高校校園降碳節能改造項目分析

0 背景

目前，高校校園的教學工作和學生生活使用大量的電、冷、熱、熱水等能源產品，是重點的能源消費單位。隨著時間推移，一類老校區存在著綜合能耗高、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能改造項目為例，進行全面的設計和分析，以體現低碳節能改造的多方面效益

。

校園地點位于北方遼寧某區域，具備教學、住宿、食堂、辦公等場景，是重要的學習場所和文化展示窗口，本次擬在該校園進行低碳節能改造，以解決校園現有用能難點。

校園目前有6棟建筑單體，其中5棟建筑單體（除物業用房外），均采取空調風機盤管采暖制冷，采暖熱源采用燃氣鍋爐，制冷冷源采用冷水機組。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。校園用電價格為0.51元/kWh，水價3.83元/kWh，天然氣價格為3.4元/kWh。

校園有室外停車場及地下人防停車場共計約140個車位，均未進行充電樁及光儲充一體化車棚項目建設。室外照明區域已完成LED改造，辦公區域熒光燈、學員宿舍走廊筒燈、大堂燈帶等處均未進行LED改造。全校區也未進行能耗數據檢測和能源管理。

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，砂質泥巖的彈性模量在6.0～13.1 GPa，平均值9.53 GPa， 粉砂巖(細砂巖)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-節能-高效”的理念。

確定了以打造校園低碳節能綜合智慧能源示范為目標，堅持減碳優先，高效智慧發展，從能源供給側和用戶側的實處落腳，實現減碳增效。

1 低碳節能改造技術方案

基于前述問題進行方案理念和技術路徑梳理，后進行詳細方案設計。

1.1 方案理念

根據校園的能耗數據分析和能源設施建設需求，對校園用能情況進行用能診斷和問題分析，總結為兩個方面存在的問題：一是基礎能源存在使用問題；二是示范引領元素不夠完善（見表1）。

1.2 儀器和試劑 全自動洗板機和酶標分析儀均購自深圳市匯松科技發展有限公司，ELISA試劑購自珠海經濟特區海泰生物制藥有限公司。

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

其中，FPPF，i和 FRef，i分別是 PPF 算法和所參考的CDF曲線上的值。參數N是在特定時間間隔內從CDF的范圍中選取的定點數量。

節能：公寓、綜合樓、辦公供能系統智能化，儲能削峰填谷，能源數據智能管理，實現源、網、荷、儲協同節能。

高效：高效太陽能集熱器+空氣源熱泵+電輔熱實現熱水、冷熱高效轉化利用，同時深化落實冷機、配電設備節能提效。

碳排放因子=碳含量×碳氧化率×44/12 kg/kWh

1.2 技術路徑

從電、冷、熱、熱水四方面的需求端入手考慮，供電方面主要設計以“分布式光伏+光伏走廊+景觀風電+綠證清潔電力”為技術路徑，所發電量滿足校園辦公用電和制冷、供熱系統用電，部分用電需求由綠色市電供應，實現零碳排放。供冷方面主要設計以“高效離心式冷水機組+螺桿式冷水機組+蓄能水罐+流量溫度檢測控制系統”為技術路徑，以滿足校園辦公的冷負荷需求，流量溫度測點實現遠程監控。供熱方面主要設計以“超低溫型空氣源熱泵+電輔熱+蓄能水罐+燃氣鍋爐備用”為技術路徑，實現供熱系統滿足校園辦公的熱負荷需求，同時降低取暖成本，實現末端電能替代。熱水方面主要設計以“高效太陽能集熱器+超低溫型空氣源熱泵+電輔熱+蓄能水罐”為技術路徑，實現熱水系統滿足公寓、辦公的熱水需求，技術路徑詳見圖2。

1.3 方案設計

擬采用電能替代實現零碳供能，原冷熱系統裝機方案詳見表2，改造后冷熱系統裝機方案詳見表3。

隨著教育現代化的大力推進，雖然大部分學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用產出這一矛盾普遍存在，我校也不例外。究其原因，筆者認為與當前學校師生的信息技術應用能力整體偏弱有很大關系。于是，近幾年我校在師生信息技術應用能力提升方面開展了一系列有益的嘗試。

針對校區供冷供暖效果不佳、能耗較高、運行管理粗放問題，充分考慮投資回收期、年運行成本等因素，本次改造采用AloT技術，將傳感器主要應用于供回水管網及回路末端，針對起到關鍵的參數監測、數據采集及控制、傳輸發揮作用，通過軟件及平臺的控制，將有效提升供能效果，同時實現系統數字化、智慧化管理升級。

