潘 洲

上海市節(jié)能減排中心有限公司

在教育建筑領(lǐng)域，目前針對高校的建筑能耗與節(jié)能潛力分析研究案例較多，但對于中學(xué)、小學(xué)等用能單位的能耗及節(jié)能潛力分析較少。這類建筑具有能耗規(guī)模較小、用能人數(shù)較少、能耗點(diǎn)分散、節(jié)能潛力需深度挖掘等特點(diǎn)。摸清中小學(xué)建筑能耗，充分挖掘節(jié)能潛力，不但能給學(xué)校帶來降本增效的經(jīng)濟(jì)效益；更重要的是，通過節(jié)能技術(shù)的示范應(yīng)用與教育宣傳，能從小培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識，樹立綠色建筑、生態(tài)校園理念，達(dá)到教書育人的目的。為此，本文選取上海市具有代表性的6所中小學(xué)，按照國家《公共建筑能源審計(jì)導(dǎo)則》和上海市《公共建筑能源審計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中三級或深度能源審計(jì)要求，進(jìn)行深入調(diào)研和檢測，掌握該類建筑的能耗特點(diǎn)及能效水平，進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力，指出全市中小學(xué)普遍的以及具有針對性的節(jié)能改造方向。

1 建筑概況

6所學(xué)校的基本信息見表1所示：

表1 學(xué)?；拘畔⒈?/p>

6所學(xué)校主要建筑的功能用途包括教學(xué)樓、行政辦公樓、圖書館、體育館、食堂等。部分學(xué)校還建有理工實(shí)驗(yàn)室、舞蹈房、游泳館等專業(yè)用房。6所學(xué)校大部分為非寄宿制學(xué)校，為保證選取學(xué)校的典型代表性，本文也選擇了寄宿制學(xué)校，學(xué)校建有學(xué)生公寓。

6所學(xué)校建筑竣工時間跨度較長，既有60年代的老建筑，也有21世紀(jì)后的新建的建筑，因此建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式多樣，主要為磚混、剪力墻、鋼結(jié)構(gòu)等。大部分建筑外墻保溫未達(dá)標(biāo)，門窗類型多為鋁合金普通門窗，配以單層玻璃。也有部分學(xué)校建筑通過節(jié)能改造，配備了中空雙層玻璃。

2 用能系統(tǒng)

2.1 冷熱源系統(tǒng)

冷熱源系統(tǒng)包括空調(diào)制冷系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)及生活熱水系統(tǒng)等，是學(xué)校的主要能耗系統(tǒng)。6所學(xué)校冷熱源系統(tǒng)概況見表2所示。

6所學(xué)校的空調(diào)制冷及供熱系統(tǒng)以房間空調(diào)器為主，部分建筑，如體育館、圖書館、專業(yè)舞蹈房、部分行政辦公室等配以多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組。中心城區(qū)的寄宿制學(xué)校，學(xué)生洗浴熱水系統(tǒng)主要為房間電熱水器，郊區(qū)的寄宿制學(xué)校，學(xué)生洗浴熱水系統(tǒng)采用燃?xì)忮仩t。

2.2 照明系統(tǒng)

6所學(xué)校的照明系統(tǒng)以普通熒光燈、細(xì)管型熒光燈、緊湊型熒光燈及LED燈具為主，體育場館、室外及道路照明使用金屬鹵化物燈。

6所學(xué)校都已完成部分燈具的LED改造替換，改造模式多樣，主要有逐次批量改造、壞舊燈具逐個替換等，也有學(xué)校采取合同能源管理模式進(jìn)行燈具批量節(jié)能改造。根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況，LED燈具的數(shù)量及總功率占整個照明系統(tǒng)比例不同，少的占比不到5%，多的已超過50%。

2.3 其它用能系統(tǒng)

其它用能系統(tǒng)主要包括辦公（教學(xué)）設(shè)備、電梯系統(tǒng)、水泵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、廚房設(shè)備及小型數(shù)據(jù)機(jī)房等。

辦公（教學(xué)）設(shè)備主要包括臺式（筆記本）電腦、打印（復(fù)印、傳真）機(jī)、投影儀、電視機(jī)等，這些設(shè)備具有單臺功率小、數(shù)量多的特點(diǎn)，是學(xué)校的主要耗能系統(tǒng)之一。

水泵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要包括生活及消防水泵、排煙風(fēng)機(jī)及衛(wèi)生間排氣扇等。這些設(shè)備總功率不大，但全年運(yùn)行時間較長，部分水泵的負(fù)荷波動較大。

