适用于高校的节能减排技术.pdf
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适用于高校校园的节能技术 河北工业大学能源与环境工程学院 天津市建筑供能技术工程中心 刘联胜 2018/1/24/Wed 1 目 录 一、高校节能工作的必要性 二、高校节能工作发展现状 三、适用于高校校园的节能技术 四、关于校园节能的几点建议 2018/1/24/Wed 2 “绿水青山就是金山银山” “既要绿水青山，也要金山银山” —习近平 重视和加强节能减排工作和环境保 护工作，才能维持可持续发展。 2018/1/24/Wed 3 任何一所大学，其校 园风景均有可圈可点之 处！ 所谓大学者，非谓 有大楼之谓也，有大师 之谓也！—梅贻琦 “加快一流大学和一流 学科建设，实现高等教育 内涵式发展。” “培养什么样的人、如 何培养人、为谁培养 人？” 节能是高等学校内涵 发展的基础工作之一，有 助于潜移默化地培养了解 和理解“节能减排是基本 国策”的大学生。 2018/1/24/Wed 4 一、高校节能工作的必要性 1、“节约资源是我 国的基本国策。国家实 施节约与开发并举、把 节约放在首位的能源发 展战略”— 《中华人 民共和国节约能源法》 所谓节能，是指加强用能管 理，采取技术上可行、经济上合 理以及环境和社会可以承受的措 施，从能源生产到消费的各个环 节，降低消耗、减少损失和污染 物排放、制止浪费，有效、合理 地利用能源。 2、节能是降低高校 基础运行成本的重要途 径。 模块化燃气锅炉替代燃煤锅 炉，运行成本降低60%；使用LED 配合声光控，节电50%；生活用 水回收和循环利用，有效降低水 资源消费总量。—安徽工业大学 2018/1/24/Wed 5 3、节能工作的全面实施，有助于提高大学生的节 能减排意识，助推高等学校的内涵发展。 （1）节能减排是高等学 校内涵发展的内容之一 哈佛大学-节能减排的表率 2011-2016年，针对全校楼宇实 施1300余项节能减排措施；投入 1200万美元作为绿色循环基金，每 年节约能源成本540万美元。 资助学生项目45个，发动学生为 复杂的校园能源问题制定解决方案 （典型案例是RIAS楼宇的地热供暖 与制冷系统设计），推动哈佛大学 的可持续发展。 产学合作、协同育人 2018/1/24/Wed （2）在校学生对高校节能工作 现状具有切身的体会和认识，并 直接影响其节能减排意识的培养 全国大学生节能减排大赛获奖作品 《高校分类用电的节能减排方案研究》-北京交 通大学 《教室节能智能控制系统》-华中科技大学 《学生宿舍废水再利用系统》-河海大学 《大学生节水心理意识调研及解决方案》—北京 科技大学 《光电冷热一体化的太阳能利用技术研究》—哈 尔滨工业大学 《基于温差发电的废热利用投影仪散热系统》— 上海交通大学 《空气源热泵结合小温差换热末端的南方冬季采 6 暖系统》—上海交通大学 二、高校节能工作发展现状 高等学校主要围绕电、水、热、冷开展节能工作。主要 方法包括：（1）通过技术改造或技术提升，提高能源使用效 率；（2）推进能源使用的替代方法，提高太阳能、地热能、 空气能等可再生能源（绿色能源）的比重；（3）通过倡导行 为节能，降低能源需求和能源消耗。 （一）节电工作现状 1、电机节能技术 2018/1/24/Wed A、高效电机：平均效率>87%（国际先 进水平为92%），能耗降低20%~30% B、变频器：通过改变电机工作频率来 控制交流电动机的转速，具有过流、过 压、过载保护等功能 。在泵、风机（锅 炉、中央空调）等负荷变化较大的设备 7 上，节电率>30% 2、照明节能技术 A、LED灯：白光LED能耗仅为白炽灯的 1/10、节能灯的1/4。解决散热问题后，其寿 命可达8万小时 。（绿色照明） 沃尔玛使用LED照明每年可节电100万度 B、声光控照明灯：宿舍楼、教学楼 楼道使用声光控照明灯，节电50% C、路灯管理系统：分时段控制照 度、亮灯时间或亮灯数量。节电效 果显著。 D、可再生能源路灯或景观灯：能 源替代 2018/1/24/Wed 8 3、其它节电技术 A、校园用电管理系统：集中监控、计量、 一卡通付费等多种功能，主要促进了用电 管理工作、具有一定的节电效应。 B、智能插座：具有可编程功能的插座， 可根据用电设备的使用情况定时开通或 关闭，可遥控，具有一定的节电效果。 