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1、1全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛南方高校教室照明系统节能减排改造方案设计说明书 学 校 华南理工大学 学 院 环境科学与工程 专 业 给水排水工程 学生姓名 绳万里 年 级 2006 级 学 历 本科生 2提交日期 2010 年 04 月 21 日 南方高校教室照明系统节能减排改造方案设计说明书设计者：绳万里，帅哲，于琪指导教师：邓学雄（华南理工大学环境科学与工程学院，广州，510006）摘 要用节约的眼光审视南方各校园，发现多数大学课室日光灯的布局在使用时存在着严重的电能浪费情况。由于各课室内现在使用的日光灯控制系统是以“单行控制”为单位，即一横行的几盏灯并联在一起，受一个开关控制，这
2、样整个教室的开关分别控制着课室的前部、中部、和后部。然而由于南方的地域特点，日照时间比较长，阳光相对充裕。白天或傍晚时，课室内靠近窗的一侧相对明亮，靠近走廊一侧相对昏暗。大多数时间昏暗地带需要开灯，而明亮地方不需要，但由于开关控制的为一行灯，使得靠近窗一端的灯存在着浪费。由于课室数量之大和使用时间之长，因此浪费的电能之大就不言而喻。由于各个课室的设计方式大同小异，为了研究方便，本文通过广州大学城华南理工大学教室为例，剖析南方课室总体改进原理，使得开关以“区域控制”为单位，据光线的强度调节各个灯的开关情况，并在电路改进后，最大程度减小课室内硬件设施和建筑的改动，以达到节约能源目的。关键词 改进；
3、节能；利用率；可行性。第一章 绪 论11 电力背景综述改革开放以来，我国各行各业得到了长足的发展，综合国力跃居世界前列。经济的飞速发展带动了电力工业的腾飞，电力给每个城市注入了无穷的动力和活力，带来了无数的机遇与挑战，使人们的生活越来越方便快捷，越来越多姿多彩，越来越与世界紧密结合。珠三角地区，处于改革开放前沿的时代浪尖，是广东经济发展的龙头，呈现工业化、城市化、信息化和国际化互动共进的良好格局，是国内最具生机活力、经济增长最快的地区之一。电力供应量一直在迅速增长，然而，电力生产的速度跟不上经济发展的快速步伐，且就全国而言，由于资源、人口分布和经济发达程度不同，必然造成某些地区电力的供需缺口。
4、电力不足的能源瓶颈再次引起了人们的关注。电力供求的紧张局势依然如故。以南方典型省份广东省为例，有着“中国经济发动机”之称的广东去年遭遇到 30 年来最严重的电荒。来自南方电网的数据显示， 2008 年广东的最大电力缺口达 950 万千瓦至1050 万千瓦，这比去年 2007 年 623 万千瓦缺口高出近 50至 64。笔者掌握的广东省保障电力供应及安全工作方案(粤府办200813 号)显示，2008 年广东全社会用电量达 3800 亿千瓦时，同比增长 12，由此导致广东电力负荷缺口超过 1000 万千瓦1200 万千瓦，全年电量缺口达到 60 亿千瓦时以上，“全省电力供应呈现全年性、全网性、电
5、源性的缺电局面”。 广东省保障电力供应及安全工作方案还显示，“未来 3 年广东省也将面临电力供应严重短缺形势。”312 研究内容及方法：审视校园，发现南方院校大部分课室的日光灯的使用存在电能的严重浪费情况。经观察各课室内的日光灯控制系统是以“单行控制”为单位，即一横行的几盏灯并联在一起，受一个开关控制，这样整个课室的开关分别控制着课室的前部、中部和后部。然而由于南方的地域特点，日照强度大，阳光相对充裕。白天或傍晚时，课室内靠近窗的一侧相对明亮，靠近走廊一侧相对昏暗。大多数时间昏暗地带需要灯光，而明亮地方光线足以满足同学们看书的光照强度。但由于开关控制的为一行灯，使得靠近窗一端的灯光处于浪费中。
