雷勇 張敏

【摘 要】隨著社會(huì)的發(fā)展、科技水平的提高，社會(huì)工作、生活環(huán)境要求也在提高，智能建筑的建設(shè)勢(shì)在必行。當(dāng)前，電能的使用場(chǎng)景越來(lái)越多，電能缺乏的現(xiàn)象也越來(lái)越嚴(yán)重。高校實(shí)驗(yàn)室特別是機(jī)房的計(jì)算機(jī)用電不斷增長(zhǎng)，合理、有效地使用計(jì)算機(jī)是節(jié)能的一種途徑，也是高校智力集中的一種體現(xiàn)。文章分析了高校智能建筑建設(shè)的原因，著重分析了高校機(jī)房用電的情景及相關(guān)不合理性，提出了以用機(jī)人數(shù)來(lái)決定開機(jī)臺(tái)數(shù)的方案，有效地防止隨意開機(jī)的現(xiàn)象，以節(jié)約電能。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)機(jī)房;電能監(jiān)控;節(jié)能優(yōu)化

【中圖分類號(hào)】TP308 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）08-0153-02

為人們提供一個(gè)良好的生產(chǎn)、生活或其他活動(dòng)的房屋或場(chǎng)所，一般稱作建筑物。隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對(duì)生活品質(zhì)的要求也提高了。而且，生產(chǎn)力的提高，社會(huì)生產(chǎn)率也大大提高了，人們的生活、工作的節(jié)奏也隨之加快。人們對(duì)建筑物提出了更高的要求，以至于這些建筑物都配備有大量的設(shè)備、設(shè)施，并提出了建設(shè)智能建筑的需求。要求建筑物必須符合人們的一般使用要求并適應(yīng)人們的特殊活動(dòng)要求。按照《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50314—2015）的規(guī)定，可以根據(jù)建筑的不同功能，分為辦公建筑、商業(yè)建筑、媒體建筑、體育建筑、醫(yī)院建筑、學(xué)校建筑、交通建筑、住宅建筑、通用工業(yè)建筑[1]。由于智能建筑要求配備各種的用電設(shè)備、設(shè)施，因此建設(shè)這樣的建筑物需要耗費(fèi)大量的電能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)達(dá)國(guó)家中，建筑物的耗能占社會(huì)總耗能的30%～40%。而在建筑物的耗能中，采暖、空調(diào)、通風(fēng)等設(shè)備是耗能大戶，約占65%;生活熱水占15%;照明、電梯、電視占14%;其他占6%[2]。因此，建筑物的能耗監(jiān)測(cè)及優(yōu)化與節(jié)能已成為智能建筑構(gòu)造的一個(gè)基本要求。

1 建設(shè)智能建筑是高等教育基礎(chǔ)建設(shè)的趨勢(shì)

隨著教育事業(yè)的發(fā)展特別是高等教育的迅速發(fā)展，我國(guó)的大學(xué)校園建設(shè)正進(jìn)入一個(gè)高峰期。高校數(shù)量已超過了2 000所，校園建筑數(shù)量龐大、人員密集、建筑類型繁多，是建筑能耗中不可忽略的重要組成部分，目前全國(guó)高校校園能耗占社會(huì)總能耗的比例已經(jīng)超過8%[3]。有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)高校生均能耗和單位建筑面積能耗均高出全國(guó)人均水平和全國(guó)居民建筑單位面積能耗[4-5]。而且，目前各學(xué)校為了提高教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)中大量使用現(xiàn)代教育技術(shù)，配備了許多的教學(xué)設(shè)備。在2015年第十二屆全國(guó)人大三次會(huì)議上，李克強(qiáng)總理在《政府工作報(bào)告》中提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃。在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》[6]中提出“加快教育信息化進(jìn)程”，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式成為教育信息化改革發(fā)展趨勢(shì)。為此，各高校建立了更多的一人一機(jī)的計(jì)算機(jī)教室，進(jìn)一步加大了教學(xué)建筑的能耗。節(jié)能減排、低碳生活是時(shí)代的主旋律，能耗如此之高的高校也應(yīng)進(jìn)行綠色建設(shè)。

