綠色校園節能設計—以徐州地區中學校區為例

郭炳延

徐州市第一中學

綠色校園節能設計—以徐州地區中學校區為例

郭炳延

徐州市第一中學

隨著國家節能減排政策的推出，以促進節能減排為基礎，推動清潔能源及電能替代，已成為各個領域的重點研究方向。作為中學生的我，以學校為例，對校園中存在的能耗問題進行分析。下文對校園中在照明區、教學區以及功能區等方面的節能減排進行闡述，僅供參考。

節能減排；改造內容；技術；能效比

1.改造內容與改造思路

1.1開展燈具智能控制

通過現場勘察，徐州地區中學校區（以下均稱園區）現裝有傳統U型燈、傳統3管格柵燈、傳統熒光燈管支架燈等燈具，存在能耗較高、效率低下、散熱差、長時間使用頻閃較高、不環保等問題。擬采用LED燈具進行替換，并且在主控樓內加裝智能照明控制系統，實現對區域照明的開關、亮度的調節。

1.2分布式空調的柔性控制

對辦公區、教室、宿舍等分散式空調開展柔性調控，項目建設主要包括智能插座部署、無線傳輸部署、動態需求響應終端部署。目前園區內冬季采暖均是依靠分體式空調，辦公室及教室空間較大，受空調擺放位置影響，授課老師及學生們取暖區不均勻，擬在上述區域布置碳晶采暖代替空調取暖。

1.3蓄熱式電鍋爐

通過現場勘察，園區內日常通過燃煤或燃氣鍋爐解決熱水供應，存在能源費用高、制熱效果差、維修量大等缺點。擬采用蓄熱式電鍋爐，利用低谷電對水進行加熱，可以提供給老師、學生洗澡、食堂用熱水等生活熱水之用。

1.4電炊具

通過現場勘察，校園內目前廚房使用的是燃氣雙頭炒鍋灶，存在能源成本高、熱效率低、不環保等問題。擬采用電炒鍋取代液化氣灶具，以滿足炒菜之用。

2.改造技術

2.1LED+智能控制改造

2.1.1照明燈具改造

1）對主控樓大廳及教學區域做智能照明控制替換；

2）實現大廳及教學照明學習場景的一鍵式調用；

3）其它辦公、宿舍、活動室等區域做燈具節能替換；

4）樓梯及走道區域照明用自動微波感應式吸頂燈具進行替換，做到人來亮燈、人走燈滅的效果。

2.1.2教學區域照明智能控制

1）大廳分為中間區域，可以對兩路燈具分別做開關、調光控制；

2）教學區域的面板燈分別做單路控制，用于開關、調光控制；

3）LED燈具相比傳統燈具先天具有節電、壽命長、維護頻次、更換率遠低于傳統燈具，降低維護費用；

4）智慧控制系統能夠根據現場活動狀況合理的調節燈具開關、根據現場調節燈具亮度，在LED燈具節能的基礎上再次做到二次有效節能。

2.2分布式空調柔性控制

辦公區、教室、宿舍等分散式空調調控系統架構如下圖所示，主要包括終端設備層、現場無線組網層以及數據遠程層：

對每臺單相或三相的分散性空調插座進行更換改造，換成單相或三相智能插座。每臺智能插座與無線路由器通過433MHz-470MHz的小功率無線通信組網，實現整個用戶現場級的分散性空調管控。

2.3蓄熱式電鍋爐改造

以園區內現有教職工、學生約3500人為例，則需要解決人員的日常生活用熱水以及食堂用熱水，按照每人每天100L熱水需求配置，每天所需生活熱水約為350000L，加上食堂用熱水，每天需要熱水約為400000L。擬利用多臺蓄熱熱水鍋爐GNCB50-2000，蓄熱鍋爐功率50kW、凈水容積2噸的蓄熱式電熱熱水爐，充分利用夜間低谷電蓄熱功能，夜間將蓄熱水箱內的水加熱到60℃，白天用恒壓水泵輸送至食堂及淋浴管網。設備主要特特點：①維護量特低，不需要專門司爐人員，一般由單位電工代為管理，不需要備用鍋爐，減低投入費用。②每根電熱管10kw，即使損壞1～2根電熱管的控制電器，不影響正常使用。電熱管一般可以使用十年以上。

燃氣鍋爐一般需要備用一臺，燃燒機故障會導致用戶徹底沒有熱水，燃氣鍋爐隨時間推移，結碳等原因，使設備效率越來越低。而電熱鍋爐良好的保溫技術使整個系統非常經濟。

2.4電炊具

燃氣雙頭炒鍋灶改造∶

方案一：擬利用2臺臺式平爐（額定功率5kW）與2臺臺式凹爐（額定功率5kW）對原有的2臺燃氣雙頭炒鍋灶進行替換改造，電源、排煙、櫥柜不需要改動。設備特點：①單相電輸入寬電壓工作，額定功率5KW；②5檔火力控制，具有1檔保溫功能；③采用明火仿真控制技術，拋鍋持續功率輸出，拋鍋高度60～80mm；④全不銹外殼，專利結構設計，安全可靠；⑤采用TOP開關電源供電，功耗低輸出功率大，功率輸出持續穩定；⑥特有鍋具干燒保護，防止鍋具干燒著火并保護設備可靠運行；⑦控制系統自我診斷程序，多重保護及故障提醒功能；⑧三防結構設計，防水等級達IPX3。