廚房設(shè)備主要包括冰箱、灶具、保溫臺、蒸箱、微波爐、熱水器等，廚房設(shè)備能耗是學(xué)校的主要耗能系統(tǒng)之一。

部分學(xué)校建有專門的小型數(shù)據(jù)機(jī)房，主要包括UPS、交換機(jī)、服務(wù)器等專用設(shè)備，但機(jī)房規(guī)模較小，基本未配置專用精密型空調(diào)，以普通舒適型空調(diào)為主。

3 能耗概況

3.1 能耗品種

6所學(xué)校的能耗品種單一，主要包括電力、天然氣、汽油等，各校具體情況見表3。

其中，天然氣主要用于廚房餐飲和生活熱水系統(tǒng)，汽油主要用于公務(wù)車輛。

3.2 能效水平

6所學(xué)校的年總能耗見表4所示。

6所學(xué)校的單位建筑面積能耗比較接近，數(shù)據(jù)波動不大，從8.9 kgce/m2至11.5 kgce/m2，但生均能耗波動范圍較大，從101.2 kgce/人至260.3kgce/人，最高值為最低值的2倍多。經(jīng)調(diào)研分析，生均能耗與學(xué)校的地理位置、教學(xué)條件、是否寄宿等因素有密切關(guān)系。其中，中心城區(qū)的學(xué)校由于地理位置的原因，學(xué)校占地面積和總建筑面積較小，建筑功能布局較為緊湊，完成同樣學(xué)生數(shù)量和質(zhì)量教學(xué)任務(wù)的能耗較低。擁有獨(dú)立室內(nèi)體育場館、專業(yè)訓(xùn)練用房、圖書館、匯演廳、教學(xué)實(shí)驗(yàn)室等教學(xué)條件較好的學(xué)校，能耗較大。同樣，寄宿制學(xué)校的能耗要遠(yuǎn)高于非寄宿制學(xué)校。

通過對比發(fā)現(xiàn)，生均建筑面積與生均能耗的變化在一定程度上成正比關(guān)系。6所學(xué)校的生均能耗與生均建筑面積關(guān)系見圖1所示。

圖1 生均能耗與生均建筑面積關(guān)系圖

值得一提的是，本文所選取的6所學(xué)校的單位建筑面積能耗比較接近，但由于樣本量的關(guān)系，并不完全代表本市中小學(xué)的平均水平。在以往的研究分析中，有的中小學(xué)單位建筑面積能耗約為5kgce/m2，僅為本文研究樣本均值的一半左右。

表3 學(xué)校能耗品種

表4 學(xué)校年總能耗及能效水平

3.3 分項(xiàng)能耗

參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建筑能耗可以拆分為暖通空調(diào)能耗系統(tǒng)、照明插座能耗系統(tǒng)、動力能耗系統(tǒng)（包括電梯、水泵、風(fēng)機(jī)等）、生活熱水能耗系統(tǒng)、餐飲能耗系統(tǒng)、其它能耗系統(tǒng)。通過對這6所學(xué)校的匯總、梳理及分析，各能耗系統(tǒng)的比例范圍見表5所示。

表5 分項(xiàng)能耗占比

表5的能耗占比為本文6所學(xué)校的樣本統(tǒng)計(jì)值，各學(xué)校間的具體情況不同，各分項(xiàng)能耗占比區(qū)別較大，應(yīng)以具體學(xué)校的能耗拆分為準(zhǔn)。

4 能源管理

能耗管理的范圍較廣，主要包括能源（節(jié)能）管理組織機(jī)構(gòu)、能源（節(jié)能）管理制度、節(jié)能宣傳與培訓(xùn)、樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)的有效運(yùn)行、分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)的安裝與有效運(yùn)行、能耗數(shù)據(jù)定期統(tǒng)計(jì)及分析、行為節(jié)能等?？傊?，建立能源（節(jié)能）管理的長效機(jī)制是評價學(xué)校節(jié)能工作實(shí)施優(yōu)劣的主要指標(biāo)。本文6所學(xué)校在能源（節(jié)能）管理方面的概況見表6所示。

