高校校園建設(shè)節(jié)能潛力研究

莫俊欽，王曉杰，譚曉斐

（1.大連大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 大連 116622；2.大連大學(xué) 總務(wù)處）

1 大連大學(xué)能耗概括

1.1 大連大學(xué)的基本情況

本研究選取大連大學(xué)作為調(diào)查對象來了解一般高校的能源消耗現(xiàn)狀.大連大學(xué)始建于1949年，后組建于1987年，是一所擁有哲學(xué)、法學(xué)、經(jīng)濟(jì)、教育、文學(xué)、藝術(shù)、歷史、理學(xué)、工學(xué)、醫(yī)學(xué)、管理11大學(xué)科門類的綜合性普通高等學(xué)校.學(xué)?？傉嫉孛娣e121.5萬平方米，建筑面積55.3萬平方米.學(xué)?，F(xiàn)有25個(gè)學(xué)院，61個(gè)本科專業(yè)，20個(gè)一級碩士學(xué)位授予點(diǎn)，120多個(gè)二級碩士學(xué)位授予點(diǎn)，全日制在校學(xué)生15000余人,外國留學(xué)生、繼續(xù)教育學(xué)院學(xué)生5000余人.

1.2 校園建筑概括

建筑作為用能設(shè)施存在的主體，其能耗在校園能耗中占比例很大.因此，對校園建筑概括進(jìn)行了調(diào)研，有利于更好了解校園的能耗概況.截止2014年底，大連大學(xué)校園建筑總面積為55.3萬平方米.大部分建筑于1995年以后建成，均執(zhí)行50%節(jié)能率的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn).學(xué)校5千平米以上的校園建筑共20棟，建筑總面積24.67萬平米，占學(xué)校總建筑面積的58.5%，以上校園建筑由于建筑體量大，用能系統(tǒng)復(fù)雜，能耗大等特點(diǎn)，是校園監(jiān)管體系的監(jiān)測和管理重點(diǎn).

1.3 校園能源供應(yīng)與建筑能耗現(xiàn)狀

1.3.1 校園供電設(shè)施基本情況

大連大學(xué)校區(qū)有10KV電源進(jìn)線共4條，高壓母聯(lián)；學(xué)校大部分建筑采用分體式空調(diào)供冷，冬季學(xué)校集中供暖.校園供電設(shè)施基本情況見表1-1.

表1 -1 校園供電設(shè)施基本情況

1.3.2 校園能源消耗情況

大連大學(xué)校園能源消耗主要是水、電、煤、油等，2012年大連大學(xué)供熱管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)校園集中供熱，校園燃煤使用量大幅減少，柴油、汽油等其他能源消耗量相對較少，所以校園的能耗主要以用電和水為主.

1.3.2.1 近十年大連大學(xué)用水用電情況

2008年，學(xué)?？倓?wù)處加大節(jié)能管理，通過制定一系列的校園節(jié)能規(guī)章制度，加大節(jié)能日常監(jiān)管工作，促使節(jié)能成效顯著，并在2008年出現(xiàn)了水電耗費(fèi)的首次負(fù)增長，由此可見節(jié)能管理挖掘的節(jié)能空間.但由2011、2012、2013三個(gè)年度的水電費(fèi)用支出可以看出，隨著大連大學(xué)辦學(xué)規(guī)模、招生數(shù)量以及校園建筑面積的日益增加，水電費(fèi)用呈現(xiàn)平穩(wěn)的上升趨勢.詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1-2.

表1 -2 大連大學(xué)近十年水電能耗表

1.3.2.2 學(xué)校各區(qū)域用水分配情況

自來水主要用于辦公、教學(xué)和學(xué)生宿舍生活的日常用水、浴池用水、游泳館用水等.全年共計(jì)耗用自來水約70萬噸.全校各類型單位使用狀況如下圖所示：

圖1 -3 全校各類型單位用水量占總用水量的百分比

1.3.2.3 學(xué)校各區(qū)域用電分配情況

耗電主要包括：辦公設(shè)備、照明、空調(diào)、采暖、食堂用電和各教學(xué)儀器及設(shè)施、學(xué)生宿舍等；全校各類型用電情況如下圖所示：

圖1 -4 全校各類型單位用電量占總用電量的百分比

2 大連大學(xué)重點(diǎn)用能系統(tǒng)調(diào)研

2.1 重點(diǎn)用能系統(tǒng)的確定

根據(jù)大連大學(xué)水、電、煤、油的消耗情況進(jìn)行了調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、分析，其中水電暖三項(xiàng)支出找到總能耗開支的80%以上，依據(jù)用能系統(tǒng)能耗在校園總能耗中占據(jù)較大比例，系統(tǒng)構(gòu)成簡單，便于調(diào)研和節(jié)能改造等原則，我們確定了大連大學(xué)三個(gè)重點(diǎn)用能系統(tǒng)——照明系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、生活用水系統(tǒng).

