高校校園降碳節(jié)能改造項(xiàng)目分析

0 背景

目前，高校校園的教學(xué)工作和學(xué)生生活使用大量的電、冷、熱、熱水等能源產(chǎn)品，是重點(diǎn)的能源消費(fèi)單位。隨著時(shí)間推移，一類老校區(qū)存在著綜合能耗高、使用成本大、安全可靠性低、智慧化程度弱等問題，為此，本文以北方某校園低碳節(jié)能改造項(xiàng)目為例，進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)和分析，以體現(xiàn)低碳節(jié)能改造的多方面效益

。

校園地點(diǎn)位于北方遼寧某區(qū)域，具備教學(xué)、住宿、食堂、辦公等場景，是重要的學(xué)習(xí)場所和文化展示窗口，本次擬在該校園進(jìn)行低碳節(jié)能改造，以解決校園現(xiàn)有用能難點(diǎn)。

校園目前有6棟建筑單體，其中5棟建筑單體（除物業(yè)用房外），均采取空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管采暖制冷，采暖熱源采用燃?xì)忮仩t，制冷冷源采用冷水機(jī)組。采暖季為每年10月20日至次年4月20日，制冷季為每年5月18日至9月30日。校園用電價(jià)格為0.51元/kWh，水價(jià)3.83元/kWh，天然氣價(jià)格為3.4元/kWh。

校園有室外停車場及地下人防停車場共計(jì)約140個(gè)車位，均未進(jìn)行充電樁及光儲充一體化車棚項(xiàng)目建設(shè)。室外照明區(qū)域已完成LED改造，辦公區(qū)域熒光燈、學(xué)員宿舍走廊筒燈、大堂燈帶等處均未進(jìn)行LED改造。全校區(qū)也未進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)檢測和能源管理。

30組底板巖石彈性模量在6.9～39.9 GPa，平均值15.8 GPa。其中：砂巖的彈性模量在6.8～39.9 GPa，平均值25.56 GPa，砂質(zhì)泥巖的彈性模量在6.0～13.1 GPa，平均值9.53 GPa， 粉砂巖(細(xì)砂巖)的彈性模量度8.5～25.8 GPa，平均值15.65 GPa；泥巖的彈性模量在3.8～6.7 GPa，平均值4.76 GPa。

本次改造采用“綠色-智慧-低碳-節(jié)能-高效”的理念。

確定了以打造校園低碳節(jié)能綜合智慧能源示范為目標(biāo)，堅(jiān)持減碳優(yōu)先，高效智慧發(fā)展，從能源供給側(cè)和用戶側(cè)的實(shí)處落腳，實(shí)現(xiàn)減碳增效。

1 低碳節(jié)能改造技術(shù)方案

基于前述問題進(jìn)行方案理念和技術(shù)路徑梳理，后進(jìn)行詳細(xì)方案設(shè)計(jì)。

1.1 方案理念

根據(jù)校園的能耗數(shù)據(jù)分析和能源設(shè)施建設(shè)需求，對校園用能情況進(jìn)行用能診斷和問題分析，總結(jié)為兩個(gè)方面存在的問題：一是基礎(chǔ)能源存在使用問題；二是示范引領(lǐng)元素不夠完善（見表1）。

1.2 儀器和試劑 全自動洗板機(jī)和酶標(biāo)分析儀均購自深圳市匯松科技發(fā)展有限公司，ELISA試劑購自珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)海泰生物制藥有限公司。

智慧：智慧平臺集中管控、供需協(xié)同以及辦公樓、綜合樓、公寓樓的能源（電、氣、水）智能監(jiān)測、供需智能互動、智慧運(yùn)營。

其中，F(xiàn)PPF，i和 FRef，i分別是 PPF 算法和所參考的CDF曲線上的值。參數(shù)N是在特定時(shí)間間隔內(nèi)從CDF的范圍中選取的定點(diǎn)數(shù)量。

節(jié)能：公寓、綜合樓、辦公供能系統(tǒng)智能化，儲能削峰填谷，能源數(shù)據(jù)智能管理，實(shí)現(xiàn)源、網(wǎng)、荷、儲協(xié)同節(jié)能。