2 現(xiàn)有教學(xué)建筑的能耗監(jiān)控與優(yōu)化節(jié)能狀況

為了實(shí)現(xiàn)高校的節(jié)能減排任務(wù)，各個(gè)學(xué)校都在努力加強(qiáng)對(duì)師生進(jìn)行教育，形成低碳的學(xué)習(xí)、生活意識(shí)。同時(shí)，也從技術(shù)手段上進(jìn)行能耗控制。內(nèi)江師范學(xué)院在2012年為各教學(xué)樓、辦公樓、實(shí)驗(yàn)樓、學(xué)生宿舍及教師宿舍安裝了北京華勤有限公司的能耗監(jiān)控設(shè)備。通過該設(shè)備，可以將各建筑物中的能耗情況隨時(shí)上傳到學(xué)校的相關(guān)服務(wù)器上，完成電能表的自動(dòng)讀取，可以定期給出各樓棟在一定時(shí)間內(nèi)的用電情況。如果出現(xiàn)突然增大的能耗，可以及時(shí)報(bào)警，并提醒使用者加強(qiáng)管理，減少不必要的能耗。分析上述能耗監(jiān)控形式發(fā)現(xiàn)，其是一種后效性能耗優(yōu)化，最終的節(jié)能措施是通過對(duì)用電設(shè)備使用者教育來(lái)實(shí)現(xiàn)的，且監(jiān)控的是一個(gè)較大范圍的用電設(shè)備的能耗。而較大范圍的用電設(shè)備使用情況也是多種多樣的，因此要實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)控，僅僅依靠電能表的能耗值檢測(cè)是不夠的。

3 高校計(jì)算機(jī)機(jī)房教室的用電設(shè)備分析

計(jì)算機(jī)是智能時(shí)代最基礎(chǔ)的設(shè)施，通過計(jì)算機(jī)的使用，學(xué)生們掌握智能時(shí)代的思維方式，學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)處理實(shí)際任務(wù)等。目前，幾乎所有的高校都建有大量的計(jì)算機(jī)機(jī)房型實(shí)驗(yàn)室。部分機(jī)房的計(jì)算機(jī)不僅多，而且利用率也較高，既要保證學(xué)生聽課、看演示，還要保證學(xué)生課后進(jìn)行自我復(fù)習(xí)、鞏固知識(shí)，因此其耗能也較為集中。

本文以內(nèi)江師范學(xué)院的機(jī)房為例，研究智能教學(xué)樓的能耗監(jiān)控與優(yōu)化。內(nèi)江師范學(xué)院的計(jì)算機(jī)機(jī)房的用電設(shè)備主要有照明系統(tǒng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)、空氣調(diào)節(jié)器、教學(xué)用多媒體錄播系統(tǒng)。照明系統(tǒng)設(shè)備主要是日光燈管，一般是按照教室的大小分配相應(yīng)的數(shù)量，保證能正常地識(shí)讀課本的光照度，且安裝也符合國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但對(duì)每一燈具并不是采用一燈一開關(guān)的模式控制的。據(jù)觀察，一般是一個(gè)開關(guān)控制2～4盞燈，開關(guān)位于前面或者后面，同時(shí)也受進(jìn)門的總開關(guān)控制。該系統(tǒng)所用能耗為各燈開啟時(shí)間、開燈數(shù)及開啟時(shí)間之積。空氣調(diào)節(jié)器也是用電的大戶，采用一機(jī)一開關(guān)，可以隨時(shí)通過面板控制其啟動(dòng)與停止，調(diào)節(jié)溫度高低、風(fēng)量大小等，同時(shí)也受進(jìn)門的總開關(guān)控制，其最大能耗等于所耗功率與啟動(dòng)時(shí)間之積。教學(xué)用錄播系統(tǒng)一般一個(gè)機(jī)房只有一套，由教師通過講臺(tái)上的控制開關(guān)進(jìn)行控制，其能耗等于其本身功率與啟動(dòng)時(shí)間之積。一個(gè)機(jī)房一般有計(jì)算機(jī)設(shè)備20～100臺(tái)?，F(xiàn)在的電腦能耗主要由2個(gè)部分組成，一部分是顯示器的能耗，另一部分為計(jì)算機(jī)主機(jī)的能耗?，F(xiàn)在的管理模式是所有計(jì)算機(jī)用電都受到進(jìn)門的總開關(guān)控制，或者多臺(tái)件受一個(gè)開關(guān)控制，同時(shí)也受各個(gè)計(jì)算機(jī)上的電源按鈕控制，且一般顯示器的電源都處于開啟狀態(tài)。因此，機(jī)房計(jì)算機(jī)的能耗為所開啟計(jì)算機(jī)的功率、開啟的臺(tái)件數(shù)與開啟時(shí)間之積，還要加上未開啟計(jì)算機(jī)的顯示器待機(jī)的功率、開啟時(shí)間與臺(tái)件數(shù)之積。

4 高校計(jì)算機(jī)機(jī)房電能浪費(fèi)的原因分析

由以上分析可知，計(jì)算機(jī)機(jī)房耗能為使用臺(tái)件數(shù)、各自開啟的時(shí)間及各自的功率之積。如果機(jī)房能夠達(dá)到按需進(jìn)行設(shè)備開啟，則不存在浪費(fèi)電能的情況。

