决的问题。
据统计, 在工业发达国家中, 建筑能耗已高达总能耗的30%~50%, 而采暖、通风、空调能耗约占建筑能耗的65%。全球变暖和大气臭氧层破坏两个全球性的问题也对空调的广泛应用提出了挑战。
因此, 改善和提高空调系统运行效率, 减少能耗, 具有重大的现实意义。
2 空调系统能耗的影响因素
影响空调能耗的因素有很多, 如室内温湿度设定值、空调系统的控制运行和维护管理等。另外, 建筑物的朝向和平面布置、建筑维护结构的保温性能、窗户隔热性能和建筑遮阳等也对空调能耗产生很大影响。
一般可将空调系统的能耗分为供给空气处理设备冷 (热) 量的冷热源能耗和克服空调系统工作介质循环阻力的能耗。
3 空调系统节能技术措施
3.1 冷热源节能
空调系统所需要的大部分能量是在冷热源系统中消耗的。所以合理选择冷热源系统对空调系统节能至关重要。常用的空调系统冷热源方式有:
(1) 水冷冷水机组+锅炉
夏季使用水冷冷水机组制冷, 冬季用锅炉供热, 目前这种方式应用较为广泛。
(2) 热泵
热泵型机组现在已被公认为一种有利于环境的高效节能装置。但在技术上亟待解决的是冬季制热能力不足。
(3) 溴化锂吸收式+锅炉
溴化锂机组节电不节能, 其能效比比较低, 外燃式为1.0~1.2左右, 适用于有废热、余热的场所, 如热电厂、钢铁厂等, 既利用了废热、余热, 又达到了制冷的目的。
3.2 输送系统的动力节能
动力能耗主要是指空调系统运行中风机和水泵所消耗的电能。具体节能技术措施如下:
(1) 提高供回水温差
若系统中输送冷 (热) 量的载冷 (热) 介质的供回水温差采用较大值时, 空调系统制冷 (热) 效率明显提高。故应在满足空调精度、人体舒适度和工艺要求的前提下, 尽可能加大温差, 但供回水温差不宜大于8℃。
(2) 选用低流速流体
水泵和风机的功耗与管路系统中流速的平方成正比, 故采用低流速能取得较好的节能效果, 且低流速有利于提高水力工程的稳定性。
(3) 提高输配系统的效率
设计时需合理选择水泵扬程, 若扬程过高时, 靠减小阀门开度来调节系统的水力平衡, 会使系统能耗过多的消耗在阀门和过滤器上。
(4) 采用变流量水系统
空调系统的热交换本质是一定流量的水通过表冷器与风机驱动的送风气流进行能量交换, 因此能量交换的效率不但与风速和表冷器温度有关, 同时更与冷热水供水流量有关。
在设计空调水系统时, 如采用定水温变流量或变水温变流量的调节方式, 使供水量随空调负荷的变化而增减, 不但可以减少处理过程的能耗还能节省输送能耗。
(5) 采用变风量系统
空调系统中能量交换的效率与风量也有密切关系。风量越大, 能量交换越充分, 能量交换效率也就越高, 因此有必要根据温湿度的设定值随时调节风量的大小。调节风量的大小有多种方法, 包括调节风机的出口风门, 改变导时阀、离合器的控制、风机电动机的调速等。目前最常用、调节效果最好的是风机电动机调速方法。
3.3 空调机组及末端设备的选择
风机盘管设计中须选用重量轻、单位风机功率供冷 (热) 量大的机组。空调机组应该选用机组风机风量、风压匹配合理, 漏风量少, 空气输送系数大的机组。
3.4 蓄冷技术
目前我国已逐步实施峰谷电价制度, 这为冰蓄冷技术及设备的发展提供了条件。采用冰蓄冷配以低温送风系统既能满足空调系统要求, 又节约用电费用, 这是空调工程的重大变革。