高效：高效太陽能集熱器+空氣源熱泵+電輔熱實(shí)現(xiàn)熱水、冷熱高效轉(zhuǎn)化利用，同時(shí)深化落實(shí)冷機(jī)、配電設(shè)備節(jié)能提效。

碳排放因子=碳含量×碳氧化率×44/12 kg/kWh

1.2 技術(shù)路徑

從電、冷、熱、熱水四方面的需求端入手考慮，供電方面主要設(shè)計(jì)以“分布式光伏+光伏走廊+景觀風(fēng)電+綠證清潔電力”為技術(shù)路徑，所發(fā)電量滿足校園辦公用電和制冷、供熱系統(tǒng)用電，部分用電需求由綠色市電供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)零碳排放。供冷方面主要設(shè)計(jì)以“高效離心式冷水機(jī)組+螺桿式冷水機(jī)組+蓄能水罐+流量溫度檢測控制系統(tǒng)”為技術(shù)路徑，以滿足校園辦公的冷負(fù)荷需求，流量溫度測點(diǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。供熱方面主要設(shè)計(jì)以“超低溫型空氣源熱泵+電輔熱+蓄能水罐+燃?xì)忮仩t備用”為技術(shù)路徑，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)滿足校園辦公的熱負(fù)荷需求，同時(shí)降低取暖成本，實(shí)現(xiàn)末端電能替代。熱水方面主要設(shè)計(jì)以“高效太陽能集熱器+超低溫型空氣源熱泵+電輔熱+蓄能水罐”為技術(shù)路徑，實(shí)現(xiàn)熱水系統(tǒng)滿足公寓、辦公的熱水需求，技術(shù)路徑詳見圖2。

1.3 方案設(shè)計(jì)

擬采用電能替代實(shí)現(xiàn)零碳供能，原冷熱系統(tǒng)裝機(jī)方案詳見表2，改造后冷熱系統(tǒng)裝機(jī)方案詳見表3。

隨著教育現(xiàn)代化的大力推進(jìn)，雖然大部分學(xué)校投入大量的資金增加或更新了教育信息化裝備，但教育信息化裝備的高資金投入與低應(yīng)用產(chǎn)出這一矛盾普遍存在，我校也不例外。究其原因，筆者認(rèn)為與當(dāng)前學(xué)校師生的信息技術(shù)應(yīng)用能力整體偏弱有很大關(guān)系。于是，近幾年我校在師生信息技術(shù)應(yīng)用能力提升方面開展了一系列有益的嘗試。

針對校區(qū)供冷供暖效果不佳、能耗較高、運(yùn)行管理粗放問題，充分考慮投資回收期、年運(yùn)行成本等因素，本次改造采用AloT技術(shù)，將傳感器主要應(yīng)用于供回水管網(wǎng)及回路末端，針對起到關(guān)鍵的參數(shù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集及控制、傳輸發(fā)揮作用，通過軟件及平臺的控制，將有效提升供能效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)字化、智慧化管理升級。

5）太陽能分類垃圾箱

擬在#1、#2、#3學(xué)生公寓及教學(xué)樓屋頂空余區(qū)域擴(kuò)建分布式光伏約280 kWp，組件采用540高效光伏組件和部分貼合式柔性組件。二期項(xiàng)目綜合樓屋頂區(qū)域擬建設(shè)分布式光伏200 kWp，組件采用540高效光伏組件和部分貼合式柔性組件。

初次監(jiān)測后，連續(xù)墻底端被鎖定，但實(shí)際情況是連續(xù)墻嵌固端的嵌固力不足，底端向基坑內(nèi)產(chǎn)生了一定量的位移，因而應(yīng)將變形時(shí)程曲線向基坑內(nèi)平移一定量進(jìn)行變形分析。按此分析連續(xù)墻向基坑內(nèi)的位移量實(shí)際大于目前的監(jiān)測值。

此外，BIPV是光伏與建筑的結(jié)合，擬于學(xué)員公寓和教學(xué)樓之間設(shè)計(jì)連廊一體化光伏，鋪設(shè)50~60 m

BIPV，與電池存儲和電網(wǎng)連接，采用“自發(fā)自用，余量上網(wǎng)”的模式，為教學(xué)樓照明采光等提供電力支持。

為實(shí)現(xiàn)低碳供能，項(xiàng)目采用接入高比例清潔綠電的供能方式。在能源站外側(cè)（空地）設(shè)置太陽能集熱器+空氣源熱泵+水箱蓄熱裝置，白天向校園供冷、供熱，大幅度提高供能系統(tǒng)運(yùn)行效率，提高綠色能源利用率，有效降低供暖使用成本。