C、行为节能：随手关灯、适当提高房 间制冷温度、手洗衣服、少用电梯、关 闭闲置的打印机、下班拔掉插头等等 2018/1/24/Wed 9 （二）节水工作现状 1、生活节水 A、节水龙头：各式各样的节水龙头， 遍布教学楼、学生宿舍、以及其他公共 场所，节水效果显著 B、洗浴用水量化管理系统：对洗浴用 水进行计量收费，减少无谓的浪费 2、中水回用 A、污水处理和中水回用：结合常 规生活污水处理技术，将中水用于 校园绿化或景观；或直接将高处的 生活污水用于地处厕所冲洗 华侨大学厦门校区 2018/1/24/Wed 沈阳建筑大学稻田校区 B、雨水收集回用：收集雨水用于绿化 10 或景观 （三）供热供冷节能工作现状 1、冷凝式燃气锅炉 Q1 100% Qdw 低位发热量， 是指烟气中水蒸 气不凝结情况下 燃料燃烧所释放 的热量。 79 79 CH 4 2 O2 N 2 CO2 2 H 2O 2 N 2 21 21 2018/1/24/Wed 高位发热量， 在低位发热量的 基础上，增加了 烟气中水蒸气冷 凝释放的那部分 11 热量 2、热网调控 A、在热力管道上安装自力 式平衡阀：对于流量相对稳定 的质调节系统，可在一定程度 上降低循环水泵电耗。但不适 用于量调节的管网系统。 B、换热站：高校供热面积多在百万平米 以上，根据建筑功能和建筑供热特点，建设 二次换热站，可有效解决热网的热力不平衡 问题，并有助于实现供热节能。 C、分时段调控：在换热站基础上，以人 工或自动控制手段，对教学楼、实验楼、办 公楼等公共区域进行分时段调控，非工作时 间低温运行，可显著降低供热能耗。 2018/1/24/Wed 12 3、可再生能源供热、供冷 A、土壤源热泵：以土壤作为热源或冷源，利 用少量电能驱动热泵机组，将低品位热能转变为 高品位热能，冬季为室内供热、夏季为室内供 冷，其COP在3.0-4.0。30米以下土壤温度相对稳 定，较全年平均温度高2-3度。 2018/1/24/Wed B、水源热泵：以水作为热源或冷源，利用少量 电能驱动热泵机组，将低品位热能转变为高品位 热能，为室内供热或供冷。水温对COP影响显著。 C、空气源热泵：以空气作为冷热源，环境温度 对COP影响显著。 13 三、适用于高校校园的节能技术 （一）智慧热网技术—工大科雅 基于物联网的智慧热网技术，通过节 能监控平台，对热源、换热站、管网、 以及终端热用户进行全网数据信息覆盖， 从而实现整个供热系统的过程管理和运 行管理。 工大科雅的基于供热热计量系统的 智慧热网供热节能技术，以智慧热网节 能监控平台为核心，以热计量系统、换 热站自动控制系统、公共建筑供热自动 控制系统为基础，来实现供热一次网、 二次网的均衡输送，末端热用户按需供 热。 2018/1/24/Wed 14 智慧热网技术既可以 实现整个热网的自动化、 智能化运行调控，也可以 实时监测热网热能消耗情 况、或某一楼栋供热数据 和所有网热用户供暖质 量。 另外，该平台具有区 域内热网运行参数信息处 理、供热能力动态分析和 预警、气候关联趋势分 析、投诉处理、供热效果 评价等功能。 目前在石家庄、长春、 乌鲁木齐、北京等220家供 热单位应用，供热面积2亿 2018/1/24/Wed 平米。 15 河北工业大学智慧供热技术节能示范工程 建设内容：包括智慧热网调度监控平台一个，燃气锅炉房自控系统一套， 换热站自控系统五套，36栋公共建筑（92个热力入口）分时分温节能控制 系统、一次网混水直供系统、二次网混水系统，48栋教师公寓（1474户） 的供热计量温控一体化系统，以及校园智慧热网网络传输专用系统一套。 烟气余热回收装置 （采用二网回水、冷 源充足、温度低、回 收效率高） 2018/1/24/Wed 公建楼前混水系统 公建节能控制系统 无线组网室温采 集装置 16 调度监控平台 为学校的供热运行管理提供了全局化视图与智能化工具，优化和提升 了供热系统的运行管理，推进了热网运行安全和能源合理应用。 2018/1/24/Wed 17 教学区和综合办公区 17栋建筑，建筑总面积14.3 万平米，安装185个无线室 温采集装置。夜间非工作时 段保持低温10℃运行；工作 时段通过换热站的气候补偿 分时分温节能控制系统 控制策略自动运行。 远程在线调节各楼栋热 力入口的水力平衡，缓解水 力失调和热力失调现象；在 满足各热力入口流量的前提 下，最大幅度的节省泵耗。 总投资920万，单位面积 2018/1/24/Wed 投资15.9元。 18 运行策略和节能效果—以 教学区和综合办公区14.3万建筑为例 1、非寒假三个月 夜间22点至凌晨6点采用低温运行模式（室温保持10℃），其 它时间通过气候补偿实现自动控制。