摘 要：隨著我國經(jīng)濟建設的迅速發(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)成為相關學者和工程技術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，在建設綠色與節(jié)約型校園的理念指導下，以降低能耗為目標，開展科學研究與技術改進，結合北方高校校園的建筑能耗特點開展研究，通過對校園的建筑特點進行分析，針對其存在的問題提出相應的改進措施，為建設綠色環(huán)保及節(jié)約型校園建設提供有效的可行性依據(jù)。

關鍵詞：電能消耗；現(xiàn)狀分析；綠色環(huán)保；節(jié)能對策

 

       通過對我國智能建筑市場的調(diào)研及前景分析，建筑能源消耗在我國能源總消費量中占有較大比例，伴隨著不斷加快的城市化進程和人們對生活質(zhì)量需求的不斷提升，其比重還會持續(xù)上升。高校是一個能源消耗比較大的區(qū)域，是集教學、科研、辦公及員工生活于一體的綜合場所，其能源消耗包含電能、熱能、水資源、燃氣等多種能源。在各項能源消耗中靠前的是電能消耗，且呈上升趨勢。

       高校作為產(chǎn)、學、研及師生活動的綜合體，有其自身的特點，與其他類型的建筑相比，校園能耗具有如下特點：

校園建筑功能多樣性。校園不僅有教學樓、實驗樓、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。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；

       高校耗能設施單一，使用時間相對集中。主要是照明、校園網(wǎng)絡、實驗設施、科研儀器等。對于校園不同的功能區(qū)能耗具有不同的特點：教學樓是7：00—22：00，行政辦公樓是8：00—16：30，而學生公寓則是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)的教師和學生，相比其他人群，行為節(jié)能意識較強。

        高校有其共同的能耗特點，但不同類型以及不同地區(qū)的校園能耗又存在差異。本文通過對北方某高校的能耗現(xiàn)狀進行分析，找出影響校園能源消耗的主要因素，確定改進對策。研究的對象是省屬本科重點建設院校，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。由于各個建筑結構不同，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：學生公寓、行政樓、教學館、景觀照明系統(tǒng)、實驗樓、體育場、圖書館等設施。各類型建筑的用電情況分析如圖1所示。

 

1學生公寓

         學生公寓的主要耗電設備為照明、網(wǎng)絡通訊，相對比較單一和集中。只要學校管理部門明確規(guī)章制度，加強對學生公寓的日常用電管理，本文以北方某高校學生公寓2013年—2017年用電能耗為例，分析了學生公寓的用電情況，其結果表明學生公寓全年用電處于相對穩(wěn)定狀態(tài)（如圖2所示）。

2圖書館

          大學的圖書館作為高校信息資源和專業(yè)技術集中的場所，是高校辦學的三大支柱之一，擔負著為教學和科研服務的雙重任務，是培養(yǎng)人才和提升學生素質(zhì)的重要基地。具有規(guī)模較大，使用周期長的特點。隨著館藏數(shù)量和閱覽人數(shù)的增加，圖書館的電耗也呈上升趨勢。多數(shù)學生除上課外，大部分時間在圖書館進行學習，致使學生在圖書館的時間要超過在寢室的時間；加之圖書館的空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、網(wǎng)絡設施及相關的服務設施等對電能的消耗，使該校圖書館的耗電量僅次于學生公寓，但各月的耗電情況相對穩(wěn)定。

3教學樓

         教學樓是學生上課和自習的場所，耗電類型以照明為主，多媒體教學系統(tǒng)為輔，冬季則加以集中供暖。教學樓的利用時間一般為7:00—22:00，寒暑假期間用電時間則縮短，利用率也會大幅降低,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校事務的常運行場所，除寒暑假期部分人員辦公外，其他時間用電特點與普通辦公建筑相似。辦公樓的上班時間通常為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)的用電設施有照明系統(tǒng)、電腦系統(tǒng)及網(wǎng)絡設施，全年用電趨于平穩(wěn)。

5實驗樓

         由于該校是一所工科為主的大學，實驗課程相對較多，培養(yǎng)方案中專業(yè)課程有近1/3的內(nèi)容需要在實驗室進行，用電量較大。實驗室的耗電設備有照明系統(tǒng)、實驗設備、電腦系統(tǒng)等，耗電比較穩(wěn)定。

1耗電設備的節(jié)能改造

        經(jīng)過對該校園耗電設備的調(diào)查統(tǒng)計，在所有用電設備中，照明耗電量占全?？偤碾娏考s40%以上。該校照明設備為耗電較高的白熾燈，且照明時間長，照明燈具使用數(shù)量多，故其耗電總量大。通過對照明燈具的市場調(diào)研得出結論：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、啟動快和功率小等特點的照明光源，通過對比，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)電率達到53%，每節(jié)約1kW·h，相當于節(jié)約0.4kg標準煤，減少碳粉塵排放0.272kg，CO20.997kg，SO20.03kg，氮氧化物0.15kg，對降低污染物排放、保護環(huán)境非常有效。因此，僅就更換LED燈管一項所節(jié)約的費用遠超越改造投入的費用。

        對于室外照明系統(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，免維護閥控式密封蓄電池儲存電能，具有智能化電源控制，節(jié)省了電纜鋪設，沒有交流供電，不發(fā)生用電費用；并且該路燈照明系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、壽命長、發(fā)光效率高，安裝維護簡便、安全性能高、節(jié)能環(huán)保等特點，實現(xiàn)了太陽能路燈一次投資、

