高校校園節(jié)能綜合技術(shù)研究

王 勇

（江蘇醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院，江蘇 鹽城 224006）

高校的能耗相對(duì)較大，主要涉及電能、水資源、燃?xì)?、熱能等多種資源。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高校用能設(shè)備的數(shù)量越來(lái)越多，使得能耗總量也在不斷增加。在國(guó)家大力倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型校園的背景下，應(yīng)積極開(kāi)展技術(shù)研究與應(yīng)用，致力于降低高校的能耗。

1 高校校園耗能特征

高校校園耗能具有一定的特殊性，其主要特征包括：1）耗能設(shè)施單一，且時(shí)間比較集中。高校的耗能設(shè)施主要包括科研儀器、實(shí)驗(yàn)設(shè)施、教學(xué)設(shè)備、照明等。同時(shí)，耗能時(shí)間也比較集中，學(xué)生公寓通常是夜晚22點(diǎn)至凌晨7點(diǎn)，行政辦公樓通常是早上8點(diǎn)到下午17點(diǎn)。教學(xué)樓通常是早上7點(diǎn)至夜晚22點(diǎn)。2）存在明顯的季節(jié)差異。在我國(guó)，高校寒假通常在1月中旬至3月初，暑假通常在7月中旬至8月下旬。寒暑假期間，高校的能耗顯著降低。3）建筑功能多樣。高校校園包括行政辦公樓、教學(xué)樓、圖書(shū)館等公共建筑，也包括食堂、商店、醫(yī)療、浴室等生活輔助建筑，還包括宿舍樓、教職工公寓等居住建筑。建筑功能的多樣化，決定了用能種類(lèi)的多樣化。4）節(jié)能潛力較大。大學(xué)生及高校教職工普遍素質(zhì)較高，節(jié)能意識(shí)更強(qiáng)，因此節(jié)能潛力較大。

2 高校校園耗能現(xiàn)狀

2.1 學(xué)生公寓

高校校園中，學(xué)生公寓的能耗占據(jù)著一定的比例，學(xué)生公寓的耗能類(lèi)型主要是電能、水資源，學(xué)生公寓耗電設(shè)施主要是網(wǎng)絡(luò)通訊、照明。有關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生公寓的能耗，尤其是電能消耗相對(duì)穩(wěn)定。

2.2 圖書(shū)館

高校圖書(shū)館的耗能類(lèi)型主要是電能，相對(duì)單一。圖書(shū)館具有使用周期長(zhǎng)、規(guī)模較大的特征，隨著閱覽人數(shù)、館藏?cái)?shù)量的增多，圖書(shū)館的電能消耗量也在不斷上升。圖書(shū)館的耗電設(shè)施主要包括照明系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施以及相關(guān)服務(wù)設(shè)施等。由于圖書(shū)館的開(kāi)放時(shí)間是固定的，因此其耗能水平也比較穩(wěn)定。

2.3 行政辦公樓

高校中，行政辦公樓是學(xué)校開(kāi)展日常事務(wù)的場(chǎng)所。除了寒暑假期之外的時(shí)間段，行政辦公樓的耗能與普通辦公建筑差別不大。行政辦公樓的耗能時(shí)間通常集中在早上8點(diǎn)到下午17點(diǎn)。行政辦公樓的耗能設(shè)施主要包括電腦系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等，除了寒暑假之外，電能消耗量趨于平穩(wěn)。

2.4 教學(xué)樓

教學(xué)樓的耗能設(shè)施主要是照明系統(tǒng)、多媒體教學(xué)系統(tǒng)。教學(xué)樓的耗能時(shí)間通常集中在早上7點(diǎn)至夜晚22點(diǎn)。寒暑假期間耗能量大幅度降低，耗能量存在明顯的周期性。

3 高校校園節(jié)能綜合技術(shù)

3.1 能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)

為實(shí)現(xiàn)高校校園能耗的降低，必須建立有效的能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)。在建立能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的時(shí)候，可以采用企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)，保持各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分布現(xiàn)狀，通過(guò)借助協(xié)議將高校各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包裝成服務(wù)，并注冊(cè)到企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)，借助企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)，并應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口為用戶(hù)提供各種各樣的服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在邏輯上的融合。企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)系統(tǒng)的投資相對(duì)較小，數(shù)據(jù)搬遷的難度相對(duì)較低，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高，可以滿(mǎn)足高校能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)的需求。

3.2 智能百葉調(diào)控系統(tǒng)

為降低高校圖書(shū)館的能耗，應(yīng)充分考慮光照條件、外窗開(kāi)啟方式以及外窗形狀等各方面因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書(shū)館光照度、溫度、濕度、室內(nèi)采光等參數(shù)的監(jiān)控。根據(jù)建筑的光環(huán)境特征以及夏季高度角、方位角對(duì)遮陽(yáng)的影響，制定遮陽(yáng)板調(diào)控策略，確定遮陽(yáng)板角度，實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)百葉的智能化、自動(dòng)化控制調(diào)節(jié)。

3.3 智能校園系統(tǒng)

伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種先進(jìn)的技術(shù)在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。智能校園系統(tǒng)是通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)，將校園內(nèi)的多種設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)行統(tǒng)一智能管控。智能校園系統(tǒng)主要包括一鍵上課模式、一鍵自習(xí)模式、一鍵投影模式、陰天補(bǔ)光模式、一鍵活動(dòng)模式，可通過(guò)電腦或移動(dòng)端遠(yuǎn)程查看教室設(shè)備情況，并進(jìn)行智能化調(diào)控。例如，一鍵投影模式下，可以一鍵觸發(fā)電動(dòng)窗簾、投影儀、照明等聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效率的提高。