從表6的統(tǒng)計(jì)可以看出，大部分學(xué)校均未建立有效的能源（節(jié)能）管理組織機(jī)構(gòu)，能源（節(jié)能）管理制度也僅限于水電操作制度、設(shè)備管理制度等，部分學(xué)校缺少主要耗能設(shè)備的完整運(yùn)行記錄。大部分學(xué)校樓宇由于建設(shè)年代等原因，未安裝樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)，即使安裝的建筑，也未有效運(yùn)作。大部分中小學(xué)也未安裝分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)，即使安裝該系統(tǒng)的，也未對計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行定期深入分析。但是，隨著節(jié)能理念的不斷深入人心，大部分學(xué)校開展了一定程度的節(jié)能宣貫工作，通過張貼宣傳標(biāo)識等手段強(qiáng)調(diào)節(jié)能行為。

5 節(jié)能潛力

通過深入調(diào)研及分析研究，中小學(xué)建筑節(jié)能潛力主要考慮以下幾個方面。

5.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

(1)增加保溫隔熱層。大部分中小學(xué)，尤其是建校時間較早的學(xué)校，校內(nèi)舊建筑較多，學(xué)?？梢越Y(jié)合大修，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能權(quán)衡判斷，增加保溫隔熱層，使之符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5018-2005）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)增加內(nèi)外遮陽設(shè)施。相對于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱的節(jié)能改造，內(nèi)外遮陽技術(shù)的應(yīng)用較為經(jīng)濟(jì)，目前大部分學(xué)校沒有運(yùn)用遮陽措施，尤其是外遮陽措施。一般而言，南向外窗由于一年中有較長時間的日照，需要遮陽的時間也較長，可以考慮設(shè)置永久性的固定遮陽板，而東西向外窗多采用活動式的遮陽板，以隨陽光照射的情況加以調(diào)節(jié)。此外，可結(jié)合建筑本身構(gòu)件特點(diǎn)，使其產(chǎn)生遮陽效果，如通過加寬挑檐等。對底層建筑來說，利用綠化也可作為一種有效而經(jīng)濟(jì)的遮陽方式。目前，結(jié)合建筑一體化設(shè)計(jì)的外遮陽技術(shù)成熟，實(shí)施后建筑外觀美觀。

表6 學(xué)校能源（節(jié)能）管理概況

(3)配置中空雙層玻璃及玻璃貼膜。學(xué)校目前大部分窗戶為單層玻璃，更換單層玻璃為中空雙層玻璃是學(xué)校目前應(yīng)用較多的節(jié)能改造技術(shù)之一。若輔以玻璃貼膜技術(shù)，對于空調(diào)建筑，將起到很好的節(jié)能效果。

(4)屋頂綠化。全市目前部分區(qū)縣在教育系統(tǒng)推進(jìn)屋頂綠化措施，學(xué)?？梢詫⒅c綠化灌溉中水回用系統(tǒng)一并設(shè)計(jì)考慮。

5.2 空調(diào)系統(tǒng)

(1)房間空調(diào)器（分體空調(diào)）集中智能控制系統(tǒng)。學(xué)校目前空調(diào)系統(tǒng)均以房間空調(diào)器為主，且各房間空調(diào)器的開啟和關(guān)閉均由室內(nèi)人員自行控制。因此，建議安裝分體空調(diào)智能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)空調(diào)能耗、運(yùn)行時間及溫度等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控計(jì)量，并可選擇溫度控制、定時控制、預(yù)付費(fèi)控制以及遠(yuǎn)程遙控等多種節(jié)電控制策略，以減少空調(diào)系統(tǒng)能耗。經(jīng)同類工程案例分析，增加智能控制系統(tǒng)后，部分學(xué)?？梢怨?jié)約空調(diào)用電10%以上。

(2)高能效房間空調(diào)器（分體空調(diào)）的替換。學(xué)校目前大部分分體空調(diào)使用時間較長，部分未達(dá)到現(xiàn)有三級能效標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)?？山Y(jié)合固定資產(chǎn)報(bào)廢計(jì)劃，更新具有二級以上高能效比的空調(diào)機(jī)組，通過設(shè)備更新?lián)Q代節(jié)能。

5.3 生活熱水系統(tǒng)

(1)太陽能光熱輔以熱泵熱水機(jī)組的應(yīng)用。目前，部分寄宿制學(xué)校的生活熱水系統(tǒng)為燃?xì)鉄崴ㄕ羝╁仩t。該系統(tǒng)不僅每年的維護(hù)、年檢、管理成本較高，而且隨著本市最新版《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，學(xué)校需要投入大筆資金對鍋爐進(jìn)行改造，以進(jìn)一步降低氮氧化物的排放。為此，考慮更換鍋爐系統(tǒng)為太陽能光熱輔以熱泵熱水機(jī)組是經(jīng)濟(jì)可行的節(jié)能改造措施。若學(xué)校受建設(shè)條件的限制，僅用熱泵熱水機(jī)組制取生活熱水也是不錯的選擇。相比太陽能光熱輔以熱泵熱水機(jī)組，一個初始投資小，一個運(yùn)營能耗低，各具優(yōu)點(diǎn)。