方案二：擬利用1臺電磁雙頭大鍋灶（額定功率40KW）對原有2臺燃氣雙頭炒鍋灶進行替換改造，但電源、排煙、櫥柜需要改動。設備特點：①國際專利明火仿真技術，能根據鍋具材質、移動速度、溫度、位置調整輸出，達到最佳火力，真正實現拋鍋；②火力輸出熱值高，加熱均勻、加熱面積大；③ADD磁電引擎，數字驅動、多級防護，適用各種廚房環境，確保設備安全可靠；④喇叭形隧道散熱風道設計散熱快、避免油煙侵蝕電路；⑤PPS“齒”形線盤組件，磁場分布均勻、發熱損耗小、不偏火、不燒線盤；；⑥數碼管顯示、直觀顯示當前工作狀態下的火力強度；⑦一體成型臺面，IPX5標準防水設計，四面可直接噴淋；⑧全不銹鋼制作，堅固耐用；⑨三防結構，防水、防油煙、防蟲。⑩合金材質火力調節把手，人機工程學設計，硅膠防滑墊，檔位清晰手感好。

3.能效比

3.1LED+智能控制效益分析

通過2.1燈具替換與智能控制方案（配以智能調光、智能開關等控制系統可以進一步的達到節能效果，可實現二次節能達到30%），總的節能效果約60%。以每天平均亮燈6小時，一年亮燈220天計算：每年一個教室可節約近1800多度。

3.2分布式柔性空調控制

項目實施后，可將園區內所有分散式空調納入調控。據測算，電力高峰時，通過電力公司需求響應主站，實現空調的遠程軟啟停、溫度遠程設定等，削減高峰負荷。同時，主站可以實現空調運行的實時功率、電能、溫度的監測。通過這些數據可以進行數據的統計與分析、用能診斷、空調設備管理等服務。

3.3蓄熱式電鍋爐效益分析

園區每天需要的熱水為2噸，溫度為65℃，設定鍋爐初始進水溫度為5℃，需要的加熱量為12萬大卡，如果采用燃氣和低谷電加熱進行比較則產生費用如下：

使用電能：產生12×104KcaL的熱量（即12萬大卡的熱量，1大卡=4.186千焦，1度電=1千瓦*時，則1大卡需要4.186÷3.6=11.6j/ s），需要12×11.6=139.2度電能，按江蘇省低谷電價0.389元/度，共需要0.389×139.2=54元/天。由上計算可以得出：熱水冬天使用環境，2噸熱水使用費用為54元，一年按220天計算，年費用11880元。

使用天然氣：12萬大卡的熱量，按國家發布，每標準立方天然氣熱值8000kcaL/Nm3（實際低于此值），則每天需要12÷0.8=15Nm3的天然氣，燃氣熱水鍋爐一般熱效率在80%，則產生同等熱量需要天然氣數15÷80%=18.8Nm3。按江蘇經營天然氣價格5.2元/Nm3計算（不同地方價格不一樣），則用戶每天需要18.8×5.2=97.8元。（未計算燃燒器及循環泵系統所用的商業高電價），一年按220天計算，年費用21516元。

通過對比，使用蓄熱式電鍋爐后年可節約9636元。

3.4電炊具改造效益分析

以每天做飯需要用時5小時計算，每臺燃氣灶一小時需用2m3天然氣，天然氣4元/m3，單臺設備每天所需費用2*4*5=40元，4臺燃氣爐合計費用40*4=160元。

方案一：每臺臺式爐一小時需用5度電，電價以0.8元/度計算，一年使用220天計算，單臺設備每天所需費用5*0.8*5=20元，4臺臺式爐每天所需費用20*4=80元。

通過對比，使用臺式爐比燃氣灶每天可節省80元，年可節約17600元。

方案二：電磁雙頭大鍋灶一小時需用40度電，電價以0.8元/度計算，滿負荷功率所需費用40*0.8*5=140元，由于電磁爐在正常使用拋鍋盛菜時會自動降低功率，實際只需75%負載，所以實際消耗費用為120元。

通過對比，使用電磁雙頭大鍋灶比燃氣灶每天可節省40元，年可節約8800元。

4.總結

本著積極落實國家節能減排政策，促進節能減排，積極推動電能替代，促進校園綠色能源使用，本文從照明區、教學區以及功能區三大方面著手考慮，針對“綠色校園”改造分別從LED+智能控制、分布式空調柔性控制、蓄熱式電鍋爐、電炊具等技術進行了研究與分析，改造結果對比發現節能減排效果顯著，符合節能減排要求。望此內容能達到推動校園節能的目的，同時也能更好的呵護關愛教職工、學生的健康。