“雙碳”背景下的綠色校園綜合能源規(guī)劃
——以深圳海洋大學綠色低碳能源規(guī)劃為例

張秀芝 李雅婧 鄭忠海 馬瑩瑩 ZHANG Xiuzhi LI Yajing ZHENG Zhonghai MA Yingying

以深圳海洋大學綠色校園低碳能源規(guī)劃為研究對象，從能源需求側、能源供給側、能源高效利用、能源高效收益4 個方面探索“雙碳”背景下的綠色校園能源規(guī)劃新范式，以提升現(xiàn)代化綠色校園綜合能源利用效率，助力打造綠色校園示范樣板。

雙碳；綠色校園；能源規(guī)劃；低碳利用

0 引言

隨著現(xiàn)代化科技水平與校園建設的大力推進，能源消耗與能源規(guī)劃成為智慧校園建設的重點。高校作為大型公共建筑，其自身的教育屬性對全行業(yè)低碳發(fā)展具有帶動意義。

1 項目概況

深圳海洋大學踐行“將綠色低碳發(fā)展融入校園建設”的理念，規(guī)劃為先，實施于后，將校園能源規(guī)劃與校園整體能源供配聯(lián)動，推進能源資源全方位節(jié)約與循環(huán)利用。基于深圳海洋大學現(xiàn)狀，制定可持續(xù)發(fā)展的綜合能源規(guī)劃方案。

深圳海洋大學總建筑面積約60萬m2，辦學規(guī)模為全日制在校師生11000余人，主要包括住宿、后勤、教學科研、公共服務場館等建筑（見圖1～5）。校園科研區(qū)域負荷較高，為實現(xiàn)綠色低碳校園，整個校區(qū)所有建筑均為綠色建筑二星級，行政樓力爭實現(xiàn)（運行階段）近零碳，后勤樓試點光儲直柔技術，圖書館、博物館、學術交流中心力爭打造綠色建筑三星級。

1 鳥瞰效果

2 行政樓效果

4 學院樓效果

5 體育館效果

2 綜合能源高效利用策略

高校綜合能源規(guī)劃研究方法重在校“園”，即全局觀。

1）用能需求 高校以電負荷、冷熱負荷為主，學校食堂存在部分燃氣負荷。

2）用能特性 部分建筑負荷（如學院樓、學生宿舍樓等）存在明顯的寒暑假特性。

考慮校園全局用能需求與用能特征，在注重校園內(nèi)部資源循環(huán)利用的同時，實現(xiàn)其與周邊區(qū)域能源系統(tǒng)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，內(nèi)部資源“循環(huán)”呈現(xiàn)“分布式”特征，以減弱對外部資源尤其是用能高峰時段的壓力。

2.1 項目負荷及能耗——能源需求側

2.1.1 高校能耗特征

高校能耗特征受功能性、地域性、季節(jié)性、潮汐性、間歇性影響。

1）功能性 高校辦學層次、規(guī)模及類型不同，導致其承載的功能不同，如教學科研與能源保障條件較好的部屬高校較一般省屬高校年度單位面積能耗高；同等規(guī)模的理工類院校相較于文科類院校，實驗室等教學科研建筑能耗更高。

2）地域性 高校受地理位置影響，存在氣候差異，導致碳排放特性不同。如北方地區(qū)供暖需求較強，南方地區(qū)供暖需求較弱，故碳排放量存在差異。

3）季節(jié)性 春夏秋冬變化導致供暖制冷需求不同。如冬季需供暖，夏季需制冷，潮濕天氣需除濕，霧霾天氣需空氣凈化，不同需求產(chǎn)生不同的碳排放量。

4）潮汐性 師生在教學、辦公、休息、后勤等區(qū)域的活動頻率影響能耗。如8：00—12：00，13：00—18：00為教學科研及工作活動的高峰時段，教學樓、實驗樓、辦公樓等能耗較高；18：00后師生陸續(xù)回到宿舍休息，宿舍樓能耗較高。可見，宿舍區(qū)與教學區(qū)能耗負荷存在明顯的時空互補特性。

5）間歇性 高校工作周期具有特殊性，存在周期相對固定的工作日與節(jié)假日，節(jié)假日能耗明顯低于工作日。

2.1.2 夏熱冬暖地區(qū)高校能耗特征

受季節(jié)影響，夏熱冬暖地區(qū)高校5～6月及9～10月空調(diào)耗電量明顯高于其他月份；受寒暑假影響，夏熱冬暖地區(qū)高校7～8月暑假期間及1～2月寒假期間電耗較低。

