綠色大學綜合節能系統

張艷玲

[摘要]綠色大學是在日益嚴重的環境問題的背景下生態文明和社會可持續發展理念之于校園的必然結果。高校作為國家軟實力建設的主體，生態現代化文化的傳承體和創新體，具有巨大的人文社會價值。積極探索和深化高校能源改革、構建綠色大學是一項迫切的任務。本文以山東協和學院的面板數據作為數據依據，設計出一套綠色大學的綜合節能系統模型，并提出了將模型融入到指標檢測中的新的模式，從而達到了對校區整個節能系統進行準確持續的動態評估及改善的目的。實踐表明，該模型能夠有效的提升能源利用效率和改良局域氣候環境，具有重要的應用意義。

[關鍵詞]綠色大學；建筑模型；能源優化

20世紀末，面對“全球日益嚴重的環境問題以及全球性“綠色運動”的廣泛展開，高等教育機構、特別是大學在全球、區域和國家環境保護和可持續發展中應承擔什么職責？這樣的問題，綠色大學的概念應運而生。綠色大學是指在學校辦學及校園設施建設、運營管理中遵循科學發展觀，充分體現節能、節水、節地、節材、環境保護建設及運營、發展循環經濟的管理思路和節約教育理念，形成良好節約型校園文化的校園。“綠色大學”，顧名思義，綠色的大學，但這里的“綠色”指代“可持續”，即可持續發展的大學。在能源環境問題日益嚴峻的今天，“綠色大學”被賦予了更豐富的內涵，從總體的要求看，在綠色大學當中，不僅要有足夠的環境教育教學資源，開設環境科學、環境保護和可持續發展等課程，對學生進行熱愛自然、保護環境和節約資源的教育，也不僅是校園綠化和改變生活方式，綠色大學更是一種大學模式或辦學方式的轉變，包括辦學理念、教學目標、教學內容、教學方法和思維方式等一系列的轉變，是一種系統的大學綠色教育。

綠色大學與傳統大學不同，基本職能是培養具有環境（保護）和可持續發展意識與具有可持續發展社會建設能力的人才，為社會可持續發展提供智力支持。綠色大學轉變了傳統大學的辦學思想與理念，將環境保護和可持續發展納入到辦學目標中，同時也轉變了傳統的人才培養目標和模式。

目前大力推進的“綠色大學”建設，成為名副其實的綠色校園建設，我國許多高校正紛紛開展建設節約型校園的工作，積極創建“綠色大學”，為此，低碳節約成為其在校園建設、管理、科研等方面秉承的重要理念。為此，我們以山東協和學院的面板數據研究并分析了分布式能耗影響的門檻效應，設計出一套相應的綠色大學的綜合節能系統模型，并提出將模型融入到指標檢測中，從而對校區系統重要性進行準確持續的動態評估改善。

1.高校能源現狀和模型構建

1.1高校能耗現狀

在當前能源緊張，國際金融危機對實體經濟帶來沖擊的大背景、大環境下，高校理應成為推動資源節約型、環境友好型社會建設的重要力量。高校校園擁有大量的建筑存量，是社會組成的一部分，也是社會能耗的大戶。我國大學數量近2000余所，在校生人數達2300多萬，占全國人口的4.4%，消費著社會總能源的8%：根據住房和城鄉建設部門的有關統計，高校的用能用水不但總量大，種類多，而且人均能耗也很高。在統計的全國45所高校中人均年用水量是145.2噸，是全國人均生活用水量的1.95倍，45所高校中人均年能耗量是0.775噸標準煤，是全國人均用能的4.32倍，從這些數據可以看出，高校人均年能耗特別高。也能夠看出大學校園蘊藏著的巨大的節能潛力。高校不僅是水、電、氣等能源的消耗大戶，同時也是節能技術研究開發的重要基地，在國家建設資源節約型和環境友好型社會中，責任很大，任務也很重。近年來，全國各高校在建設節約型校園方面做了許多積極的探索，也積累了許多很好的經驗，取得了一定的成效，但與我國建設節約型社會的指標相比，有很大的差距，高校能源消費方面存在的浪費現象很普遍，節約用水、節約用電、節約用氣的潛力非常大。而校園設施量大面廣，基礎數據嚴重缺失，能源管理水平低，嚴重制約著校園節能工作深入持久地開展。

