浅谈北方高校能耗现状与节能对策

摘 要：随着我国经济建设的迅速发展，能源的节约与二次利用愈加凸显，如何节能减排已经成为相关学者和工程技术人员要解决的首要问题。作为公共建筑能耗的主要组成部分—高校，在建设绿色与节约型校园的理念指导下，以降低能耗为目标，开展科学研究与技术改进，结合北方高校校园的建筑能耗特点开展研究，通过对校园的建筑特点进行分析，针对其存在的问题提出相应的改进措施，为建设绿色环保及节约型校园建设提供有效的可行性依据。
关键词：电能消耗；现状分析；绿色环保；节能对策
 
一、引言
       通过对我国智能建筑市场的调研及前景分析，建筑能源消耗在我国能源总消费量中占有较大比例，伴随着不断加快的城市化进程和人们对生活质量需求的不断提升，其比重还会持续上升。高校是一个能源消耗比较大的区域，是集教学、科研、办公及员工生活于一体的综合场所，其能源消耗包含电能、热能、水资源、燃气等多种能源。在各项能源消耗中靠前的是电能消耗，且呈上升趋势。
二、校园建筑能耗的特点
       高校作为产、学、研及师生活动的综合体，有其自身的特点，与其他类型的建筑相比，校园能耗具有如下特点：
校园建筑功能多样性。校园不仅有教学楼、实验楼、行政办公楼等公共建筑，也有宿舍楼等居住型的建筑。还存在食堂、浴室、医疗、商店等生活辅助建筑。校园设施的多样性决定了高校用能种类的多样化，以及能耗的多样化；
       校园能耗季节性强。由于北方高校的假期通常为1月中旬到3月初和7月中旬到8月下旬，在假期，高校能耗明显下降；
       高校耗能设施单一，使用时间相对集中。主要是照明、校园网络、实验设施、科研仪器等。对于校园不同的功能区能耗具有不同的特点：教学楼是7：00—22：00，行政办公楼是8：00—16：30，而学生公寓则是22:00—7:00。这就为高校的能源管理提供了决策依据；
       节能潜力大。由于高校的主题是具有较高素质的教师和学生，相比其他人群，行为节能意识较强。
 
三、校园建筑能耗现状
        高校有其共同的能耗特点，但不同类型以及不同地区的校园能耗又存在差异。本文通过对北方某高校的能耗现状进行分析，找出影响校园能源消耗的主要因素，确定改进对策。研究的对象是省属本科重点建设院校，校园占地90万m2，建筑面积约45万m2，在校生16000余人。每年的能源消耗总量很大，尤其是电能。由于各个建筑结构不同，用途不同，所以内部布置的电器类型也不尽相同，用电量存在着一定程度上的差异。校园建筑包括：学生公寓、行政楼、教学馆、景观照明系统、实验楼、体育场、图书馆等设施。各类型建筑的用电情况分析如图1所示。

 
1学生公寓
         学生公寓的主要耗电设备为照明、网络通讯，相对比较单一和集中。只要学校管理部门明确规章制度，加强对学生公寓的日常用电管理，本文以北方某高校学生公寓2013年—2017年用电能耗为例，分析了学生公寓的用电情况，其结果表明学生公寓全年用电处于相对稳定状态（如图2所示）。