本次校園設(shè)計(jì)的所有電力為清潔綠色電力，真正實(shí)現(xiàn)低碳能源，即優(yōu)先使用自建分布式光伏，其次使用臨近分布式光伏的綠電，最后定向采購集中式風(fēng)光電站的綠電。

項(xiàng)目案例在基礎(chǔ)配套設(shè)施方面采用以下5項(xiàng)措施，以提升校園品質(zhì)：

1）光儲充一體化系統(tǒng)

會長，張福鎖院士親臨現(xiàn)場，解析作物中微量元素營養(yǎng)的重要性。他在報(bào)告中指出，除了作物不可或缺的氮磷鉀外，中微量元素對于作物的健康生長也很關(guān)鍵，特別是鎂元素，不僅作物需要，對于人類的健康也至關(guān)重要。進(jìn)而通過郭延亮博士的介紹，在座經(jīng)銷商認(rèn)識到鎂肥的重要作用以及美好的發(fā)展前景，購買肥料本質(zhì)上就是在購買養(yǎng)分，而養(yǎng)分并非只有氮磷鉀，作物生長的好壞主要是看是否購買到了莊稼最需要的養(yǎng)分，而“鎂”不可或缺。2018年四川美豐與德國K+S公司共同合作推出“美豐美”產(chǎn)品，產(chǎn)品創(chuàng)新的亮點(diǎn)和差異性為經(jīng)銷商增加市場競爭力。

就消解國內(nèi)矛盾而言，老子主要是以危機(jī)意識使統(tǒng)治者合理認(rèn)識并處理君民關(guān)系。 這是其“民本”思想的主旨，是一種立足現(xiàn)實(shí)社會關(guān)系的“自覺”約束。 王博先生曾有過這樣的解讀：侯王必須在與民眾或百姓關(guān)系中才能夠最終確立自己的存在形態(tài)，侯王有必要以“無為”的方式進(jìn)行自我節(jié)制，保證民眾的主體性。[10] 在更深的層面上，老子明確了統(tǒng)治者的權(quán)力是通過民眾的集中和給予民眾以指向而實(shí)現(xiàn)，那么權(quán)力也會因?yàn)槊癖姷谋硹壎呓狻?老子以一種危機(jī)意識切合權(quán)力的構(gòu)成與瓦解，擁有與消散的辯證關(guān)系，對統(tǒng)治者不合于“道”的行為作出一個(gè)消極結(jié)果的必然推斷，以此進(jìn)行警告性的約束。 例如：

1) 在海運(yùn)里程方面，東北航線較北極—蘇伊士航線節(jié)省了46%；在全年航次數(shù)量方面，東北航線增加1.5～2.0個(gè)航次；在單位航次成本方面，除輕冰夏秋環(huán)境外，東北航線成本均偏高；在必要運(yùn)費(fèi)率方面，東北航線成本偏高。

在地上停車場新建150 m

地面集中式停車棚，裝配20 kWp車棚光伏發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)安裝1個(gè)120 kW雙槍快充，2個(gè)7 kW慢充,方便園區(qū)及來訪的電動車。配置10 kWh儲能系統(tǒng)，提高光伏就地消納率，兼作應(yīng)急電源。

2）分散式景觀風(fēng)電系統(tǒng)

項(xiàng)目擬沿主干道路、風(fēng)景點(diǎn)布置2臺1 kW垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，用于點(diǎn)綴，給園區(qū)增添外在科技元素、藝術(shù)元素。高層建筑布置垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，提高綠電比。景觀風(fēng)電為垂直軸結(jié)構(gòu)且容量較小，具有投資低、震動小、噪音小的優(yōu)點(diǎn)

。

3）智慧路燈綠色智慧化工程

項(xiàng)目擬沿道路安裝2臺智慧路燈，智慧路燈的光照強(qiáng)度可根據(jù)環(huán)境亮度而調(diào)節(jié)變化，依托路燈燈架將配置視頻監(jiān)控、圖像顯示、音頻廣播等功能。

