胡冠楠
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定
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，通過對校園的建筑特點(diǎn)進(jìn)行分析，針對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)能對策
一、引言
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(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(xué)、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?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。
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，使用時間相對集中。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)對策。研究的對象是省屬本科重點(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、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，使用周期長的特點(diǎn)。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(xué)生除上課外，大部分時間在圖書館進(jìn)行學(xué)習(xí)，致使學(xué)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(luò)設(shè)施及相關(guān)的服務(wù)設(shè)施等對電能的消耗，使該校圖書館的耗電量僅次于學(xué)生公寓，但各月的耗電情況相對穩(wěn)定。
3教學(xué)樓
教學(xué)樓是學(xué)生上課和自習(xí)的場所，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(xué)校事務(wù)的常運(yùn)行場所，除寒暑假期部分人員辦公外，其他時間用電特點(diǎn)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(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，照明耗電量占全校總耗電量約40%以上。該校照明設(shè)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(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、啟動快和功率小等特點(diǎn)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(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、發(fā)光效率高，安裝維護(hù)簡便、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、
長期受益的目標(biāo)。同時，太陽能路燈也特別適合人員密集的場所。
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，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、一鍵活動模式、陰天補(bǔ)光模式，可在移動端或電腦遠(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，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、電動窗簾聯(lián)動，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，自主檢測教室人員活動情況，無人時自動關(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，通過平臺實(shí)時監(jiān)測電氣、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
針對大學(xué)生群體，學(xué)校通過大學(xué)生主題會、社團(tuán)的專題活動，結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動，開展關(guān)于建設(shè)綠色校園、節(jié)約型校園的專題活動；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)、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(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，所以對能源浪費(fèi)問題并沒有規(guī)章制度可循。對于能源浪費(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、平臺概述
AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統(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。從“源、網(wǎng)、荷、儲、充"多個角度解析高校當(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(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)，通過一個平臺即可全局、整體的對企業(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，同時滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、高效、有序的要求。
七、平臺架構(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。
2.1宿舍用電管理
針對學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時通斷功能；可進(jìn)行惡性負(fù)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(fèi)
針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理。
2.3充電樁管理平臺
充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、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
通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設(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(jì)報告，能夠監(jiān)測能耗設(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)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，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“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災(zāi)預(yù)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(yùn)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(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，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報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.平臺部署硬件選型
5.1電力監(jiān)控與運(yùn)維平臺
九、結(jié)語
本文通過對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。
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更新時間：2023-03-07 
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