2图书馆
          大学的图书馆作为高校信息资源和技术集中的场所，是高校办学的三大支柱之一，担负着为教学和科研服务的双重任务，是培养人才和提升学生素质的重要基地。具有规模较大，使用周期长的特点。随着馆藏数量和阅览人数的增加，图书馆的电耗也呈上升趋势。多数学生除上课外，大部分时间在图书馆进行学习，致使学生在图书馆的时间要超过在寝室的时间；加之图书馆的空调系统、照明系统、网络设施及相关的服务设施等对电能的消耗，使该校图书馆的耗电量仅次于学生公寓，但各月的耗电情况相对稳定。
3教学楼
         教学楼是学生上课和自习的场所，耗电类型以照明为主，多媒体教学系统为辅，冬季则加以集中供暖。教学楼的利用时间一般为7:00—22:00，寒暑假期间用电时间则缩短，利用率也会大幅降低,耗电具有明显的周期性。
4行政办公楼
         行政办公楼是高校维持学校事务的常运行场所，除寒暑假期部分人员办公外，其他时间用电特点与普通办公建筑相似。办公楼的上班时间通常为8:00—16:30，寒暑假期间仅有部分工作人员在内办公，冬季集中采暖。办公楼内的用电设施有照明系统、电脑系统及网络设施，全年用电趋于平稳。
5实验楼
         由于该校是一所工科为主的大学，实验课程相对较多，培养方案中课程有近1/3的内容需要在实验室进行，用电量较大。实验室的耗电设备有照明系统、实验设备、电脑系统等，耗电比较稳定。
四、校园电能的节能方法及建议
1耗电设备的节能改造
        经过对该校园耗电设备的调查统计，在所有用电设备中，照明耗电量占全校总耗电量约40%以上。该校照明设备为耗电较高的白炽灯，且照明时间长，照明灯具使用数量多，故其耗电总量大。通过对照明灯具的市场调研得出结论：照明系统的节能改造采取更换绿色环保和省电照明光源的方法，即更换使用寿命长、启动快和功率小等特点的照明光源，通过对比，LED灯则是较好选择。与传统40W灯相比，相同照明度的LED灯只需15W，若将学校传统的灯管全部换成LED灯，每年可节约电量3.93×105kW·h，节电率达到53%，每节约1kW·h，相当于节约0.4kg标准煤，减少碳粉尘排放0.272kg，CO20.997kg，SO20.03kg，氮氧化物0.15kg，对降低污染物排放、保护环境非常有效。因此，仅就更换LED灯管一项所节约的费用远超越改造投入的费用。
        对于室外照明系统的改造。该校园的路灯采用太阳能路灯，由于太阳能路灯利用晶体硅太阳能电池供电，免维护阀控式密封蓄电池储存电能，具有智能化电源控制，节省了电缆铺设，没有交流供电，不发生用电费用；并且该路灯照明系统具有稳定性好、寿命长、发光效率高，安装维护简便、安全性能高、节能环保等特点，实现了太阳能路灯一次投资、
长期受益的目标。同时，太阳能路灯也特别适合人员密集的场所。
2构建智慧校园照明系统
        智慧校园照明系统是采用物联网技术将学校照明、电气、校园安保等设备进行统一智能的控制管理，通过智能照明系统管理平台，将原有的人工管理、电控管理方式提升到智能管理模式，可大幅提高管理效率。
        智慧校园照明系统智能控制模式包括：一键上课模式、一键投影模式、一键自习模式、一键活动模式、阴天补光模式，可在移动端或电脑远程查看教室设备情况，根据实际情况进行灯光亮度调节以适用于特殊课程需求的教室。一键上课模式时，通过传感器自主调光，实现教室桌面照明恒定，充分利用自然光，实现能耗节省。一键投影模式下，一键触发照明、投影仪、电动窗帘联动，提高教学效率。
        智慧校园照明系统轻松实现二次节能：校园照明灯在现实节能基础上，通过智能管理模式，自主检测教室人员活动情况，无人时自动关闭设备，防止电源浪费，再次降低能耗，有效节能；智慧校园照明系统还可以保障校园环境安全，通过平台实时监测电气、安保等设备运行状态，快速进行反应。
 
3培养节能意识
        针对大学生群体，学校通过大学生主题会、社团的专题活动，结合大学生创新创业活动，开展关于建设绿色校园、节约型校园的专题活动；学校要求教师在授课过程中，将节能减排教育、建设绿色校园等内容融入教学环节中，开展节能减排教育；还可以充分发挥校园网、QQ群、微信群、板报等多种传播方式，开展节能、环保宣传活动，向全校师生发起“节能减排”倡议，建议师生选择科学合理、节约能源的绿色生活方式。
 