所谓冰蓄冷技术是指在夜间用电低谷利用冷媒 (溴化锂等) 结成冰储存冷量, 在白天用电高峰时, 通过冰融化放出冷量的原理, 采用低温送风补充白天对冷量的要求。
采用冰蓄冷技术, 有利于均衡电力负荷、提高现有发电设备与供电电网的利用率, 有利于降低系统的运行费用;还有助于调节送风温差, 是一举多得的节能措施。
3.5 采用热回收与热交换装置
新风的引入必然要排出一部分空气, 而大气与所排气体间的温差会带来一定的能量损失。采用热回收交换设备使新风在被处理前与所排气体进行热交换, 可减少新风机组的负荷, 降低能耗。
3.6 充分利用自然冷源
常利用的自然冷源是地下水和室外空气。地下水温常年保持在18℃左右, 可在夏季为空调系统提供冷量, 冬季为空调系统提供热量。
另外, 冬季的室外冷空气温度较低, 可用于空调系统供冷。
4 空调系统运行管理节能措施
在空调系统的实际运行过程中, 不同的管理模式对其运行能耗存在较大影响。因此采用合理措施, 加强运行管理, 可以节约大量能源。
(1) 提高送风温差
人类对于温度感应的舒适区范围较宽, 在舒适区内, 虽然人体热舒适感觉没有明显改变, 但空调系统的耗能却能有大幅度的变化, 例如夏季室内温度从26℃提至28℃, 冷负荷即可减少18%~22%。
在满足空调精度要求的前提下, 我们可以提高送风温差来提高节能效率, 利用最少的耗能实现舒适的空气环境。
(2) 合理调节新风比
从卫生的要求出发, 建筑物内必须保证有一定的新风量, 但新风量取得过多, 势必将增加新风耗能量。在建筑物的空调负荷中, 新风负荷一般可占总负荷的20%~30%。因此在满足卫生条件下, 冬、夏季应尽量减少新风量, 在过渡季节, 应尽量采用新风甚至全新风。
(3) 管路系统维护
管路系统中的水或空气都是携带冷量或热量的介质, 若发生泄露会直接造成能量损失。所以经常对管道设备进行检查并采取相应的措施是必要的。
在管道保温层, 若保温材料被水打湿, 会大幅降低保温性能, 造成能量损失;热交换设备的结垢会造成设备性能的下降, 这就需要对水进行必要的处理和对水系统进行清洗;当新风系统过滤器上截留的杂物过多时, 阻力升高, 导致风机压力上升、能耗增加, 同时增加了漏风的可能性, 应时常对其进行清洗或更换。
(4) 设定最佳起停时间
若建筑物中人员作息比较规律, 能够保证按规定时间进入或离开办公区域时, 可考虑使空调系统间歇运行。应用惯性蓄能原理, 根据维护结构、室内物品的热工特性、气候的变化及房间使用功能等确定预热预冷的时间和提前停机时间, 并保证参数不超过舒适极限的范围。
5 结束语
智能楼宇空调系统节能涉及到诸多因素, 是一项复杂的系统工程。在当前能源紧张的大环境下做好这项工作, 不仅顺应潮流、保护环境, 而且对国民经济的发展也会产生有益的影响。随着新技术和新材料的应用, 空调系统节能的研究与应用技术也将不断发展。未来一定会有更加便利有效的节能手段得到更为广泛的应用。
参考文献
[1]施方.智能建筑中BAS系统的节能研究.中国科学院工程热物理研究所硕士学位论文.2002.
[2]毛燕.智能建筑中楼宇设备自控化系统的研究及设计.西南交通大学硕士学位论文.1999.
[3]崔莹, 范征宇.智能建筑中节能方案的设计[J].中国科技信息.2005, 7 (13) .
[4]沈晔, 张俊, 姜平, 王伟军.建筑节能管理与智能化技术措施[J].上海建设科技.2007, 2.
