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淺談北方高校能耗現(xiàn)狀與節(jié)能對(duì)策

點(diǎn)擊次數(shù):520 更新時(shí)間:2023-03-07

韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要:隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展,能源的節(jié)約與二次利用愈加凸顯,如何節(jié)能減排已經(jīng)成為相關(guān)學(xué)者和工程技術(shù)人員要解決的首要問題。作為公共建筑能耗的主要組成部分—高校,在建設(shè)綠色與節(jié)約型校園的理念指導(dǎo)下,以降低能耗為目標(biāo),開展科學(xué)研究與技術(shù)改進(jìn),結(jié)合北方高校校園的建筑能耗特點(diǎn)開展研究,通過對(duì)校園的建筑特點(diǎn)進(jìn)行分析,針對(duì)其存在的問題提出相應(yīng)的改進(jìn)措施,為建設(shè)綠色環(huán)保及節(jié)約型校園建設(shè)提供有效的可行性依據(jù)。
關(guān)鍵詞:電能消耗;現(xiàn)狀分析;綠色環(huán)保;節(jié)能對(duì)策
 
一、引言
       通過對(duì)我國智能建筑市場(chǎng)的調(diào)研及前景分析,建筑能源消耗在我國能源總消費(fèi)量中占有較大比例,伴隨著不斷加快的城市化進(jìn)程和人們對(duì)生活質(zhì)量需求的不斷提升,其比重還會(huì)持續(xù)上升。高校是一個(gè)能源消耗比較大的區(qū)域,是集教學(xué)、科研、辦公及員工生活于一體的綜合場(chǎng)所,其能源消耗包含電能、熱能、水資源、燃?xì)獾榷喾N能源。在各項(xiàng)能源消耗中靠前的是電能消耗,且呈上升趨勢(shì)。
二、校園建筑能耗的特點(diǎn)
       高校作為產(chǎn)、學(xué)、研及師生活動(dòng)的綜合體,有其自身的特點(diǎn),與其他類型的建筑相比,校園能耗具有如下特點(diǎn):
校園建筑功能多樣性。校園不僅有教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、行政辦公樓等公共建筑,也有宿舍樓等居住型的建筑。還存在食堂、浴室、醫(yī)療、商店等生活輔助建筑。校園設(shè)施的多樣性決定了高校用能種類的多樣化,以及能耗的多樣化;
       校園能耗季節(jié)性強(qiáng)。由于北方高校的假期通常為1月中旬到3月初和7月中旬到8月下旬,在假期,高校能耗明顯下降;
       高校耗能設(shè)施單一,使用時(shí)間相對(duì)集中。主要是照明、校園網(wǎng)絡(luò)、實(shí)驗(yàn)設(shè)施、科研儀器等。對(duì)于校園不同的功能區(qū)能耗具有不同的特點(diǎn):教學(xué)樓是7:00—22:00,行政辦公樓是8:00—16:30,而學(xué)生公寓則是22:00—7:00。這就為高校的能源管理提供了決策依據(jù);
       節(jié)能潛力大。由于高校的主題是具有較高素質(zhì)的教師和學(xué)生,相比其他人群,行為節(jié)能意識(shí)較強(qiáng)。
 
三、校園建筑能耗現(xiàn)狀
        高校有其共同的能耗特點(diǎn),但不同類型以及不同地區(qū)的校園能耗又存在差異。本文通過對(duì)北方某高校的能耗現(xiàn)狀進(jìn)行分析,找出影響校園能源消耗的主要因素,確定改進(jìn)對(duì)策。研究的對(duì)象是省屬本科重點(diǎn)建設(shè)院校,校園占地90萬m2,建筑面積約45萬m2,在校生16000余人。每年的能源消耗總量很大,尤其是電能。由于各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)不同,用途不同,所以內(nèi)部布置的電器類型也不盡相同,用電量存在著一定程度上的差異。校園建筑包括:學(xué)生公寓、行政樓、教學(xué)館、景觀照明系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)樓、體育場(chǎng)、圖書館等設(shè)施。各類型建筑的用電情況分析如圖1所示。
 