內(nèi)江師范學(xué)院現(xiàn)有機(jī)房主要有2個(gè)功能：一是滿足教師對(duì)固定人數(shù)的班級(jí)上課演示;二是滿足學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。前者的學(xué)生人數(shù)一般是固定的，使用時(shí)間也是固定的;后者則上機(jī)的人數(shù)不確定，且各臺(tái)計(jì)算機(jī)使用的時(shí)間也不一致。此外，機(jī)房的計(jì)算機(jī)臺(tái)數(shù)是提前設(shè)定好的，固定班級(jí)的人數(shù)不可能總是與機(jī)房的設(shè)備數(shù)一致。對(duì)于前一種情況，由于機(jī)房不是針對(duì)某個(gè)具體的班級(jí)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)臺(tái)數(shù)，這樣必然存在機(jī)器數(shù)大于班級(jí)人數(shù)的情況。即使學(xué)生只打開自己要用的計(jì)算機(jī)，但未用的計(jì)算機(jī)的顯示器可能開啟著，在悄悄地耗能。對(duì)于后一種使用情況，由于進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的人數(shù)是不確定的，且上機(jī)學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)短也不一定，同時(shí)由于自身的各種原因，會(huì)存在開多臺(tái)機(jī)器但只用一臺(tái)計(jì)算機(jī)的情況。這樣開著的計(jì)算機(jī)和未開著的計(jì)算機(jī)都在悄悄地耗電。

教學(xué)輔助系統(tǒng)一般由教師上課開啟，平時(shí)未開啟，不存在浪費(fèi)能耗的情況。計(jì)算機(jī)開啟的數(shù)量只要達(dá)到一人一機(jī)，照明系統(tǒng)開啟達(dá)到相應(yīng)人數(shù)的照度要求，也不存在浪費(fèi)能耗的問題。

5 計(jì)算機(jī)機(jī)房能耗監(jiān)測(cè)與節(jié)能方案

由以上分析可知，計(jì)算機(jī)機(jī)房耗能為使用臺(tái)件數(shù)、各自開啟的時(shí)間及各自的功率之積。優(yōu)化能耗的途徑就是通過減少設(shè)備開啟的數(shù)量及開啟的時(shí)間，達(dá)到按需要開啟設(shè)備。為此，提出兩種解決方案。一是通過對(duì)學(xué)生加強(qiáng)教育，要求只能一人開一臺(tái)計(jì)算機(jī)，并且人走關(guān)主機(jī)和顯示器。二是通過技術(shù)手段控制學(xué)生可開啟的計(jì)算機(jī)數(shù)，即以機(jī)房?jī)?nèi)的人數(shù)為設(shè)備可以開啟數(shù)。利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一款控制設(shè)備，可根據(jù)上課人數(shù)控制開啟計(jì)算機(jī)的臺(tái)數(shù)，防止多開計(jì)算機(jī)，有效地解決人為耗能的問題。原理框圖如圖1所示。

鍵盤部件為幾個(gè)按鍵，一個(gè)用于機(jī)房功能模式選擇，另兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)于上課模式中教師進(jìn)行人數(shù)增加或減少設(shè)定。機(jī)器電源通斷控制模塊利用統(tǒng)計(jì)的上機(jī)人數(shù)控制可通電的計(jì)算機(jī)的臺(tái)數(shù)，采用繼電器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)計(jì)算機(jī)的電源通斷。用機(jī)人數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊[7]用于統(tǒng)計(jì)進(jìn)入該機(jī)房的人數(shù)?？刂破鳛橐粋€(gè)單片機(jī)構(gòu)成的微系統(tǒng)，其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集并控制各部件協(xié)調(diào)工作。通過收集人數(shù)統(tǒng)計(jì)部件傳來(lái)的人數(shù)或者教師錄入的上課人數(shù)，然后控制機(jī)器通電控制模塊開啟相應(yīng)臺(tái)數(shù)的計(jì)算機(jī)。這樣基本達(dá)到使用者人數(shù)與設(shè)備開啟數(shù)一致，實(shí)現(xiàn)電能的有效利用。

6 結(jié)論

本文以內(nèi)江師院機(jī)房為研究對(duì)象，分析了機(jī)房的耗能設(shè)備及其特點(diǎn)，給出機(jī)房無(wú)效耗能的原因，設(shè)計(jì)了在機(jī)房有效利用電能的方案。據(jù)此方案可以有效地減少無(wú)效用電情況的出現(xiàn)，節(jié)約了能源。同時(shí)，該方案可以決定哪些機(jī)器可以有效地開啟，如果將機(jī)器設(shè)計(jì)為從前往后開啟，則可以將學(xué)生限制在前排就座，可有效地組織課堂，加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣培養(yǎng)，增強(qiáng)教師的課堂控制能力。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]