6、而且这种光线现象存在时间较长，课室数目众多，造成极大的浪费。由于所有日光灯控制系统都是以“单行控制”为单位，每横行中的所有日光灯的引线连接到一条主线路上，一个开关通过节点控制这条支路的所有负载，使得出现上述情况。我们要改进这种控制模式，重新分布各个负载，使得开关以“区域控制”为单位，控制课室的左部、中部、右部等部分，使得根据光线的需要来调节开关，并在电路改进后，最大程度减小课室内硬件设施和建筑的改动，以达到节约能源目的。经笔者调查，南方绝大部分校区的设计方案都存在着上述问题，其基本而原理大同小异，因此，笔者以自己所在的广州华南理工大学（大学城校区）为例，展开此项研究。13 研究框架论文的章节安
7、排如下：第一章为绪论。介绍研究背景、课题研究内容及方法、研究框架。第二章为关于使用日光灯行为结果调查。本章主要对学生的日常使用教学楼日光灯行为习惯做一个客观调查研究。并通过结果反映教室日光灯布局的整体情况和学生们的意见。第三章是改造方案的设计。通过华南理工大学教学楼为例，介绍总体原理和部分关键构件，对其布局进行改造。以在 AutoCAD 软件修改电路图的截图为说明图纸，一步一步拆分改造电路图。第四章是可行性分析。从各个方面对其改造的可行性进行分析。通过计算教学楼内课室利用率和季节变化的影响，估算出一周期和几周期节电情况和改造成本，进而估算出节电总价钱，并对研究结果进行总结。参考文献用以说明设计
8、理论所参考的技术标准和规定。第二章 使用日光灯行为结果调查华南理工大学大学城校区教学区有 5 座教学楼，分别为 A1-A5 栋。由于 A1-A3 栋建筑物的构造相同， A1 栋共有五层楼，共有课室 32 间。A4 栋有 5 层，A5 栋有 12 层，多为自习用教室。所有课室现行的设计为所有日光灯由三个开关控制，横向控制，分为前排、中排和后排灯。笔者在朋友和老师的指导下设计出一种调查问卷，来调查学生和教师对日光灯的使用习惯以及各自的看法。21 调查问卷原型本问卷仅对学生的日常行为习惯做一个客观调查，请您如实作答：一、当您在傍晚时走进一间课室自习，当课室只有少数人时，您通常会看到：A只有一排灯开着
9、 B. 有两排日光灯开着 C. 所有日光灯开着二、当您清晨或傍晚走进课室自习，当靠近窗户的一侧光线可供看书，而课室内侧或中间很暗的时候，您会：4A选择靠窗的位置，不开灯 B. 选择靠窗的位置，开灯 C. 选择内侧的位置，开灯三、当课室有少数几位同学自习时，您习惯于：A分散坐，坐在离周围人远点的位置 B. 集中坐，坐在人多的位置 C. 无所谓四、课室内控制日光灯的接触式开关为可编程开关，您对上边的 8 个按钮的控制范围的了解程度：A完全不清楚 B. 有一定了解，但会用错 C. 很清楚每个的控制范围五、您觉得现行的日光灯控制布局对教学时学生观看幻灯片的影响程度：A比较方便 B. 不方便 六、您对现
10、行日光灯的布局，在节约能源方面的看法：A布局不合理，存在浪费 B. 布局合理，存在浪费 七、您对现行日光灯的布局，在使用的方便程度上的看法：A布局不合理，不方便 B. 布局合理，方便 八、您对现行的课室内日光灯的布局、控制、节能等各方面有什么看法或意见。22 统计结果及分析本次问卷的发放从 9 月初持续到 10 月中旬，分 6 此发放。发放对象为傍晚在教学楼的自习的同学，比较具有针对性。6 次总计发出 200 份问卷，收回 186 份，有效收回率 93% 。问卷统计结果：表一 问卷调研结果统计题目 A 选项人数 B 选项人数 C 选项人数 最高选项百分比一 29 25 132 71.0%二 6