2.2 重點(diǎn)能耗系統(tǒng)的建設(shè)情況

2.2.1 照明系統(tǒng)建設(shè)及使用情況

目前，學(xué)校照明分為室內(nèi)和室外照明兩種.現(xiàn)室外照明主要使用的是太陽能燈（總燈數(shù)的22%）和LED燈（總燈數(shù)32%），室內(nèi)照明主要是直管熒光燈T5和T8兩種規(guī)格，目前正逐步將損壞的T8更換為T5，數(shù)量參半.LED技術(shù)的開發(fā)和使用，節(jié)能效果達(dá)到80%以上，同時(shí)有效將少二氧化碳?xì)怏w排放量，為學(xué)校帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益.

2.2.2 供熱系統(tǒng)建設(shè)及使用情況

供熱系統(tǒng)包括鍋爐房、換熱站和熱用戶，影響供熱系統(tǒng)供熱性能的有鍋爐效率、換熱器效率、輸送效率和熱用戶得熱效率.由于大連大學(xué)自2013年起采暖熱源為市政熱力，因此，熱用戶得熱效率為本研究重點(diǎn).熱用戶得熱效率的影響因素有建筑本體因素、外擾因素、內(nèi)擾因素及設(shè)計(jì)熱參數(shù).其中建筑本體因素對供熱系統(tǒng)影響最為嚴(yán)重和普遍.本文僅對建筑本體因素進(jìn)行調(diào)研.研究結(jié)果如下表2-1.

表2 -1 各建筑傳熱及熱阻情況

2.2.3 生活用水系統(tǒng)建設(shè)及使用情況

大連大學(xué)生活用水系統(tǒng)包含一般用水及熱水兩種.一般用水包含日常洗滌及沖廁用水；熱水系統(tǒng)包括飲用熱水、洗漱熱水和洗浴熱水.飲用和洗漱熱水由宿舍的電飲水機(jī)提供，洗浴用水則統(tǒng)一由炭燒加熱的方式提供.飲用洗漱熱水的水溫一般為100℃.主要熱水來源是電飲水器，具有效率高、安全等優(yōu)點(diǎn).而校園內(nèi)洗浴熱水的熱源是燒炭，且余熱浪費(fèi)情況嚴(yán)重.而一般的洗滌、沖廁等生活用水，都因?yàn)樵O(shè)備陳舊或者人為等原因出現(xiàn)很大的浪費(fèi)現(xiàn)象.

2.3 節(jié)能監(jiān)測平臺系統(tǒng)

目前，大連大學(xué)的能源統(tǒng)計(jì)工作由節(jié)能辦公室負(fù)責(zé)，統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目為水、電、煤、油，學(xué)?，F(xiàn)有近百座建筑物，各口徑水表300多塊，全部采取人工統(tǒng)計(jì)方式.由于校園建筑因建筑物功能的不同導(dǎo)致能耗差異很大，因此對建筑物能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分類采集、分類統(tǒng)計(jì)、分類審計(jì)、分類管理，有利于加強(qiáng)校園建筑節(jié)能管理.從大連大學(xué)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，行政辦公建筑、體育場館、圖書館、食堂等建筑用電能耗較大，應(yīng)作為重點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)管.

3 節(jié)能改造與潛力分析

3.1 照明系統(tǒng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，大連大學(xué)室外燈具使用中，54%使用了太陽能燈和LED燈，該技術(shù)的推廣和使用不僅光照明亮、環(huán)保、安全便捷、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，且耗能（電費(fèi)）支出呈現(xiàn)下降趨勢，因此，立足于太陽能燈與LED燈的環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)，在以后的校園建設(shè)中可以擴(kuò)大安裝該類型的燈具，發(fā)掘節(jié)能潛力，為降低校園能耗做出貢獻(xiàn).