4）光伏智能座椅

背誦絕不是早讀課的專利。相反，只把背誦任務(wù)留給早讀，往往在任務(wù)驅(qū)動中讓背誦成為死記硬背，如果不能及時(shí)復(fù)習(xí)鞏固，“艾賓浩斯曲線”告訴我們，背誦內(nèi)容很快就會煙消云散。越來越多的語文老師重視課堂滲透和指導(dǎo)，將背誦融入課堂教學(xué)的一部分。一位教師在教學(xué)《絕句（兩個(gè)黃鸝鳴翠柳）》中，在多種形式感悟情境、朗讀詩句的基礎(chǔ)上，出示引導(dǎo)背誦PPT：

在校園操場增設(shè)2臺光伏智能座椅，光伏智能座椅的太陽能板的發(fā)電系統(tǒng)功率為80 W，配備了三元鋰55 AH的蓄電池。USB3.0有線接口為快充，能滿足特殊情況下用戶的充電需要。

在教學(xué)樓和食堂兩端增設(shè)2個(gè)分類垃圾箱，方便餐后分類處置垃圾，同時(shí)也可解決往返教學(xué)樓、食堂過程中垃圾無處丟置情況。

項(xiàng)目案例依托校園能源站建設(shè)綜合智慧能源管控平臺，該綜合能源管理系統(tǒng)是以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)為支撐的大型開放式能源管理服務(wù)平臺，具有可擴(kuò)展性和高可用性。系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，借助云數(shù)據(jù)中心，對“感知”來的電、熱、冷、水等多種能源生產(chǎn)、輸送、消費(fèi)的各類信息進(jìn)行智能處理，對能源站設(shè)置分項(xiàng)和總量碳排放計(jì)算，并對整個(gè)能源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)校園數(shù)據(jù)的有效示范和先進(jìn)展示。

2 綜合效益分析

2.1 環(huán)境效益分析

本項(xiàng)目案例的實(shí)施能夠切實(shí)貫徹響應(yīng)“雙碳”目標(biāo)和愿景，提高能源品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)能源需求、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境生態(tài)的有機(jī)平衡，減少CO

等污染物排放，對提升整體生態(tài)環(huán)境有積極意義。

為量化本項(xiàng)目案例中各能源系統(tǒng)的碳排放，本文引入冷熱源碳排放因子和碳排放強(qiáng)度，采用二次能源冷、熱計(jì)量分析的方法，相較于傳統(tǒng)一次能源天然氣、電力的碳減排分析更為精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)過程可視化，碳排放因子即能源消耗量與CO

排放相對應(yīng)的系數(shù)，可通過下式計(jì)算

：

低碳：采用電能替代+新能源+綠色電力證書的清潔電力的整體模式，通過多元供-用能方式，專業(yè)化能源管理，打造零碳樣板。

基于“綠色-智慧-低碳-節(jié)能-高效”規(guī)劃理念，在校園項(xiàng)目范圍內(nèi)，整體層面采用以下8種技術(shù)元素（見圖1）。

2.3 SAP10-2檢測異常的區(qū)域與位點(diǎn) 表3示21位10-2SAP異常的PPG患者視野缺損主要出現(xiàn)在上半側(cè)和上方區(qū)域（分區(qū)方法見圖1［2］），與健康對照組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其他區(qū)域差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

冷熱源系統(tǒng)的碳排放強(qiáng)度采用式（1）進(jìn)行計(jì)算：

綠色：光伏、風(fēng)電、光儲充系統(tǒng)、電動汽車，深化能源清潔高效利用，提高生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和愿景。

式中，

F

為冷熱源系統(tǒng)（或機(jī)組）碳排放強(qiáng)度，kg/kWh；

F

為區(qū)域電網(wǎng)平均碳排放因子，kg/kWh；COP為冷熱源系統(tǒng)（或機(jī)組）性能系數(shù)。

燃?xì)忮仩t的碳排放強(qiáng)度采用式（2）進(jìn)行計(jì)算：

式中，

F

為天然氣鍋爐碳排放強(qiáng)度，kg/kWh；

F

為天然氣碳排放因子，kg/kWh；

η

為天然氣鍋爐熱效率。

?歐陽兆熊:《水窗春囈》卷下“維揚(yáng)勝地”條，轉(zhuǎn)引自陳從周《中國園林》，廣東旅游出版社1996年版，第108頁。

其中，遼寧地區(qū)電網(wǎng)平均碳排放因子為0.803 4 kg/kWh。

充分運(yùn)用行業(yè)資源，拓展培訓(xùn)領(lǐng)域、創(chuàng)新培訓(xùn)方式、優(yōu)化培訓(xùn)質(zhì)量，為行業(yè)及社會提供全方位的安全生產(chǎn)、特種作業(yè)等管理培訓(xùn)，著力建設(shè)有行業(yè)特色的安全管理培訓(xùn)體系。