5）太陽能分類垃圾箱

擬在#1、#2、#3學生公寓及教學樓屋頂空余區域擴建分布式光伏約280 kWp，組件采用540高效光伏組件和部分貼合式柔性組件。二期項目綜合樓屋頂區域擬建設分布式光伏200 kWp，組件采用540高效光伏組件和部分貼合式柔性組件。

初次監測后，連續墻底端被鎖定，但實際情況是連續墻嵌固端的嵌固力不足，底端向基坑內產生了一定量的位移，因而應將變形時程曲線向基坑內平移一定量進行變形分析。按此分析連續墻向基坑內的位移量實際大于目前的監測值。

此外，BIPV是光伏與建筑的結合，擬于學員公寓和教學樓之間設計連廊一體化光伏，鋪設50~60 m

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

為實現低碳供能，項目采用接入高比例清潔綠電的供能方式。在能源站外側（空地）設置太陽能集熱器+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運行效率，提高綠色能源利用率，有效降低供暖使用成本。

本次校園設計的所有電力為清潔綠色電力，真正實現低碳能源，即優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光電站的綠電。

項目案例在基礎配套設施方面采用以下5項措施，以提升校園品質：

1）光儲充一體化系統

會長，張福鎖院士親臨現場，解析作物中微量元素營養的重要性。他在報告中指出，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鍵，特別是鎂元素，不僅作物需要，對于人類的健康也至關重要。進而通過郭延亮博士的介紹，在座經銷商認識到鎂肥的重要作用以及美好的發展前景，購買肥料本質上就是在購買養分，而養分并非只有氮磷鉀，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”產品，產品創新的亮點和差異性為經銷商增加市場競爭力。

就消解國內矛盾而言，老子主要是以危機意識使統治者合理認識并處理君民關系。 這是其“民本”思想的主旨，是一種立足現實社會關系的“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系中才能夠最終確立自己的存在形態，侯王有必要以“無為”的方式進行自我節制，保證民眾的主體性。[10] 在更深的層面上，老子明確了統治者的權力是通過民眾的集中和給予民眾以指向而實現，那么權力也會因為民眾的背棄而瓦解。 老子以一種危機意識切合權力的構成與瓦解，擁有與消散的辯證關系，對統治者不合于“道”的行為作出一個消極結果的必然推斷，以此進行警告性的約束。 例如：

1) 在海運里程方面，東北航線較北極—蘇伊士航線節省了46%；在全年航次數量方面，東北航線增加1.5～2.0個航次；在單位航次成本方面，除輕冰夏秋環境外，東北航線成本均偏高；在必要運費率方面，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車棚光伏發電系統，同時安裝1個120 kW雙槍快充，2個7 kW慢充,方便園區及來訪的電動車。配置10 kWh儲能系統，提高光伏就地消納率，兼作應急電源。

2）分散式景觀風電系統

項目擬沿主干道路、風景點布置2臺1 kW垂直軸風力發電機，用于點綴，給園區增添外在科技元素、藝術元素。高層建筑布置垂直軸風力發電系統，提高綠電比。景觀風電為垂直軸結構且容量較小，具有投資低、震動小、噪音小的優點

。

3）智慧路燈綠色智慧化工程

項目擬沿道路安裝2臺智慧路燈，智慧路燈的光照強度可根據環境亮度而調節變化，依托路燈燈架將配置視頻監控、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，只把背誦任務留給早讀，往往在任務驅動中讓背誦成為死記硬背，如果不能及時復習鞏固，“艾賓浩斯曲線”告訴我們，背誦內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，將背誦融入課堂教學的一部分。一位教師在教學《絕句（兩個黃鸝鳴翠柳）》中，在多種形式感悟情境、朗讀詩句的基礎上，出示引導背誦PPT：

在校園操場增設2臺光伏智能座椅，光伏智能座椅的太陽能板的發電系統功率為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。

在教學樓和食堂兩端增設2個分類垃圾箱，方便餐后分類處置垃圾，同時也可解決往返教學樓、食堂過程中垃圾無處丟置情況。

項目案例依托校園能源站建設綜合智慧能源管控平臺，該綜合能源管理系統是以大數據、物聯網、人工智能、區塊鏈等先進技術為支撐的大型開放式能源管理服務平臺，具有可擴展性和高可用性。系統采用分層分布式結構，借助云數據中心，對“感知”來的電、熱、冷、水等多種能源生產、輸送、消費的各類信息進行智能處理，對能源站設置分項和總量碳排放計算，并對整個能源系統進行監控和管理，實現校園數據的有效示范和先進展示。