除此之外，大連大學(xué)室內(nèi)用燈也采用了科技節(jié)能的方式進(jìn)行節(jié)能.T5燈管更細(xì)，耗材更少，內(nèi)含的熒光材料、汞含量少，光源環(huán)保，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在學(xué)校教學(xué)區(qū)與宿舍區(qū)中，將照明使用的T8燈管更換為更節(jié)能的T5燈管（表3-1T5與T8的能耗比較）.可見校園內(nèi)節(jié)能潛力巨大，仍可以通過多種科技節(jié)能方式開發(fā)節(jié)能潛力.

表3 -1 T5與T8耗能比較

3.2 供熱系統(tǒng)

由傳熱學(xué)可知，熱阻越大，熱能越不易傳遞.因而，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱熱阻的大小決定著室內(nèi)熱能由外圍護(hù)結(jié)構(gòu)散失的多少.所以，從節(jié)能方面考慮，應(yīng)盡量增大外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱熱阻.此外，對于教學(xué)樓和辦公樓，由于熱源是24小時(shí)供應(yīng)，而夜間無人再用，造成能源浪費(fèi)，這類建筑可采用間歇供暖，以達(dá)節(jié)能效果.

3.3 生活用水系統(tǒng)

3.3.1 中水處理系統(tǒng)

在校園生活用水系統(tǒng)中，除了杜絕跑、冒、滴、漏等不良習(xí)慣造成的人為浪費(fèi)外，對日常用水的回收再利用是水資源節(jié)約的重要途徑.中水處理技術(shù)已在多個(gè)單位及高校得到有效使用，但并未全部普及，隨著大連大學(xué)招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，用水量逐年增加，在校園內(nèi)建設(shè)中水處理系統(tǒng)非常有可行性.僅就大連大學(xué)而言，最大日用水量為3000噸，排水量按用水量的80%考慮，最大日排水量為2400噸，日處理量按2800噸考慮，平均污水排放量為：120噸/小時(shí).通過處理后每天回收用水量約為1500噸，其中700噸用于宿舍樓沖廁，200噸用于洗車，600噸用于綠化，剩余部分可以排入地表水，可節(jié)省自來水費(fèi)約158萬元/年.

3.3.2 生活熱水系統(tǒng)

大連大學(xué)實(shí)現(xiàn)集中供熱后，游泳館與浴池的供熱成為校園供熱系統(tǒng)的主要能耗來源.經(jīng)調(diào)研，太陽能及空氣源熱泵技術(shù)都是目前相對較為穩(wěn)定成熟的技術(shù)，可以參考使用.

3.3.2.1 學(xué)生浴池游泳館淋浴太陽能集熱系統(tǒng)安裝工程

太陽能集中集熱系統(tǒng)充分利用太陽能資源、減少運(yùn)行費(fèi)用，使太陽能的利用達(dá)到最大化，屬于廉價(jià)的綠色能源達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果.此集熱系統(tǒng)不破壞建筑物的結(jié)構(gòu)，不削弱建筑物在壽命期內(nèi)承受任何載荷的能力，不破壞屋面防水層和建筑物的附屬設(shè)施.防風(fēng)防雷，確保建筑立面效果美觀.學(xué)生浴池工程日產(chǎn)50度熱水100噸，滿足每天2000人淋浴；游泳館浴室日產(chǎn)50度熱水25噸，滿足每天300人淋浴.

3.3.2.2 游泳館采暖及泳池恒溫空氣源熱泵工程

熱泵是利用設(shè)備內(nèi)的吸熱介質(zhì)（冷媒）從空氣或自然環(huán)境中采集熱能，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后提高冷媒的溫度，并通過熱交換器冷媒放出熱量加熱冷水，同時(shí)排放出冷氣，制取的熱水通過水循環(huán)系統(tǒng)送入用戶進(jìn)行采暖或直接用于熱水供應(yīng).該技術(shù)安全有保障，且無廢水、廢渣、廢熱、廢氣排放，不會對大氣和環(huán)境產(chǎn)生任何污染.游泳池每天排放150噸廢水，并加入150噸27度新水，考慮采用水源熱泵將泳池排放廢水的熱能回收，利用此部分熱能給新水加溫；浴池淋浴熱水量約100噸/天，游泳館淋浴間用水量約20噸/天，考慮采用水源熱泵將每天洗浴用的120噸廢水熱能全部回收，用于淋浴水加熱或泳池水的恒溫.