(2)游泳池?zé)嵩吹奶鎿Q。部分學(xué)校有恒溫泳池，目前采用燃?xì)忮仩t作為熱源。同樣，可更換為熱泵熱水機(jī)組等高能效熱源，節(jié)能改造效益顯著。

5.4 照明系統(tǒng)

(1)更換LED等高能效照明燈具。建議將走廊、扶梯間、禮堂、圖書館、餐廳、會議室、數(shù)據(jù)機(jī)房、室外照明等長時間照明的公共活動區(qū)域的燈具替換為LED燈具。與現(xiàn)有大部分熒光燈相比，在同樣的照度下，LED燈具的功率約為一半，且使用壽命較長。但需注意教室、專業(yè)舞蹈用房等對照明有專業(yè)功能需求及特定要求的場所，在更換LED時，要先做好方案設(shè)計(jì)，使其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前，LED燈具完全可以按現(xiàn)有燈具的尺寸一對一替換，改造范圍內(nèi)年節(jié)電率可以達(dá)到40%以上，且投資回報(bào)期較短。

(2)區(qū)域照明智能化控制。通過對6所學(xué)校的調(diào)研觀察，發(fā)現(xiàn)學(xué)校教室和辦公室照明為人工手動控制，多云天氣出現(xiàn)整間教室或辦公室照明常開，教室空無一人而照明開啟。針對以上情況，建議對教室和辦公室照明加裝聲光控制系統(tǒng)，當(dāng)師生進(jìn)入移動傳感器感應(yīng)區(qū)域后漸升光，當(dāng)人走出感應(yīng)區(qū)域后燈光漸漸減低或熄滅，使“長明燈”現(xiàn)象得到控制。同時，可在教室靠窗與靠墻處分別加裝照度傳感器。當(dāng)室外光線強(qiáng)時自動減弱或關(guān)閉靠窗的燈光，并根據(jù)靠墻傳感器調(diào)整靠墻的燈光亮度。當(dāng)室外光線變?nèi)鯐r，傳感器會根據(jù)感應(yīng)信號調(diào)整燈的亮度到預(yù)先設(shè)置的光照度值，不僅能保護(hù)學(xué)生視力，更能有效節(jié)約能源。

5.5 新能源利用

(1)太陽能光伏系統(tǒng)建設(shè)?？稍诮虒W(xué)樓、辦公樓、圖書館、體育館等存在大面積空置且采光條件好的屋面建設(shè)太陽能光伏系統(tǒng)。目前太陽能光伏系統(tǒng)每瓦的投資費(fèi)用在6元以下，每瓦的年均發(fā)電量在1kWh以上，且發(fā)電技術(shù)成熟，不會對學(xué)?，F(xiàn)有輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。同時，在混凝土或彩鋼瓦屋面敷設(shè)太陽能光伏板，也是一種有效的隔熱保溫措施。

(2)新能源車充電樁建設(shè)。單獨(dú)或與太陽能光伏建設(shè)一體化設(shè)計(jì)，建設(shè)新能源車充電樁系統(tǒng)。以交流樁為主，輔以直流樁。目前，市公共機(jī)構(gòu)管理部門正在大力推廣學(xué)校等公共機(jī)構(gòu)充電樁建設(shè)。學(xué)校建設(shè)新能源車充電樁，既便利教職工，同時也是響應(yīng)低碳出行的號召。目前，以某品牌7kW交流充電樁為例，單臺購置加安裝費(fèi)用約0.5萬元，本市按設(shè)備購置費(fèi)的30%，最高不超過300元/kW，進(jìn)行一次性建設(shè)補(bǔ)貼，運(yùn)營期間按0.2元/kWh進(jìn)行充電補(bǔ)貼。

5.6 其它能耗系統(tǒng)

(1)水泵變頻。對于部分日均負(fù)荷波動較大，且運(yùn)行時間較長的水泵，可以考慮增加變頻裝置，解決低負(fù)荷環(huán)境下水系統(tǒng)仍然按照高負(fù)荷時運(yùn)行的問題。變頻水泵可跟據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷實(shí)時調(diào)整轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)負(fù)荷波動。且由于水泵電機(jī)的功耗與轉(zhuǎn)速呈立方關(guān)系，節(jié)能效果顯著。