2 綜合效益分析

2.1 環境效益分析

本項目案例的實施能夠切實貫徹響應“雙碳”目標和愿景，提高能源品質，實現能源需求、經濟發展、環境生態的有機平衡，減少CO

等污染物排放，對提升整體生態環境有積極意義。

為量化本項目案例中各能源系統的碳排放，本文引入冷熱源碳排放因子和碳排放強度，采用二次能源冷、熱計量分析的方法，相較于傳統一次能源天然氣、電力的碳減排分析更為精準，實現數據過程可視化，碳排放因子即能源消耗量與CO

排放相對應的系數，可通過下式計算

：

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，專業化能源管理，打造零碳樣板。

基于“綠色-智慧-低碳-節能-高效”規劃理念，在校園項目范圍內，整體層面采用以下8種技術元素（見圖1）。

2.3 SAP10-2檢測異常的區域與位點 表3示21位10-2SAP異常的PPG患者視野缺損主要出現在上半側和上方區域（分區方法見圖1［2］），與健康對照組差異有統計學意義，其他區域差異無統計學意義。

冷熱源系統的碳排放強度采用式（1）進行計算：

綠色：光伏、風電、光儲充系統、電動汽車，深化能源清潔高效利用，提高生態系統碳匯能力，助力實現“雙碳”目標和愿景。

式中，

F

為冷熱源系統（或機組）碳排放強度，kg/kWh；

F

為區域電網平均碳排放因子，kg/kWh；COP為冷熱源系統（或機組）性能系數。

燃氣鍋爐的碳排放強度采用式（2）進行計算：

式中，

F

為天然氣鍋爐碳排放強度，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“維揚勝地”條，轉引自陳從周《中國園林》，廣東旅游出版社1996年版，第108頁。

其中，遼寧地區電網平均碳排放因子為0.803 4 kg/kWh。

充分運用行業資源，拓展培訓領域、創新培訓方式、優化培訓質量，為行業及社會提供全方位的安全生產、特種作業等管理培訓，著力建設有行業特色的安全管理培訓體系。

原有供能系統采用燃氣鍋爐供熱及供熱水，其碳排放強度為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），其實際折算碳排放強度為0.203 kg/kWh，比原有能源系統低0.019。供冷設備改造前后均為冷水機組(COP按5.0考慮)，改造前供冷碳排放強度為0.169 7 kg/kWh，改造后由于采用光伏供應部分電量，供冷碳排放強度為0.126 9 kg/kWh。項目實施后減碳效果明顯，環境效益明顯提升。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長期不間斷的工作，所以要把這項工作納入考核體系。如：前期對業務員的考核是建立一家終端客戶檔案表獎勵多少錢；隨著終端客戶檔案家數的健全，后期對業務員的考核是終端客戶檔案表信息填寫正確無誤并及時更新的一家獎勵多少錢，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 經濟效益分析

項目案例校方總投資共計1 053萬元，實施帶來的經濟效益包括：空調系統及熱水系統年均節能費用125萬元；光伏及新能源系統年均節省電費收益19萬元；綜合智慧能源控制及服務平臺及展示收益年均約8.2萬元；年均節能經濟總收益152.2萬元。各具體細項詳見表5，改造前后成本比較詳見圖3至圖5。

綜上，業主投資1 053萬元，每年節省152.2萬元，投資回收期為6.9年。項目若以外部投資方參與，采用8∶2比例節能收益分享型合同能源管理，仍然有11.8%的資本金內部收益率，改造后能源站經濟性明顯（見表6）。

3 結論及建議

本文以校園低碳節能改造項目為例，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設施問題，并提出可行的改造方案，踐行“雙碳”目標和愿景，構建“綠色-智慧-零碳-節能-高效”綜合智慧能源體系。本文創新利用二次能源碳排計算方法，計算出節能改造措施帶來的減碳效益及經濟效益。減碳效益方面項目對比改造前直接減碳696.9 t，經濟效益方面年均節能經濟總收益152.2萬元，整體能效較高且具備規模經濟效應，彰顯節能改造帶來的雙重收益，建議更多的高校推廣和復制應用此類低碳改造技術和項目的建設。

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

［2］李爭，高培峰，孫甜甜，薛增濤，王群京.分布式能源系統垂直軸風機特性的數值模擬與分析［J］.電工技術學報.

［3］衣健光.碳約束下空調冷熱源系統選擇思路與探討［J］.暖通空調.