物联网智能节能社区 篇11
关键词：物联网技术 节能减排 智能家居
中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1673-9795（2012）09（b）-0109-01
1 当前状况
随着城市化进程不断加深，城市人口日益增加，新增城市人口对社区需求旺盛，开发商之间使出所有招数，打造自己的产品，难道每个开发商只是提供一个房子吗？不是的，从开发商的广告词可以看出，大部分的开发商都会打出户型、绿化等招数，开发商之前的竞争趋于同质化。目前高新科技的发展日新月异，科技以人为本，建设新型智能社区已成新时代的主旋律。很多开发商也做了相应的尝试，比如小区安防系统、小区门禁系统、也有少数高档社区进行了一些更高层次的智能化建设，但是这些智能建设只是局部的片面的。一方面是为了物业的管理方便，系统的扩展性不强，各个系统之间没有很好的联系，不是一个有机的网络，不能称之为智能化社区。
一个智能化小区，从设计之初就要考虑它的智能化与节能方案。而不是建设后再去改造。我们这里不讨论小区智能化设计，只讨论智能社区的信息处理以及物联网对智能小区的发展。
我认为一个智能社区要包括（表1）几个方面。
2 物联网的发展
物联网是通过各种信息传感设备及系统（传感网、射频识别、红外感应器、激光扫描器等）、条码与二维码、全球定位系统，按约定的通信协议，将物与物、人与物、人与人连接起来，通过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。这个定义的核心是，物联网的主要特征是每一个物件都可以寻址，每一个物件都可以控制，每一个物件都可以通信。
3 智能家居
又称智能住宅，随着智能家居设备生产成本的不断降低，智能家居逐渐走向平常百姓家庭，为建立智能小区提供物质与技术支持。
4 节能减排
当前，实现节能减排目标面临的形势十分严峻。2006年以来，全国上下加强了节能减排工作，国务院50条政策措施确保“十二五”节能减排目标实现。面对国家的节能形势，对于小区也要节能减排。随着清洁能源的不断研究，目前太阳能光伏发电、太阳能热水器、太阳能采暖、太阳能制冷等科研成果逐步推向生活的各个角落。
目前皇明太阳能集团提出了MePad产品，并且应用到了小区以及学校等各个方面，为智能化社区建设提供了节能减排的技术支持。
什么是MePad？
MePad，是Micro Emission Packaged Design的缩写，既是一整套微排集成解决方案，也是一个智能的节能管理平台，以“微排、智慧”为核心，遵循人性功能、生态节能为原则，整合利用太阳能热水、太阳能干燥、太阳能采暖、制冷、太阳能光电光伏、美盾节能门窗、温屏节能玻璃等太阳能为主的各种节能解决技术，对酒店、学校、机场、农业、城镇等各个方面进行节能改造与管理，实现社会生产、生活中的各种排放达到微量，甚至零能。
物联网技术、智能家居的发展、节能减排清洁能源的发展为建设智能节能小区提供了有力的技术支持。下面运用以上技术，对智能化小区信息化建设系统方案进行阐述：
（1）安防系统。
也是小区基本的保障系统，分为门禁系统、车辆管理系统、监控系统、入侵报警系统。门禁系统采用智能卡，业主信息预先采集到智能卡中，在楼道，门口等位置设置门禁和读卡机进行验证信息。入侵报警系统可以采用家庭报警，网上预警。在每个业主家里安装报警装置，通过报警装置把预警信息传到物业管理办公室。网上预警为远程预警提供帮助，比如自己不在家，通过家里的远程监控看到家里是否有异常，可以通过远程预警，把预警信息传到物业，引起物业重视。
（2）家庭智能化系统。
家庭智能化主要是智能家居的控制，通过主控设备对家庭中所有的智能家居进行控制，可以设置场景以及运行模式，不必对每个家居进行详细设置，就能很好的使用智能家居。
（3）节能减排控制系统。
光伏发电控制系统：小区使用清洁能源太阳能作为能源。
照明控制系统：对小区照明系统，景观系统进行定时节能控制。
节能设备控制系统：对小区内太阳能取暖设备以及通风设备进行控制，达到节能的目的。
（4）社区服务系统。
主要为社区业主提供生活服务，比如通过家庭终端设备进行天气预报查询、附近医院、学校信息的查询。小区网上商城能够提供购物方便，家庭通过业主终端设备，可以浏览商城物品，下订单，电子支付，小区内的商户可以在自己的终端马上看到订单，进行送货处理。业主不出家门就能购物，极大方便了业主生活。
5 结语
综上所述，从技术上，整个智能社区管理系统，借助物联网通讯技术，把各个智能设备，数据采集系统联系在一起，每个设备与设备之间能够进行信息互通，借助于无线网、互联网以及3G、4G网络进行数据交换和控制，为小区提智能化管理提供了有力保障。
参考文献
[1]刘化君，刘传清.物联网技术[M].电子工业出版社，2012.
[2]百度百科.