(2)更換聚能燃?xì)庠畹雀咝г罹摺Ｄ壳?，學(xué)校廚房用灶具普遍為普通灶具。若采用紅外線熱輻射等技術(shù)的聚能燃?xì)庠?，熱效率提升?0%，節(jié)能效果顯著。

5.7 管理節(jié)能

(1)分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)建設(shè)。目前，上海市大部分中小學(xué)僅安裝了電力總表，對于各建筑的空調(diào)、照明、電梯、水泵、風(fēng)機(jī)、室內(nèi)插座等用電分項(xiàng)沒有設(shè)置二級或三級分表。建議學(xué)校設(shè)置各建筑、樓層或用電設(shè)備分項(xiàng)（空調(diào)、照明、電梯、水泵、風(fēng)機(jī)、室內(nèi)插座等）的電力計(jì)量分表。定期對各分表進(jìn)行抄表統(tǒng)計(jì)，學(xué)校用能管理人員應(yīng)每月、每季度、每年對學(xué)校重點(diǎn)用電設(shè)備及重點(diǎn)用電區(qū)域進(jìn)行分析，及時發(fā)現(xiàn)存在問題及時解決。對學(xué)校內(nèi)各樓各部門進(jìn)行用電定額考核，節(jié)獎超罰。

(2)建立節(jié)能管理長效機(jī)制。節(jié)能管理長效機(jī)制的建立是多角度，全方位的，主要包括以下幾個方面：能源（節(jié)能）管理組織機(jī)構(gòu)的建立及有效運(yùn)行、能源（節(jié)能）管理制度的完備及充分執(zhí)行、節(jié)能宣傳與培訓(xùn)的次數(shù)與質(zhì)量、樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)的有效運(yùn)行、能耗數(shù)據(jù)定期統(tǒng)計(jì)及分析及行為節(jié)能等。管理節(jié)能是比技術(shù)節(jié)能更便捷有效，見效更快的措施，建立節(jié)能管理長效機(jī)制是學(xué)校開展節(jié)能工作的重要前提。

上述七個方面的節(jié)能潛力分析僅是筆者根據(jù)現(xiàn)有樣本，針對本市中小學(xué)普遍存在的現(xiàn)象進(jìn)行的分析研究，不代表全部情況和所有節(jié)能改造措施。例如，由于本市大部分學(xué)校的空調(diào)系統(tǒng)為分體空調(diào)，因此本文僅針對分體空調(diào)提出了節(jié)能改造措施，根據(jù)筆者所知，有些學(xué)校存在水冷式機(jī)組和溴化鋰機(jī)組等，那就需要對此進(jìn)行具體分析。

筆者根據(jù)本市中小學(xué)實(shí)際情況、節(jié)能政策及技術(shù)規(guī)范、類似節(jié)能改造工程案例，綜合考慮各項(xiàng)節(jié)能措施的建設(shè)運(yùn)營成本、節(jié)能效益、經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)施便利性等因素，將上述七個方面的節(jié)能措施按優(yōu)先級進(jìn)行排序，如表7所示。

上述節(jié)能措施的優(yōu)先級首先考慮的是某個節(jié)能方向內(nèi)部的對比，不同節(jié)能方向之間各節(jié)能措施的優(yōu)先級評價對比僅作為參考。有些節(jié)能措施，如分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)建設(shè)，雖然需要一定的建設(shè)運(yùn)營成本，且沒有直觀的節(jié)能效益，但由于其是所有節(jié)能改造工作的重要基礎(chǔ)，因此優(yōu)先級較高。

6 結(jié)語

本文以具有代表性的上海市6所中小學(xué)為樣本，按照國家及上海市標(biāo)準(zhǔn)要求，對其建筑概況、設(shè)備運(yùn)行狀況、能耗規(guī)模、能效水平、用能特點(diǎn)等方面進(jìn)行深入研究，指出上海市中小學(xué)在能源消耗、節(jié)能管理等方面存在的問題，充分挖掘節(jié)能潛力，提出切實(shí)可行的節(jié)能改造措施，供中小學(xué)今后實(shí)施節(jié)能改造提供參考，為政府主管部門監(jiān)管提供依據(jù)。

表7 節(jié)能改造措施優(yōu)先實(shí)施表