4完善相关制度
        学校虽有节能中心，但该中心主题是进行节能技术研究，而不是管理，所以对能源浪费问题并没有规章制度可循。对于能源浪费现象，目前仍是以教育为主。因此，建章建制是亟需解决的问题，关键是抓制度落实，这是发挥学校主导作用，将各部门节能减排约束性指标作为考核部门工作落实情况的关键指标，通过公共资源的合理配置，有效运用经济、法律和行政手段，保证节能减排任务的完成。明确节能减排工作的责任人是部门的一把手，并实行“一票否决”制；要加大检查和处罚力度，对于使用违规电器、随意浪费能源的教工和学生要严肃处理，确保形成人人“节能减排”良好环境。
 
五、平台概述
         AcrelEMS-EDU校园综合能效管理解决方案针对校园能源统计、后勤计费管理、校园运维管理等提供高校的信息化管理平台。从“源、网、荷、储、充”多个角度解析高校当下及未来的用能问题及用能需求，在统一的需求下“实现能源互补、信息互通”等管理模式。助力学校管理智能化、数字化、综合化，实现节能校园、绿色校园、低碳校园。
 
六、平台组成
         AcrelEMS-EDU高校综合能效管理平台采用开放的分层分布式网络结构，主要由设备层、传输层、数据层、应用层组成。平台融合电力监控、电能统计、电气安全、电能质量分析及治理、智能照明控制、预付费等功能，用户通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对企业用电进行进行集中监控、统一调度、统一运维，同时满足企业用电可靠、安全、节约、高效、有序的要求。
 
七、平台架构

八、高校综合能效解决方案
1校园电力监控与运维
 
      集成设备所有数据，综合分析、协同控制、优化运行，集中调控，集中监控，数字化巡检，移动运维，班组重新优化整合，减少人力配置。

2后勤计费管理
      采用先进的网络抄表付费管理技术，实现电、水、气等能源综合计费，实现远程抄表、费率设置、账单统计汇总等，支持微信、支付宝、一卡通等充值支付方式，可设置补贴方案。通过能源付费管理方式，培养用能群体和部门的节能意识。
2.1宿舍用电管理
      针对学生宿舍用电进行管理控制：可批量下发基础用电额度和定时通断功能；可进行恶性负载识别，检测违规电气，并可获取违规用电跳闸记录。
 
2.2商铺水电收费
      针对校园超市、商铺、食堂及其他针对个体的水电用能进行预付费管理。
 
2.3充电桩管理平台
     充电桩在“源、网、荷、储、充”信息能源结构中是必不可缺的。充电桩应用管理同样是校园生活服务中必不可缺的一部分。
 
2.4智能照明管理
     通过对高校路灯的全局监测，提供对路灯灵活智能的管理，实现校园内任一线路，任一个路灯的定时开关、强制开关、亮度调节，以及定时控制方案灵活设置，确保路灯照明的智能控制和*。
 
3能源管理系统
      针对校园水、电、气等各类接入能源进行统计分析，包含同比分析、环比分分析、损耗分析等。了解用能总量和能源流向。
按校园建筑的分类进行采集和统计的各类建筑耗电数据。如办公类建筑耗电、教学类建筑耗电、学生宿舍耗电等，对数据分门别类的分析，提供领导决策，提高管理效能。
构建符合校园节能监管内容及要求的数据库，能自动完成能耗数据的采集工作，自动生成各种形式的报表、图表以及系统性的能耗审计报告，能够监测能耗设备的运行状态，设置控制策略，达到节能目的。
 
4智慧消防系统
       智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。
 
5.平台部署硬件选型
5.1电力监控与运维平台

 
 
 

 
 











 
 
九、结语
       本文通过对北方某高校电能消耗的统计分析表明,高校作为耗能大户，建筑节能改造的空间很大，需要深入调研和分析，制定适合的节能改造方案，并具有可操作性。该校的电能消耗虽然控制在一个稳定范围内，但仍高于我国节约型校园的标准，具有一定的节能潜力；同时本文就北方地区高校校园电能节能提出改造建议，为建设北方地区高校绿色校园提供借鉴。
 
参考文献
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[4]企业微电网设计与应用手册.2020.6.