1學(xué)生公寓
         學(xué)生公寓的主要耗電設(shè)備為照明、網(wǎng)絡(luò)通訊,相對(duì)比較單一和集中。只要學(xué)校管理部門明確規(guī)章制度,加強(qiáng)對(duì)學(xué)生公寓的日常用電管理,本文以北方某高校學(xué)生公寓2013年—2017年用電能耗為例,分析了學(xué)生公寓的用電情況,其結(jié)果表明學(xué)生公寓全年用電處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)(如圖2所示)。
2圖書館
          大學(xué)的圖書館作為高校信息資源和專業(yè)技術(shù)集中的場(chǎng)所,是高校辦學(xué)的三大支柱之一,擔(dān)負(fù)著為教學(xué)和科研服務(wù)的雙重任務(wù),是培養(yǎng)人才和提升學(xué)生素質(zhì)的重要基地。具有規(guī)模較大,使用周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。隨著館藏?cái)?shù)量和閱覽人數(shù)的增加,圖書館的電耗也呈上升趨勢(shì)。多數(shù)學(xué)生除上課外,大部分時(shí)間在圖書館進(jìn)行學(xué)習(xí),致使學(xué)生在圖書館的時(shí)間要超過在寢室的時(shí)間;加之圖書館的空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施及相關(guān)的服務(wù)設(shè)施等對(duì)電能的消耗,使該校圖書館的耗電量?jī)H次于學(xué)生公寓,但各月的耗電情況相對(duì)穩(wěn)定。
3教學(xué)樓
         教學(xué)樓是學(xué)生上課和自習(xí)的場(chǎng)所,耗電類型以照明為主,多媒體教學(xué)系統(tǒng)為輔,冬季則加以集中供暖。教學(xué)樓的利用時(shí)間一般為7:00—22:00,寒暑假期間用電時(shí)間則縮短,利用率也會(huì)大幅降低,耗電具有明顯的周期性。
4行政辦公樓
         行政辦公樓是高校維持學(xué)校事務(wù)的常運(yùn)行場(chǎng)所,除寒暑假期部分人員辦公外,其他時(shí)間用電特點(diǎn)與普通辦公建筑相似。辦公樓的上班時(shí)間通常為8:00—16:30,寒暑假期間僅有部分工作人員在內(nèi)辦公,冬季集中采暖。辦公樓內(nèi)的用電設(shè)施有照明系統(tǒng)、電腦系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,全年用電趨于平穩(wěn)。
5實(shí)驗(yàn)樓
         由于該校是一所工科為主的大學(xué),實(shí)驗(yàn)課程相對(duì)較多,培養(yǎng)方案中專業(yè)課程有近1/3的內(nèi)容需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,用電量較大。實(shí)驗(yàn)室的耗電設(shè)備有照明系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、電腦系統(tǒng)等,耗電比較穩(wěn)定。
四、校園電能的節(jié)能方法及建議
1耗電設(shè)備的節(jié)能改造
        經(jīng)過對(duì)該校園耗電設(shè)備的調(diào)查統(tǒng)計(jì),在所有用電設(shè)備中,照明耗電量占全??偤碾娏考s40%以上。該校照明設(shè)備為耗電較高的白熾燈,且照明時(shí)間長(zhǎng),照明燈具使用數(shù)量多,故其耗電總量大。通過對(duì)照明燈具的市場(chǎng)調(diào)研得出結(jié)論:照明系統(tǒng)的節(jié)能改造采取更換綠色環(huán)保和省電照明光源的方法,即更換使用壽命長(zhǎng)、啟動(dòng)快和功率小等特點(diǎn)的照明光源,通過對(duì)比,LED燈則是較好選擇。與傳統(tǒng)40W燈相比,相同照明度的LED燈只需15W,若將學(xué)校傳統(tǒng)的燈管全部換成LED燈,每年可節(jié)約電量3.93×105kW·h,節(jié)電率達(dá)到53%,每節(jié)約1kW·h,相當(dāng)于節(jié)約0.4kg標(biāo)準(zhǔn)煤,減少碳粉塵排放0.272kg,CO20.997kg,SO20.03kg,氮氧化物0.15kg,對(duì)降低污染物排放、保護(hù)環(huán)境非常有效。因此,僅就更換LED燈管一項(xiàng)所節(jié)約的費(fèi)用遠(yuǎn)超越改造投入的費(fèi)用。
        對(duì)于室外照明系統(tǒng)的改造。該校園的路燈采用太陽能路燈,由于太陽能路燈利用晶體硅太陽能電池供電,免維護(hù)閥控式密封蓄電池儲(chǔ)存電能,具有智能化電源控制,節(jié)省了電纜鋪設(shè),沒有交流供電,不發(fā)生用電費(fèi)用;并且該路燈照明系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高,安裝維護(hù)簡(jiǎn)便、安全性能高、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了太陽能路燈一次投資、
長(zhǎng)期受益的目標(biāo)。同時(shí),太陽能路燈也特別適合人員密集的場(chǎng)所。
2構(gòu)建智慧校園照明系統(tǒng)
        智慧校園照明系統(tǒng)是采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將學(xué)校照明、電氣、校園安保等設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一智能的控制管理,通過智能照明系統(tǒng)管理平臺(tái),將原有的人工管理、電控管理方式提升到智能管理模式,可大幅提高管理效率。
        智慧校園照明系統(tǒng)智能控制模式包括:一鍵上課模式、一鍵投影模式、一鍵自習(xí)模式、一鍵活動(dòng)模式、陰天補(bǔ)光模式,可在移動(dòng)端或電腦遠(yuǎn)程查看教室設(shè)備情況,根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行燈光亮度調(diào)節(jié)以適用于特殊課程需求的教室。一鍵上課模式時(shí),通過傳感器自主調(diào)光,實(shí)現(xiàn)教室桌面照明恒定,充分利用自然光,實(shí)現(xiàn)能耗節(jié)省。一鍵投影模式下,一鍵觸發(fā)照明、投影儀、電動(dòng)窗簾聯(lián)動(dòng),提高教學(xué)效率。
        智慧校園照明系統(tǒng)輕松實(shí)現(xiàn)二次節(jié)能:校園照明燈在現(xiàn)實(shí)節(jié)能基礎(chǔ)上,通過智能管理模式,自主檢測(cè)教室人員活動(dòng)情況,無人時(shí)自動(dòng)關(guān)閉設(shè)備,防止電源浪費(fèi),再次降低能耗,有效節(jié)能;智慧校園照明系統(tǒng)還可以保障校園環(huán)境安全,通過平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電氣、安保等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),快速進(jìn)行反應(yīng)。
 