長期受益的目標。同時，太陽能路燈也特別適合人員密集的場所。

2構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)技術將學校照明、電氣、校園安保等設備進行統(tǒng)一智能的控制管理，通過智能照明系統(tǒng)管理平臺，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、一鍵自習模式、一鍵活動模式、陰天補光模式，可在移動端或電腦遠程查看教室設備情況，根據(jù)實際情況進行燈光亮度調(diào)節(jié)以適用于特殊課程需求的教室。一鍵上課模式時，通過傳感器自主調(diào)光，實現(xiàn)教室桌面照明恒定，充分利用自然光，實現(xiàn)能耗節(jié)省。一鍵投影模式下，一鍵觸發(fā)照明、投影儀、電動窗簾聯(lián)動，提高教學效率。

        智慧校園照明系統(tǒng)輕松實現(xiàn)二次節(jié)能：校園照明燈在現(xiàn)實節(jié)能基礎上，通過智能管理模式，自主檢測教室人員活動情況，無人時自動關閉設備，防止電源浪費，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，通過平臺實時監(jiān)測電氣、安保等設備運行狀態(tài)，快速進行反應。

 

3培養(yǎng)節(jié)能意識

        針對大學生群體，學校通過大學生主題會、社團的專題活動，結合大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動，開展關于建設綠色校園、節(jié)約型校園的專題活動；學校要求教師在授課過程中，將節(jié)能減排教育、建設綠色校園等內(nèi)容融入教學環(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)、微信群、板報等多種傳播方式，開展節(jié)能、環(huán)保宣傳活動，向全校師生發(fā)起“節(jié)能減排"倡議，建議師生選擇科學合理、節(jié)約能源的綠色生活方式。

 

4完善相關制度

        學校雖有節(jié)能中心，但該中心主題是進行節(jié)能技術研究，而不是管理，所以對能源浪費問題并沒有規(guī)章制度可循。對于能源浪費現(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，關鍵是抓制度落實，這是發(fā)揮學校主導作用，將各部門節(jié)能減排約束性指標作為考核部門工作落實情況的關鍵指標，通過公共資源的合理配置，有效運用經(jīng)濟、法律和行政手段，保證節(jié)能減排任務的完成。明確節(jié)能減排工作的責任人是部門的一把手，并實行“一票否決"制；要加大檢查和處罰力度，對于使用違規(guī)電器、隨意浪費能源的教工和學生要嚴肅處理，確保形成人人“節(jié)能減排"良好環(huán)境。

 

         AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統(tǒng)計、后勤計費管理、校園運維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網(wǎng)、荷、儲、充"多個角度解析高校當下及未來的用能問題及用能需求，在統(tǒng)一的需求下“實現(xiàn)能源互補、信息互通"等管理模式。助力學校管理智能化、數(shù)字化、綜合化，實現(xiàn)節(jié)能校園、綠色校園、低碳校園。

 

         AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開放的分層分布式網(wǎng)絡結構，主要由設備層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應用層組成。平臺融合電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計、電氣安全、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、預付費等功能，用戶通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對企業(yè)用電進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運維，同時滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、高效、有序的要求。

 

1校園電力監(jiān)控與運維

 

      集成設備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動運維，班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

2后勤計費管理

      采用先進的網(wǎng)絡抄表付費管理技術，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設置、賬單統(tǒng)計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設置補貼方案。通過能源付費管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。

2.1宿舍用電管理

      針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發(fā)基礎用電額度和定時通斷功能；可進行惡性負載識別，檢測違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄。

 

2.2商鋪水電收費

      針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預付費管理。

 

2.3充電樁管理平臺

     充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充"信息能源結構中是必*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必*一部分。

 

2.4智能照明管理

     通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時開關、強制開關、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設置，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)

      針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統(tǒng)計分析，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行采集和統(tǒng)計的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領導決策，提高管理效能。

構建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設備的運行狀態(tài)，設置控制策略，達到節(jié)能目的。

 

4智慧消防系統(tǒng)

       智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監(jiān)控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡，并對這些設備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關報警和事件信息通過手機短信、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相關人員。

 

5.平臺部署硬件選型

5.1電力監(jiān)控與運維平臺

 

 

 

 

 

 

 

       本文通過對北方某高校電能消耗的統(tǒng)計分析表明,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穩(wěn)定范圍內(nèi)，但仍高于我國節(jié)約型校園的標準，具有一定的節(jié)能潛力；同時本文就北方地區(qū)高校校園電能節(jié)能提出改造建議，為建設北方地區(qū)高校綠色校園提供借鑒。

 

[1]張朝,郭慶偉,北方高校能耗現(xiàn)狀與節(jié)能對策.[J]北方建筑，2019.4.

[2]郭秀娟，馬賀寧.電力能效評估體系在節(jié)約型校園建設中的應用分析[J].吉林建筑大學學報，2016（6）：75-78. 

[3]王盈，陳翠良，黃來斌，李敏，蒼大強.北京科技大學校園電能消耗生態(tài)足跡研究[J].環(huán)境科學與管理，2010（4）：158-161.

[4]企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6.

 

作者簡介

       劉細鳳，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心相關產(chǎn)品的研發(fā)及應用。