11、6 16 104 55.9%三 133 16 37 71.5%四 119 56 11 64.0%五 75 111 59.7%六 145 41 78.0%七 106 80 56.0%结果分析：从问卷结果可以对大部分学生使用日光灯的情况有所了解。结果表明，学生易于分散就坐，尤其在夏季持续较长的南方；并且由于自然光在室内的不均匀照射，倾向使用日光灯。为了使照射面积协调，一般情况下很少在室内只开部分日光灯，即大部分时间日光灯为全开状态。另外对于学生对本校教学楼内的日光灯布局，也有 78%的学生觉得存在浪费，布局不合理，并给使用造成不便。对于开放性问题，大部分给的意见是希望在电能紧缺的现实生活中，能够本
12、着节约的观念和设计的方便作出一些调整，方便同学，同时符合我们节约型社会的理念。第三章 改造方案的设计31 现行电路原理华南理工大学以 A1-A3 栋为主要教学楼，因此我们改造方案的设计以 A1 栋典型的教室5202 为例，对其进行线路重组等一系列的改造。3.1.1 典型课室现行电路图及原理图一为 A1-A3 栋首层平面“强电”电路图：图二为 A1-A3 栋二层平面“强电”电路图：图一 A1-A3 栋首层平面“强电”电路图6图二 A1-A3 栋二层平面“强电”电路图图三为典型课室 202“强电” 平面电路图：图三 课室 202“强电” 平面电路图7如图三所示，课室 202 存在五行十列的普通照明
13、日光灯，此外还存在两组黑板灯，共52 组，即 102 展日光灯（黑板灯一组一展） ，总功率 4080W。整个教室的日光灯由前后两个相同的轻触式开关控制，且控制原理相同。该开关为可编程控制开关，即整个教学楼为一个整体系统，可由智能系统控制，每个课室总体回路数为 5条，且由系统决定，不能改变。所有课室现行的设计为所有日光灯由三个按钮控制，横向控制，分为前排、中排和后排灯。其输出线路连接到控制室，可以通过智能的系统远程控制。3.1.2 可编程开关简介可编程开关，即通过可编程系统达到自动控制的目的，是一个数字式的电子装置，它使用可编程的记忆体以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、远程控制等功能，并
14、通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种灯管的开关。如图： ： 图 图四 可编程开关此开关由 8 个轻触式按钮组成，SB1SB8，按钮应接在可编程控制器的输入端,中间继电器应接在可编程控制器的输出端,8 只按纽有 8 个输入点，8 只中间继电器须 8 个输出点。该系统中的可编程控制器有 16 个 I/O 点。目前所有日光灯仅由三个触电控制，但利用可编程特点，可以改变现在控制的范围。3.1.3 存在的问题因为所有课室内的日光灯控制系统是以“单行控制”为单位，即一横行的几盏灯并联在一起，受一个开关控制，这样整个课室的开关分别控制着课室的前部、中部和后部。然而由于南方的地域特点，阴雨、灰霾天气相对较多
15、，白天或傍晚时，课室内靠近窗的一侧相对明亮，靠近走廊一侧相对昏暗。大多数时间昏暗地带需要灯光，而明亮地方光线足以满足同学们，但由于开关控制的为一行灯，使得靠近窗一端的灯浪费。而且这种光线现象存在时间较长，课室数目众多，造成极大的浪费。同时现有设计黑板灯和前三行灯同时被一个触点控制，播放幻灯机时由于面积过大，难以控制部分明亮程度，使用极其不便。另外开关的 8 个触点仅仅用上 3 个点来控制所有电路，使用不便的同时，也使部分控制按钮存在浪费。32 改造后电路原理由于所有日光灯控制系统都是以“单行控制”为单位，每横行中的所有日光灯的引线连8接到一条主线路上，一个开关通过节点控制这条支路的所有负载，使得出现上述情况。我们要改进这种控制模式，就要重新分布各个负载，使得开关以“区域控制”为单位，使得根据光线调节开关，并在电路改进后，最大