3培養(yǎng)節(jié)能意識(shí)
        針對(duì)大學(xué)生群體,學(xué)校通過大學(xué)生主題會(huì)、社團(tuán)的專題活動(dòng),結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng),開展關(guān)于建設(shè)綠色校園、節(jié)約型校園的專題活動(dòng);學(xué)校要求教師在授課過程中,將節(jié)能減排教育、建設(shè)綠色校園等內(nèi)容融入教學(xué)環(huán)節(jié)中,開展節(jié)能減排教育;還可以充分發(fā)揮校園網(wǎng)、群、微信群、板報(bào)等多種傳播方式,開展節(jié)能、環(huán)保宣傳活動(dòng),向全校師生發(fā)起“節(jié)能減排"倡議,建議師生選擇科學(xué)合理、節(jié)約能源的綠色生活方式。
 
4完善相關(guān)制度
        學(xué)校雖有節(jié)能中心,但該中心主題是進(jìn)行節(jié)能技術(shù)研究,而不是管理,所以對(duì)能源浪費(fèi)問題并沒有規(guī)章制度可循。對(duì)于能源浪費(fèi)現(xiàn)象,目前仍是以教育為主。因此,建章建制是亟需解決的問題,關(guān)鍵是抓制度落實(shí),這是發(fā)揮學(xué)校主導(dǎo)作用,將各部門節(jié)能減排約束性指標(biāo)作為考核部門工作落實(shí)情況的關(guān)鍵指標(biāo),通過公共資源的合理配置,有效運(yùn)用經(jīng)濟(jì)、法律和行政手段,保證節(jié)能減排任務(wù)的完成。明確節(jié)能減排工作的責(zé)任人是部門的一把手,并實(shí)行“一票否決"制;要加大檢查和處罰力度,對(duì)于使用違規(guī)電器、隨意浪費(fèi)能源的教工和學(xué)生要嚴(yán)肅處理,確保形成人人“節(jié)能減排"良好環(huán)境。
 