相对于原供热模式，每平米 节能收益为1.89元。（根据2017年11月15日至2018年1月15日运 行数据计算） 2、寒假一个月 教学区和综合办公区计划采用24小时低温运行模式，则每平米 节能收益约为5.67元。 3、综上，该区域整个采暖季的节能收益约为108万元,两年回 收投资。 校园内其它建筑包括大学生活动中心、体育馆、学生 宿舍、食堂、浴室、校医院、教师公寓等的节能效果尚 未进行统计分析。 2018/1/24/Wed 19 （二）太阳能跨季节储热耦合土壤源热泵技术 土壤源热泵系统：在建筑冬季需热量和夏季 需冷量相对平衡的情况下，土壤源热泵可维持较高 的COP。 对于需冷量大于需热量的建筑，需建设冷却塔 系统；对于需热量远大于需冷量的建筑，则需要借 助太阳能、锅炉、电加热等进行辅助加热。否则易 于导致土壤温度失衡。 温度传感器 缓 冲 水 箱 图例： 手动阀 热量表 风 机 盘 管 电动阀 循环水泵 温度传感器 压力表 过滤器 阀2 温度传感器 压力表 循环水泵1 过滤器 2018/1/24/Wed 埋 地 换 热 器 温度传感器 热量表1 阀 热 泵 机 组 压力表 热量表2 循环水泵2 过滤器 20 节能楼建筑面积4953.4 平米，建筑高度22米，地上4层，朝向为南北向偏 东21度，两个相互独立的地埋管群。其中，土壤源热泵地埋井66口（双U型 管）、深度120米；太阳能辅助系统太阳能集热器面积280平米，地埋管井25 口、深度50米。单位面积投资约400元。 技术特点：（1）利用太阳能做为补充热 源，有效解决了土壤源热泵因建筑冷热需 求不均而导致的土壤热失衡问题。（2） 实现了太阳能的跨季节储热和利用。 （3）土壤源热泵和太阳能跨季节储热独 立地埋管群设计，有利于系统的运行控 制，尤其是夏季，一个地埋管群用于土壤 源热泵供冷时的排热，一个用于太阳能的 跨季节储热，不会造成排热和储热相互冲 突。 2018/1/24/Wed 21 运行策略和节能效果 合理的运行策略和运行管理是保证土壤源热泵系统稳定、高效运行 的关键。运行之初，土壤初始地温14.1℃；2012年因过度取热导致地温降 低至11.9 ℃ ；2013-2015年通过优化运行模式，使地温恢复至14.2℃左右。 2016年，在供热初期和末期，通过提高太阳能辅助系统的利用率、降低 地源热泵的取热量，土壤温度持续提高至16℃左右，系统全年能效比逐 年提高。 22.00 换热井 测温井 20.00 温度（℃） 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 时间 2018/1/24/Wed 8 /2 8 /2 20 17 /7 8 /2 20 17 /1 8 /2 20 16 /7 8 /2 20 16 /1 8 /2 20 15 /7 8 /2 20 15 /1 8 /2 20 14 /7 8 /2 20 14 /1 8 /2 20 13 /7 /2 20 12 /7 20 13 /1 8 8.00 22 统计数据说明：（1）尽管建筑供冷、供热量每年有所不同，但系统 能效逐年提高；（2）运行成本与供热、供冷量直接相关，冬季供热平均 成本9.2元/平米（城市集中供热收费标准25元/平米），夏季供冷成本4.7 元/平米（供冷收费标准40元/平米） 2018/1/24/Wed 23 （三）风冷式热泵机组喷雾冷却技术 风冷式热泵机组：其制冷性能系数受环境温 度影响显著。环境温度越高、COP越低、耗电量越 大；极端情况下，机组会出现启动困难、频繁跳机 现象。 喷雾冷却 2018/1/24/Wed 24 节能效果：环境温度35度时，制冷性能 系数提高15%左右；43度时，提高25%左右； 48度时，提高30%以上。 格瑞德风冷机组喷雾冷却测试 日本第一高楼阿倍野上安装的 喷雾冷却系统 2018/1/24/Wed 25 四、关于校园节能的几点建议 1、节电仍有潜力 2018/1/24/Wed 教室照明自动控制：根据室内学生数或学 生分布情况，控制照明度或照明灯数 26 2、雨水收集和利用 耶鲁大学 台湾彰化师范大学 因地 制宜 合理 规划 美国德勤大学 2018/1/24/Wed 墨尔本理工大学 27 3、可再生能源利用（能源替代）势在必行，且收效显著 （1） 屋顶光热、光伏 合同 能源 管理 2018/1/24/Wed 28 （2）人工湖水源热泵 2018/1/24/Wed 29 谢 谢！ 2018/1/24/Wed 30