3.4 熱水系統(tǒng)的優(yōu)化

建立燃?xì)忮仩t、空氣源熱泵、分布式太陽(yáng)能集熱器的集中系統(tǒng)。冬季建立比熱容、水溫、水位等參數(shù)的耦合計(jì)算模型，對(duì)逐時(shí)熱量需求進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，建立空氣源熱泵的啟停策略，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化、精準(zhǔn)控制。確保水位高度要求得到滿(mǎn)足的基礎(chǔ)上，在蓄水熱量不滿(mǎn)足需求的時(shí)候，將空氣源熱泵開(kāi)啟，從而減少空氣源熱泵的開(kāi)啟時(shí)間，降低能源消耗。夏季通過(guò)在水箱、太陽(yáng)能集熱器之間增設(shè)回路，對(duì)各水箱的蓄水進(jìn)行充分加熱，解決太陽(yáng)能集熱水箱過(guò)熱但由于未到用水時(shí)間而導(dǎo)致的棄熱現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能資源的最大化利用。

3.5 照明系統(tǒng)的節(jié)能改造

在高校校園能耗總量中，照明系統(tǒng)的能耗占據(jù)著較大的比例，為實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)能耗的降低，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造。首先，室外照明系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)室外照明系統(tǒng)能耗的降低，應(yīng)使用太陽(yáng)能路燈。例如，可以采用這樣的太陽(yáng)能路燈：晶體硅太陽(yáng)能電池供電，儲(chǔ)存電能的是免維護(hù)閥控式密封蓄電池，采取智能化電源控制，無(wú)交流供電，無(wú)需鋪設(shè)電纜，不會(huì)產(chǎn)生用電費(fèi)用。同時(shí)，這種路燈照明系統(tǒng)有著發(fā)光效率高、安全性能高、使用壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、節(jié)能環(huán)保、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)勢(shì)，一次投資、長(zhǎng)期受益。其次，室內(nèi)照明系統(tǒng)。高校校園內(nèi)室內(nèi)照明燈具數(shù)量較多，照明時(shí)間較長(zhǎng)，如果采用白熾燈等耗能較高的燈具，則無(wú)疑會(huì)增加耗電量。面對(duì)這樣的情況，應(yīng)對(duì)室內(nèi)照明燈具進(jìn)行合理選擇。通常市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，LED燈是一種節(jié)能效果較好的燈具，照明度相同的情況下，相比較于傳統(tǒng)40W燈，LED燈只需15W，因此，可以將照明燈具換成LED燈。某高校節(jié)能改造中，將全部燈具換成了LED燈，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，每年可節(jié)約3930萬(wàn)kW·h的電量，節(jié)電率高達(dá)52%。而每節(jié)約電量1kW·h，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.4kg，減少二氧化碳排放量0.997kg，二氧化硫0.03kg，碳粉塵0.272kg，氮氧化物0.15kg。由此可見(jiàn)，對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，對(duì)降低能耗、保護(hù)環(huán)境有著重要的意義。

4 高校校園節(jié)能綜合技術(shù)的應(yīng)用

以某高校為例，對(duì)高校校園節(jié)能綜合技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)估。某高校，位于我國(guó)上海市，遵循因地制宜的原則，開(kāi)發(fā)應(yīng)用了多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，主要包括：1）建立節(jié)能型校園節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)，監(jiān)測(cè)范圍覆蓋全校。對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析、上傳，子功能模塊包括能耗統(tǒng)計(jì)模塊、能耗查詢(xún)模塊、能耗公示模塊、能耗動(dòng)態(tài)對(duì)標(biāo)模塊、異常報(bào)警模塊、報(bào)表管理模塊；2）空調(diào)集中控制節(jié)能技術(shù)，面積接近4000m，年節(jié)能率為15.27%；3）燃?xì)忮仩t、空氣源熱泵、太陽(yáng)能集熱器供熱水系統(tǒng)的智能優(yōu)化控制，示范面積21997.6m。經(jīng)過(guò)改造后，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤368噸；4）開(kāi)展遮陽(yáng)改造，遮陽(yáng)面積2680m。改造后，夏季冷負(fù)荷降低12%。建立環(huán)境無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)遮陽(yáng)改造區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)期、遠(yuǎn)程、自動(dòng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控；5）建設(shè)24盞風(fēng)光互補(bǔ)路燈，無(wú)外接電源供應(yīng)全年亮燈。建設(shè)光伏發(fā)電一體化停車(chē)場(chǎng)，示范面積2200m，該停車(chē)場(chǎng)集成了新能源汽車(chē)與充電樁、太陽(yáng)能照明、光伏發(fā)電并網(wǎng)等技術(shù)。6）電梯勢(shì)能回收技術(shù)，經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，節(jié)電率接近30%；7）依托自然資源優(yōu)勢(shì)，建立深井水空調(diào)，示范面積100m，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)房室溫與環(huán)境溫度相比降低8～9℃。經(jīng)過(guò)檢測(cè)、分析發(fā)現(xiàn)，該校應(yīng)用上述節(jié)能技術(shù)之后，年能耗總量降低了3.3%，超過(guò)了預(yù)期節(jié)能目標(biāo)2%，得到了理想的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及生態(tài)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，如何實(shí)現(xiàn)高校能耗的降低，是節(jié)約型校園建設(shè)過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題。面對(duì)這樣的問(wèn)題，應(yīng)在準(zhǔn)確分析高校校園耗能特征、耗能現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，綜合利用多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，包括能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)、智能百葉調(diào)控系統(tǒng)、智能校園系統(tǒng)以及對(duì)熱水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造等，盡量減少各種能源的消耗，提高高校校園節(jié)能效果。