原有供能系統(tǒng)采用燃?xì)忮仩t供熱及供熱水，其碳排放強(qiáng)度為0.222 kg/kWh。改造后采用光伏和市政電力供電，光伏以及外購綠電供電約占總用電量的21%，即校園綜合碳排放因子為0.634 7 kg/kWh。采用空氣源熱泵（COP按2.5考慮）+太陽能集熱器供熱及供熱水后（集熱器占比按20%考慮），其實(shí)際折算碳排放強(qiáng)度為0.203 kg/kWh，比原有能源系統(tǒng)低0.019。供冷設(shè)備改造前后均為冷水機(jī)組(COP按5.0考慮)，改造前供冷碳排放強(qiáng)度為0.169 7 kg/kWh，改造后由于采用光伏供應(yīng)部分電量，供冷碳排放強(qiáng)度為0.126 9 kg/kWh。項(xiàng)目實(shí)施后減碳效果明顯，環(huán)境效益明顯提升。具體減排量詳見表4所示。

需要說明的是，終端信息地圖和終端檔案表的建立和更新是一個(gè)長期不間斷的工作，所以要把這項(xiàng)工作納入考核體系。如：前期對業(yè)務(wù)員的考核是建立一家終端客戶檔案表獎勵(lì)多少錢；隨著終端客戶檔案家數(shù)的健全，后期對業(yè)務(wù)員的考核是終端客戶檔案表信息填寫正確無誤并及時(shí)更新的一家獎勵(lì)多少錢，這樣才能保證建立健全正確無誤的終端信息題圖和終端檔案表。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

項(xiàng)目案例校方總投資共計(jì)1 053萬元，實(shí)施帶來的經(jīng)濟(jì)效益包括：空調(diào)系統(tǒng)及熱水系統(tǒng)年均節(jié)能費(fèi)用125萬元；光伏及新能源系統(tǒng)年均節(jié)省電費(fèi)收益19萬元；綜合智慧能源控制及服務(wù)平臺及展示收益年均約8.2萬元；年均節(jié)能經(jīng)濟(jì)總收益152.2萬元。各具體細(xì)項(xiàng)詳見表5，改造前后成本比較詳見圖3至圖5。

綜上，業(yè)主投資1 053萬元，每年節(jié)省152.2萬元，投資回收期為6.9年。項(xiàng)目若以外部投資方參與，采用8∶2比例節(jié)能收益分享型合同能源管理，仍然有11.8%的資本金內(nèi)部收益率，改造后能源站經(jīng)濟(jì)性明顯（見表6）。

3 結(jié)論及建議

本文以校園低碳節(jié)能改造項(xiàng)目為例，助力打造成為智慧低碳校園新樣板。主要分析了校園的能源基礎(chǔ)設(shè)施問題，并提出可行的改造方案，踐行“雙碳”目標(biāo)和愿景，構(gòu)建“綠色-智慧-零碳-節(jié)能-高效”綜合智慧能源體系。本文創(chuàng)新利用二次能源碳排計(jì)算方法，計(jì)算出節(jié)能改造措施帶來的減碳效益及經(jīng)濟(jì)效益。減碳效益方面項(xiàng)目對比改造前直接減碳696.9 t，經(jīng)濟(jì)效益方面年均節(jié)能經(jīng)濟(jì)總收益152.2萬元，整體能效較高且具備規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，彰顯節(jié)能改造帶來的雙重收益，建議更多的高校推廣和復(fù)制應(yīng)用此類低碳改造技術(shù)和項(xiàng)目的建設(shè)。

［1］孫海莉，臧思情，黃剛，孫勇凱，張晗.高校能源利用現(xiàn)狀及碳排放基線研究［J］.中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2022(3):11-13.

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