王 勇
(江蘇醫(yī)藥職業(yè)學院,江蘇 鹽城 224006)
高校的能耗相對較大,主要涉及電能、水資源、燃氣、熱能等多種資源。伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展,高校用能設備的數(shù)量越來越多,使得能耗總量也在不斷增加。在國家大力倡導建設節(jié)約型校園的背景下,應積極開展技術研究與應用,致力于降低高校的能耗。
高校校園耗能具有一定的特殊性,其主要特征包括:1)耗能設施單一,且時間比較集中。高校的耗能設施主要包括科研儀器、實驗設施、教學設備、照明等。同時,耗能時間也比較集中,學生公寓通常是夜晚22點至凌晨7點,行政辦公樓通常是早上8點到下午17點。教學樓通常是早上7點至夜晚22點。2)存在明顯的季節(jié)差異。在我國,高校寒假通常在1月中旬至3月初,暑假通常在7月中旬至8月下旬。寒暑假期間,高校的能耗顯著降低。3)建筑功能多樣。高校校園包括行政辦公樓、教學樓、圖書館等公共建筑,也包括食堂、商店、醫(yī)療、浴室等生活輔助建筑,還包括宿舍樓、教職工公寓等居住建筑。建筑功能的多樣化,決定了用能種類的多樣化。4)節(jié)能潛力較大。大學生及高校教職工普遍素質較高,節(jié)能意識更強,因此節(jié)能潛力較大。
高校校園中,學生公寓的能耗占據(jù)著一定的比例,學生公寓的耗能類型主要是電能、水資源,學生公寓耗電設施主要是網(wǎng)絡通訊、照明。有關調(diào)查發(fā)現(xiàn),學生公寓的能耗,尤其是電能消耗相對穩(wěn)定。
高校圖書館的耗能類型主要是電能,相對單一。圖書館具有使用周期長、規(guī)模較大的特征,隨著閱覽人數(shù)、館藏數(shù)量的增多,圖書館的電能消耗量也在不斷上升。圖書館的耗電設施主要包括照明系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)、網(wǎng)絡設施以及相關服務設施等。由于圖書館的開放時間是固定的,因此其耗能水平也比較穩(wěn)定。
高校中,行政辦公樓是學校開展日常事務的場所。除了寒暑假期之外的時間段,行政辦公樓的耗能與普通辦公建筑差別不大。行政辦公樓的耗能時間通常集中在早上8點到下午17點。行政辦公樓的耗能設施主要包括電腦系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、網(wǎng)絡設施等,除了寒暑假之外,電能消耗量趨于平穩(wěn)。
教學樓的耗能設施主要是照明系統(tǒng)、多媒體教學系統(tǒng)。教學樓的耗能時間通常集中在早上7點至夜晚22點。寒暑假期間耗能量大幅度降低,耗能量存在明顯的周期性。
為實現(xiàn)高校校園能耗的降低,必須建立有效的能耗監(jiān)測平臺。在建立能耗監(jiān)測平臺的時候,可以采用企業(yè)服務總線,保持各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分布現(xiàn)狀,通過借助協(xié)議將高校各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包裝成服務,并注冊到企業(yè)服務總線,借助企業(yè)服務總線提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務,并應用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口為用戶提供各種各樣的服務,從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)在邏輯上的融合。企業(yè)服務總線系統(tǒng)的投資相對較小,數(shù)據(jù)搬遷的難度相對較低,且數(shù)據(jù)準確度較高,可以滿足高校能耗監(jiān)測平臺建設的需求。
為降低高校圖書館的能耗,應充分考慮光照條件、外窗開啟方式以及外窗形狀等各方面因素,實現(xiàn)對圖書館光照度、溫度、濕度、室內(nèi)采光等參數(shù)的監(jiān)控。根據(jù)建筑的光環(huán)境特征以及夏季高度角、方位角對遮陽的影響,制定遮陽板調(diào)控策略,確定遮陽板角度,實現(xiàn)遮陽百葉的智能化、自動化控制調(diào)節(jié)。
伴隨著科學技術的進步,各種先進的技術在各行各業(yè)得到了廣泛應用。智能校園系統(tǒng)是通過應用物聯(lián)網(wǎng),將校園內(nèi)的多種設備聯(lián)系起來,進行統(tǒng)一智能管控。智能校園系統(tǒng)主要包括一鍵上課模式、一鍵自習模式、一鍵投影模式、陰天補光模式、一鍵活動模式,可通過電腦或移動端遠程查看教室設備情況,并進行智能化調(diào)控。例如,一鍵投影模式下,可以一鍵觸發(fā)電動窗簾、投影儀、照明等聯(lián)動,實現(xiàn)教學效率的提高。