1.2綠色大學綜合節能系統模型

在整個實驗中，我們采用的是山東協和學院的面板數據，郭店校區作為大型公共建筑的重要組成部分之一，其特點是占地面積大，建筑物種類及數量多，搞好能源管理工作，對大學能源進行優化利用，對達到能源動態平衡和優化利用，節約能源，提高能源利用效率，有重要意義。

大學校園能源系統是一個具有中、長期能源的需求系統，大學校園能源系統結構復雜，解決好能源調度問題需要從整體出發，建立問題模型，統籌規劃，優化調度。校園綜合節能系統是實現校園節能系統運籌技術、管理技術與優化技術發展的核心。根據校園日常生活活動的規律性，針對校園系統運行過程中能源浪費問題，進行過程能量優化和能源重調度。

1.2.1系統建模分析。

校園綜合節能系統是個復雜的多輸入多輸出系統，具有非線性、強耦合、大延時的特點。校園綜合節能系統建模的目的是為了依據所建模型，利用一定的方法對系統進行優化，將得到的優化參數作為控制系統的設定參數，指導系統優化運行，達到目標最優。

整個建模過程中，我們采用的是神經網絡建模，利用神經網絡對校園綜合節能系統進行建模，可以充分利用數據優勢，發揮神經網絡處理非線性問題的優勢，避免數值分析計算量過大，耗時過長，建立精確完善需要充分了解機理等缺點。我們使用了前向網絡中算法最成熟使用最頻繁的BP網絡。

1.2.2BP網絡建模。

校園綜合節能系統建立了一個加動量項的9輸入5輸出的三層BP神經網絡模型，設置隱含層的節點個數為45，此處節點個數的設置是通過試湊法得出，模型結構如圖1所示。其中x1～x9為模型的九個輸入量為水、電、燃氣、信息系統、校園網絡、一卡通系統、能源管理、車輛管理和餐具清洗，模型的輸出為水、電、氣、單位面積能耗和生均能耗。

連接權值W，V的初始值用歸一化的隨機數設定，根據規則我們對校園水、電、氣、單位面積能耗和生均能耗進行訓練過程進行實驗，在訓練周期達到90次以后，網絡基本穩定。

2.模型評估和優化

2.1遺傳算法簡介

遺傳算法（GA）是模擬生物自然進化的過程的一種人工智能算法。模擬了生物通過遺傳、變異和選擇，從簡單到復雜，從低級到高級一步步進化和發展過程。這一思想來源于達爾文的進化論和近代的基因理論。遺傳算法的本質是一種基于概率搜索的計算機尋優，利用編碼技術和一定的算法來模擬優化過程。遺傳算法以選擇、復制、交叉、變異這些基因操作為模型，把相應的算子加到染色體上，依據適應性的大小保留優良品質，同時組合成新的染色體。隨著操作的不斷進行，好的特征逐漸得到保留和繼承，而差的特征則遭到淘汰。這樣，整個種群不斷進化并逐漸收斂于最優解。

2.2系統的優化

由上表分析得到，我們校園的耗能系統存在很大的缺陷，造成很大一部分能源的浪費，因此，需要我們綜合節能系統進行優化，校園綜合節能的潛力很大。

3.實踐數據

針對校園綜合節能系統模型的建立及優化得到的系統參數，根據校園實際水、電、氣、單位面積能耗和生均能耗等與校園水、電、燃氣、信息系統、校園網絡、一卡通系統、能源管理、車輛管理和餐具清洗有關，根據建模優化及仿真的分析與總結得出校園用水系統、用電系統、燃氣系統、信息系統、網絡、一卡通系統、能源管理系統、車輛管理和餐具清洗的參數控制項需要優化。分析得出的參數優化區間如表2所示。

4結束語

通過對山東協和學院的面板數據進行了研究分析，設計出一套相應的綠色大學的綜合節能系統模型，并提出將模型融入到指標檢測中，對校區整個節能系統進行準確持續的動態評估改善。

創建節約型校園，興建綠色大學，有利于營造節儉、環保的育人環境，培養學生的節約美德、環保意識和社會責任感，以盡可能小的資源消耗獲取更好的辦學效益，使高校在建設節約型社會中發揮應有的作用，促進整個社會和諧的、可持續的發展。