智能节能管理系统 篇12
在部分农村地区, 外部空气环境质量良好;同时基站内设备容量配置相对较低;由于社会经济发展的不平衡性, 针对基站空调外机被盗案件时有发生, 同时老旧的空调设备效率低, 耗能大。从而, 用智能通风系统降低基站空调能耗、提高安全性能是运营商实施节能减排、降低成本的重要措施之一。
湖南移动自治州分公司 (以下简称自治州分公司) 在降低空调能耗做了有益的尝试, 在确保基站正常运行所需外部环境前提下, 开发了基于负压式空气通风原理, 利用地下管道降温, 同时辅助与部分控制设备的管道负压式智能节能通风系统, 取得了很好的节能成效, 减少了运维成本。
空调面临被盗与高能耗难题
自治州分公司目前共有基站850余个, 根据基站主设备容量配置一台3匹或5匹舒适型空调, 空调设置温度为22-25摄氏度, 结合自治州气候因素, 每年度4-11月为空调运行期, 12月-次年3月为空调保养期;核心机楼配置多台10匹精密型空调, 常年间断运行。
由于社会经济发展的不平衡性, 在农村地区, 自治州分公司每年因盗窃造成的空调损坏量在80台左右, 直接经济损失56万元。
在电费支出方面, 电力消耗约占公司总体消耗的87%。2007年, 自治州分公司共消耗水电费1132万元, 其中水费20万元, 用于网络维护生产的电费694万, 用于综合楼日常办公及营业厅用电418万元, 与2006年相比, 增幅约18%。在整个耗电量中, 空调又占据了51%。可见, 节能减排工作的核心为降低空调等设备的耗电量。
自治州分公司基站主设备均为中兴通讯产品, 经查询技术资料及现场试验测试, 发现环境温度在低于40摄氏度时, 基站主设备均能正常运行。
自治州分公司针对目前基站设备的现状, 不断思考, 考虑利用地下管道直接智能通风替换原来高能耗的空调。
创新的方案设计与实施原理
该案例主要利用了两点技术。其一, 负压式空气通风。利用空气的压力差, 高压往低压流动的原理, 使外部冷空气流入机房内部。负压风机在机房一侧产生负压吸力, 使室外空气能与室内空气充分混合均匀无死角。
其二, 管道散热降温技术。该技术利用地下管道恒温, 均流原理, 结合散热片散热思路, 在地表下30cm处, 开挖一条宽5 0-6 0 c m宽, 高100cm的混凝土管道, 顶部用6cm厚水泥盖板覆盖。表面覆盖泥土或草皮, 风口呈现喇叭状。同时在管道内铺设钢管, 增强冷空气与管道的接触面积, 不仅增强降温效果, 且在除湿上有一定效果。
另外, 自治州分公司在管道口及室内进风口安装过滤网;室内安装温度探头及控制器等。具体系统结构图如图1。
该方案实施共分成进风部分、排气部分和控制部分。
1. 进风部分设计。
室外进风口和通风管道低于基站地板1米, 防水防潮易于清理夏季室外温度较高的空气在通风管道中流动的时候被土壤自然降温, 通过内进风口进入机房时温度已经适合基站温度调节的需要。
2. 排气部分设计。
风机:采用65W以上风机两台, 用于抽出机房内上层热空气, 在大气压力下吸入管道内新冷空气与机房内热空气混合后从而达到降温的效果。
排气孔:在进气口对角, 距离地面3m左右并排开圆洞两个, 风机安装在洞内, 以加大抽风力度。排气孔外用φ16-20钢筋焊接成防盗网, 外做百叶窗, 风机启动后百叶窗打开、风机关闭后百叶窗闭合。
3.控制部分设计。
该方案采用XMT-122型数字式温度显示调节仪和CJT1-10交流接触器作为风扇控制器件, 当室内温度超过设定值时风机启动, 当室内温度底于设定值风机停止。
试点经济效益显著
管道负压式一体化智能节能通系统主要从资本投入、维护成本、运营成本三个方面做到了线组合节约, 具体试点成效数据如下。
节约资本开支。本方案的资本性投入主要在管道的开挖及负压式风机的采购上。如果在基站进行土建时, 同时考虑到通风管道的建设, 该部分的投入可大大减少。自治州分公司试验站点的投入为3000元/站。而按空调配置成本为每站8500元/站。因此, 可节约资本开支5500元/站。
节约维护成本。空调设备每年的巡检费用为200元/台, 维修费用及材料费用另算。而本系统的维护成本仅仅在于过滤网的清洗, 几乎为零。
节约运营成本。一台3 P空调的能耗为2.5kW, 而该方案两台风机的能耗仅仅为13 0 W。每天节省能耗为 (2.5-0.13) ×24=56.88度, 全年4-11月为空调运行期, 每度0.6 5元, 全年每站可节省56.88×30×7×0.65=7764.12元。
以上对比数据可见, 在一定的适用条件下, 该通风系统不仅在节能上具有巨大优势, 且在维护简易性、可操作性、资本投入等方面同样具有很大潜力。
数字
700、110、1200
【智能节能管理系统】推荐阅读：
智能节能技术06-26
智能电网节能新用05-26
设备节能的智能建筑08-09
智能楼宇节能案例分析08-12
智能建筑中的节能利用08-01
节能系统05-14
节能管理06-01
系统节能方法05-14
建筑节能管理05-21
管理节能方法07-06