3.4 節(jié)能監(jiān)管平臺

為了進(jìn)一步推進(jìn)高等學(xué)校節(jié)約型校園建設(shè)工作，財(cái)政部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、教育部于2008年起啟動了高等學(xué)校節(jié)約型校園監(jiān)管體系建設(shè)示范工作，截至目前共有216所高校開展了此項(xiàng)工作，并取得了顯著效果.據(jù)此，大連大學(xué)也應(yīng)該依據(jù)高等學(xué)校建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)的規(guī)范要求，從能耗監(jiān)測設(shè)備安裝、能耗監(jiān)管平臺建設(shè)、數(shù)據(jù)中心建設(shè)、能耗統(tǒng)計(jì)、能源審計(jì)、能效公示、數(shù)據(jù)安全與網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)等七個(gè)部分，加快推進(jìn)節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)，推進(jìn)大連大學(xué)節(jié)能型校園建設(shè)力度.

節(jié)能監(jiān)管平臺是一種在線監(jiān)測的軟件平臺，對電、燃料、水、集中供熱供暖量等能耗分類計(jì)量、監(jiān)測，對各類能源的根據(jù)不同用途進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量、監(jiān)測，如用電監(jiān)測分為照明插座、空調(diào)用電、動力用電和特殊用電等幾項(xiàng)等.用水監(jiān)測分為教學(xué)區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)、辦公區(qū)、活動區(qū)、學(xué)生生活區(qū)、家屬區(qū)等多項(xiàng).在校園建設(shè)能源監(jiān)控平臺，首先要根據(jù)校園建筑物功能，如教學(xué)、科研、食堂、宿舍、綜合辦公、科研等類型，構(gòu)建校園建筑物功能模型，依據(jù)功能設(shè)定建筑物能耗標(biāo)準(zhǔn)，并利用遠(yuǎn)程水表、遠(yuǎn)程電表、冷熱量計(jì)等電子設(shè)備對建筑物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)，加大監(jiān)管力度，降低能源消耗.

4 建議

結(jié)合對大連大學(xué)重點(diǎn)用能系統(tǒng)的調(diào)查已經(jīng)對節(jié)能潛力分析，今后校園節(jié)能工作可以重點(diǎn)傾向如下幾個(gè)方面.

4.1 大力推進(jìn)太陽能及LED節(jié)能技術(shù).學(xué)校室外道路燈具全部使用太陽能及LED燈頭，利于節(jié)能環(huán)保；同時(shí)將目前校內(nèi)T5燈管全部更換為T8燈管，預(yù)計(jì)每年將節(jié)約電費(fèi)2萬元.

4.2 逐步推進(jìn)校園建筑外立面維修改造.目前學(xué)校尚有過半建筑單體未加裝保溫層，導(dǎo)致室內(nèi)熱能大量流失，建議學(xué)校對校內(nèi)建筑單體（1995年建筑物）全部加裝保溫層節(jié)能率可達(dá)20%-30%左右.

4.3 加大預(yù)熱回收力度.建議學(xué)校對浴池廢水進(jìn)行余熱回收.

4.4 推進(jìn)建設(shè)校園節(jié)能監(jiān)管平臺.根據(jù)目前已經(jīng)完成節(jié)能監(jiān)管平臺項(xiàng)目驗(yàn)收的高校統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測數(shù)據(jù)，每年平均可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3萬噸，節(jié)水1500萬噸，部分高校僅1年節(jié)省費(fèi)用就相當(dāng)于中央財(cái)政資金全部投入，校園各類管網(wǎng)跑冒滴漏現(xiàn)象以及不合理的用能方式得到了有效控制.有數(shù)據(jù)顯示，數(shù)字化能源監(jiān)管平臺建設(shè)使本校每年能源支出節(jié)約了近20%.由此可見，建設(shè)該平臺體系將更深的挖掘大連大學(xué)的節(jié)能空間.

〔1〕教育部.2005 年全國教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[R].北京：2006.

〔2〕譚洪衛(wèi).節(jié)約型校園建設(shè)管理與技術(shù)導(dǎo)則[S].建設(shè)部課題，上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.

〔3〕尹亮亮.基于能耗調(diào)研的天津某高校節(jié)能潛力分析和能能耗預(yù)測.天津大學(xué)，2010.