五、平臺(tái)概述
         AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對(duì)校園能源統(tǒng)計(jì)、后勤計(jì)費(fèi)管理、校園運(yùn)維管理等提供高校的信息化管理平臺(tái)。從“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充"多個(gè)角度解析高校當(dāng)下及未來的用能問題及用能需求,在統(tǒng)一的需求下“實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)、信息互通"等管理模式。助力學(xué)校管理智能化、數(shù)字化、綜合化,實(shí)現(xiàn)節(jié)能校園、綠色校園、低碳校園。
 
六、平臺(tái)組成
         AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺(tái)采用開放的分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),主要由設(shè)備層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層組成。平臺(tái)融合電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計(jì)、電氣安全、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、預(yù)付費(fèi)等功能,用戶通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù),通過一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)企業(yè)用電進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運(yùn)維,同時(shí)滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、高效、有序的要求。
 
七、平臺(tái)架構(gòu)
八、高校綜合能效解決方案
1校園電力監(jiān)控與運(yùn)維
 
      集成設(shè)備所有數(shù)據(jù),綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運(yùn)行,集中調(diào)控,集中監(jiān)控,數(shù)字化巡檢,移動(dòng)運(yùn)維,班組重新優(yōu)化整合,減少人力配置。
2后勤計(jì)費(fèi)管理
      采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù),實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計(jì)費(fèi),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、賬單統(tǒng)計(jì)匯總等,支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式,可設(shè)置補(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式,培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識(shí)。
2.1宿舍用電管理
      針對(duì)學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制:可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時(shí)通斷功能;可進(jìn)行惡性負(fù)載識(shí)別,檢測(cè)違規(guī)電氣,并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄。
 
2.2商鋪水電收費(fèi)
      針對(duì)校園超市、商鋪、食堂及其他針對(duì)個(gè)體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理。
 
2.3充電樁管理平臺(tái)
     充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充"信息能源結(jié)構(gòu)中是必*。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。
 
2.4智能照明管理
     通過對(duì)高校路燈的全局監(jiān)測(cè),提供對(duì)路燈靈活智能的管理,實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路,任一個(gè)路燈的定時(shí)開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié),以及定時(shí)控制方案靈活設(shè)置,確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。
 
3能源管理系統(tǒng)
      針對(duì)校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。
按校園建筑的分類進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等,對(duì)數(shù)據(jù)分門別類的分析,提供領(lǐng)導(dǎo)決策,提高管理效能。
構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫,能自動(dòng)完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作,自動(dòng)生成各種形式的報(bào)表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計(jì)報(bào)告,能夠監(jiān)測(cè)能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),設(shè)置控制策略,達(dá)到節(jié)能目的。
 
4智慧消防系統(tǒng)
       智慧消防云平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù),將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測(cè)器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò),并對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息,通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析,幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防,實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災(zāi)預(yù)防,到火情報(bào)警,再到控制聯(lián)動(dòng),在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行,用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺(tái)直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況,并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下,在幾秒時(shí)間內(nèi),相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段,就迅速能夠迅速通知到達(dá)相關(guān)人員。
 
5.平臺(tái)部署硬件選型
5.1電力監(jiān)控與運(yùn)維平臺(tái)
 
 
 
 
 
 
 
九、結(jié)語
       本文通過對(duì)北方某高校電能消耗的統(tǒng)計(jì)分析表明,高校作為耗能大戶,建筑節(jié)能改造的空間很大,需要深入調(diào)研和分析,制定適合的節(jié)能改造方案,并具有可操作性。該校的電能消耗雖然控制在一個(gè)穩(wěn)定范圍內(nèi),但仍高于我國節(jié)約型校園的標(biāo)準(zhǔn),具有一定的節(jié)能潛力;同時(shí)本文就北方地區(qū)高校校園電能節(jié)能提出改造建議,為建設(shè)北方地區(qū)高校綠色校園提供借鑒。
 
參考文獻(xiàn)
[1]張朝,郭慶偉,北方高校能耗現(xiàn)狀與節(jié)能對(duì)策.[J]北方建筑,2019.4.
[2]郭秀娟,馬賀寧.電力能效評(píng)估體系在節(jié)約型校園建設(shè)中的應(yīng)用分析[J].吉林建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2016(6):75-78. 
[3]王盈,陳翠良,黃來斌,李敏,蒼大強(qiáng).北京科技大學(xué)校園電能消耗生態(tài)足跡研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2010(4):158-161.
[4]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6.
 
作者簡(jiǎn)介
      韓歡慶,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事數(shù)據(jù)中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。


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