建立燃氣鍋爐、空氣源熱泵、分布式太陽能集熱器的集中系統(tǒng)。冬季建立比熱容、水溫、水位等參數(shù)的耦合計算模型,對逐時熱量需求進行充分分析的基礎上,建立空氣源熱泵的啟停策略,實現(xiàn)動態(tài)化、精準控制。確保水位高度要求得到滿足的基礎上,在蓄水熱量不滿足需求的時候,將空氣源熱泵開啟,從而減少空氣源熱泵的開啟時間,降低能源消耗。夏季通過在水箱、太陽能集熱器之間增設回路,對各水箱的蓄水進行充分加熱,解決太陽能集熱水箱過熱但由于未到用水時間而導致的棄熱現(xiàn)象,實現(xiàn)對太陽能資源的最大化利用。
在高校校園能耗總量中,照明系統(tǒng)的能耗占據(jù)著較大的比例,為實現(xiàn)照明系統(tǒng)能耗的降低,應對其進行節(jié)能改造。首先,室外照明系統(tǒng)。為實現(xiàn)室外照明系統(tǒng)能耗的降低,應使用太陽能路燈。例如,可以采用這樣的太陽能路燈:晶體硅太陽能電池供電,儲存電能的是免維護閥控式密封蓄電池,采取智能化電源控制,無交流供電,無需鋪設電纜,不會產(chǎn)生用電費用。同時,這種路燈照明系統(tǒng)有著發(fā)光效率高、安全性能高、使用壽命長、穩(wěn)定性好、節(jié)能環(huán)保、安裝維護簡便等諸多優(yōu)勢,一次投資、長期受益。其次,室內(nèi)照明系統(tǒng)。高校校園內(nèi)室內(nèi)照明燈具數(shù)量較多,照明時間較長,如果采用白熾燈等耗能較高的燈具,則無疑會增加耗電量。面對這樣的情況,應對室內(nèi)照明燈具進行合理選擇。通常市場調(diào)研發(fā)現(xiàn),LED燈是一種節(jié)能效果較好的燈具,照明度相同的情況下,相比較于傳統(tǒng)40W燈,LED燈只需15W,因此,可以將照明燈具換成LED燈。某高校節(jié)能改造中,將全部燈具換成了LED燈,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),每年可節(jié)約3930萬kW·h的電量,節(jié)電率高達52%。而每節(jié)約電量1kW·h,相當于節(jié)約標準煤0.4kg,減少二氧化碳排放量0.997kg,二氧化硫0.03kg,碳粉塵0.272kg,氮氧化物0.15kg。由此可見,對照明系統(tǒng)進行節(jié)能改造,對降低能耗、保護環(huán)境有著重要的意義。
以某高校為例,對高校校園節(jié)能綜合技術的應用效果進行評估。某高校,位于我國上海市,遵循因地制宜的原則,開發(fā)應用了多項節(jié)能技術,主要包括:1)建立節(jié)能型校園節(jié)能監(jiān)管平臺,監(jiān)測范圍覆蓋全校。對能耗數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測、分析、上傳,子功能模塊包括能耗統(tǒng)計模塊、能耗查詢模塊、能耗公示模塊、能耗動態(tài)對標模塊、異常報警模塊、報表管理模塊;2)空調(diào)集中控制節(jié)能技術,面積接近4000m,年節(jié)能率為15.27%;3)燃氣鍋爐、空氣源熱泵、太陽能集熱器供熱水系統(tǒng)的智能優(yōu)化控制,示范面積21997.6m。經(jīng)過改造后,年節(jié)約標準煤368噸;4)開展遮陽改造,遮陽面積2680m。改造后,夏季冷負荷降低12%。建立環(huán)境無線監(jiān)控系統(tǒng),對遮陽改造區(qū)域進行長期、遠程、自動、實時監(jiān)控;5)建設24盞風光互補路燈,無外接電源供應全年亮燈。建設光伏發(fā)電一體化停車場,示范面積2200m,該停車場集成了新能源汽車與充電樁、太陽能照明、光伏發(fā)電并網(wǎng)等技術。6)電梯勢能回收技術,經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn),節(jié)電率接近30%;7)依托自然資源優(yōu)勢,建立深井水空調(diào),示范面積100m,經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn),試驗房室溫與環(huán)境溫度相比降低8~9℃。經(jīng)過檢測、分析發(fā)現(xiàn),該校應用上述節(jié)能技術之后,年能耗總量降低了3.3%,超過了預期節(jié)能目標2%,得到了理想的經(jīng)濟效益、社會效益及生態(tài)效益。
綜上,如何實現(xiàn)高校能耗的降低,是節(jié)約型校園建設過程中面臨的主要問題。面對這樣的問題,應在準確分析高校校園耗能特征、耗能現(xiàn)狀的基礎上,綜合利用多項節(jié)能技術,包括能耗監(jiān)測平臺、智能百葉調(diào)控系統(tǒng)、智能校園系統(tǒng)以及對熱水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)進行節(jié)能改造等,盡量減少各種能源的消耗,提高高校校園節(jié)能效果。