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淺談北方高校能耗現狀與節能對策
更新時間：2023-02-24點擊次數：1839次
淺談北方高校能耗現狀與節能對策
任運業
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：隨著我國經濟建設的迅速發展，能源的節約與二次利用愈加凸顯，如何節能減排已經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，為建設綠色環保及節約型校園建設提供有效的可行性依據。
關鍵詞：電能消耗；現狀分析；綠色環保；節能對策
一、引言
通過對我國智能建筑市場的調研及前景分析，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量需求的不斷提升，其比重還會持續上升。高校是一個能源消耗比較大的區域，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。
二、校園建筑能耗的特點
高校作為產、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、校園網絡、實驗設施、科研儀器等。對于校園不同的功能區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；
節能潛力大。由于高校的主題是具有較高素質的教師和學生，相比其他人群，行為節能意識較強。
三、校園建筑能耗現狀
高校有其共同的能耗特點，但不同類型以及不同地區的校園能耗又存在差異。本文通過對北方某高校的能耗現狀進行分析，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、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、網絡通訊，相對比較單一和集中。只要學校管理部門明確規章制度，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定狀態（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，是培養人才和提升學生素質的重要基地。具有規模較大，使用周期長的特點。隨著館藏數量和閱覽人數的增加，圖書館的電耗也呈上升趨勢。多數學生除上課外，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；加之圖書館的空調系統、照明系統、網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辦公，冬季集中采暖。辦公樓內的用電設施有照明系統、電腦系統及網絡設施，全年用電趨于平穩。
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，培養方案中專業課程有近1/3的內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、實驗設備、電腦系統等，耗電比較穩定。
四、校園電能的節能方法及建議
1耗電設備的節能改造
經過對該校園耗電設備的調查統計，在所有用電設備中，照明耗電量占全校總耗電量約40%以上。該校照明設備為耗電較高的白熾燈，且照明時間長，照明燈具使用數量多，故其耗電總量大。通過對照明燈具的市場調研得出結論：照明系統的節能改造采取更換綠色環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40W燈相比，相同照明度的LED燈只需15W，若將學校傳統的燈管全部換成LED燈，每年可節約電量3.93×105kW·h，節電率達到53%，每節約1kW·h，相當于節約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、保護環境非常有效。因此，僅就更換LED燈管一項所節約的費用遠超越改造投入的費用。
對于室外照明系統的改造。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，節省了電纜鋪設，沒有交流供電，不發生用電費用；并且該路燈照明系統具有穩定性好、壽命長、發光效率高，安裝維護簡便、安全性能高、節能環保等特點，實現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
智慧校園照明系統是采用物聯網技術將學校照明、電氣、校園安保等設備進行統一智能的控制管理，通過智能照明系統管理平臺，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，根據實際情況進行燈光亮度調節以適用于特殊課程需求的教室。一鍵上課模式時，通過傳感器自主調光，實現教室桌面照明恒定，充分利用自然光，實現能耗節省。一鍵投影模式下，一鍵觸發照明、投影儀、電動窗簾聯動，提高教學效率。
智慧校園照明系統輕松實現二次節能：校園照明燈在現實節能基礎上，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，有效節能；智慧校園照明系統還可以保障校園環境安全，通過平臺實時監測電氣、安保等設備運行狀態，快速進行反應。
3培養節能意識
針對大學生群體，學校通過大學生主題會、社團的專題活動，結合大學生創新創業活動，開展關于建設綠色校園、節約型校園的專題活動；學校要求教師在授課過程中，將節能減排教育、建設綠色校園等內容融入教學環節中，開展節能減排教育；還可以充分發揮校園網、微信群、板報等多種傳播方式，開展節能、環保宣傳活動，向全校師生發起“節能減排"倡議，建議師生選擇科學合理、節約能源的綠色生活方式。
4完善相關制度
學校雖有節能中心，但該中心主題是進行節能技術研究，而不是管理，所以對能源浪費問題并沒有規章制度可循。對于能源浪費現象，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，這是發揮學校主導作用，將各部門節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，有效運用經濟、法律和行政手段，保證節能減排任務的完成。明確節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“節能減排"良好環境。
五、平臺概述
AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統計、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、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，在統一的需求下“實現能源互補、信息互通"等管理模式。助力學校管理智能化、數字化、綜合化，實現節能校園、綠色校園、低碳校園。
六、平臺組成
AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開放的分層分布式網絡結構，主要由設備層、傳輸層、數據層、應用層組成。平臺融合電力監控、電能統計、電氣安全、電能質量分析及治理、智能照明控制、預付費等功能，用戶通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可全局、整體的對企業用電進行進行集中監控、統一調度、統一運維，同時滿足企業用電可靠、安全、節約、高效、有序的要求。
七、平臺架構
八、高校綜合能效解決方案
1校園電力監控與運維
集成設備所有數據，綜合分析、協同控制、優化運行，集中調控，集中監控，數字化巡檢，移動運維，班組重新優化整合，減少人力配置。
2后勤計費管理
采用先進的網絡抄表付費管理技術，實現電、水、氣等能源綜合計費，實現遠程抄表、費率設置、賬單統計匯總等，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，培養用能群體和部門的節能意識。
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，檢測違規電氣，并可獲取違規用電跳閘記錄。
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、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測，提供對路燈靈活智能的管理，實現校園內任一線路，任一個路燈的定時開關、強制開關、亮度調節，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能。
3能源管理系統
針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統計分析，包含同比分析、環比分分析、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計的各類建筑耗電數據。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數據分門別類的分析，提供領導決策，提高管理效能。
構建符合校園節能監管內容及要求的數據庫，能自動完成能耗數據的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統性的能耗審計報告，能夠監測能耗設備的運行狀態，設置控制策略，達到節能目的。
4智慧消防系統
智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監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，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，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電力監控與運維平臺
九、結語
本文通過對北方某高校電能消耗的統計分析表明,高校作為耗能大戶，建筑節能改造的空間很大，需要深入調研和分析，制定適合的節能改造方案，并具有可操作性。該校的電能消耗雖然控制在一個穩定范圍內，但仍高于我國節約型校園的標準，具有一定的節能潛力；同時本文就北方地區高校校園電能節能提出改造建議，為建設北方地區高校綠色校園提供借鑒。
參考文獻
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[4]企業微電網設計與應用手冊.2020.6.
作者簡介
任運業，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心相關產品的研發及應用。
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