高校建筑用能結構與能耗特征與高校所在地域氣候分區(qū)密切相關，夏熱冬暖地區(qū)電力占比約92.88%，是高校建筑能耗主力。夏熱冬暖地區(qū)，教學科研與能源保障條件較好的部屬高校年度單位面積能耗為107.0kW·h/m2；教學科研與能源保障條件一般的省屬高校年度單位面積能耗為62.2kW·h/m2。

2.1.3 能耗負荷及能耗需求結構

從能耗負荷結構看，深圳海洋大學校區(qū)電力負荷（不含空調(diào)熱水）占比60%，暖通冷負荷占比29%，暖通熱負荷占比6%，熱水負荷占比1%，燃氣負荷占比4%。電力負荷及暖通空調(diào)負荷占整個校園負荷的95%。

從電力能耗需求結構看，校區(qū)照明、插座占比23%，充電樁占比3%，電梯系統(tǒng)占比2%，給排水系統(tǒng)占比5%，暖通系統(tǒng)（含末端）占比43%，實驗室設備耗電占比21%，變壓器供配電占比2%，線損占比1%。暖通系統(tǒng)及照明系統(tǒng)能耗占比最高。

2.2 項目能源稟賦——能源供給側

2.2.1 外部資源供給

項目外部資源包括水、電、燃氣等，由大市政提供。

1）水資源 來源于大市政給水口。

2）電力資源 由市政2座變電站高壓電力電纜埋地方式引至校園內(nèi)。

3）燃氣資源 從新建市政中壓管道接駁氣源。

2.2.2 內(nèi)部資源供給

1）水系資源 校園內(nèi)存在水系但水量不大，僅可作為景觀使用。

2）屋頂資源 校園屋頂面積充足，考慮布置屋頂光伏、太陽能熱水器、冷卻設備與輔助設施等。

2.3 項目技術路徑——能源高效利用

2.3.1 電力資源技術適宜性

校園屋頂日照條件較好，綜合考慮實驗、空調(diào)設備鋪設需求后，仍有較充足的屋頂面積，因此在能源規(guī)劃中設置一定規(guī)模的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其優(yōu)點是技術成熟、低碳環(huán)保、經(jīng)濟可行，可實現(xiàn)電力自發(fā)自用、即發(fā)即用、并網(wǎng)不上網(wǎng)，且有助于屋頂隔熱。

為創(chuàng)建綠色能源明星項目，能源規(guī)劃策略包括光儲直柔充電樁及建筑光儲直柔點對點示范技術試點。光伏發(fā)電處于示范推廣期，較為新穎，易形成“虛擬電廠”效果，且直流快充可減少電網(wǎng)沖擊。

校園照明能耗占比較高，故采用LED燈及智能照明控制系統(tǒng)，既節(jié)能環(huán)保，又可根據(jù)需求控制照明亮度。

2.3.2 暖通空調(diào)技術適宜性

校園暖通空調(diào)負荷占比及能耗占比均較高，且校方具有冬季取暖需求，故能源規(guī)劃采用高效冷機設備及冷熱聯(lián)供的熱泵機組空調(diào)，便于節(jié)能降耗及冬夏兩用。

2.3.3 熱水資源技術適宜性

綜合能源規(guī)劃中熱水資源主要由空氣源熱泵提供。空氣源熱泵節(jié)能節(jié)電，不受天氣影響，占地面積較小。深圳冬季溫度達不到冰點，熱水大量使用處于非高峰時段（19：00后），不會造成用電高峰。

2.3.4 燃氣資源技術適宜性

燃氣為市政燃氣，綜合能源規(guī)劃建議除必要烹飪用氣外，其他烹飪實現(xiàn)電氣化，局部范圍如教師公寓采用全電廚房策略。全電廚房安全性、節(jié)能性、環(huán)保性更佳，有助于未來電網(wǎng)綠色轉型、提升市電綠電占比及降低電網(wǎng)碳排放。

2.3.5 智慧校園

綜合能源規(guī)劃設置智慧樓宇能源管控平臺，通過系統(tǒng)節(jié)能運維、智能控制及監(jiān)測系統(tǒng)維護，實現(xiàn)遠程監(jiān)測、能效預警、云端分析、冷熱站監(jiān)測、專家診斷等功能，構建設備運行分析模型。

2.4 項目效益分析——能源高效收益

2.4.1 經(jīng)濟效益

空調(diào)系統(tǒng)能耗占比較高，應在綠色建筑設計中提高設備能效方案，設備預計成本回收期約3.3年，每年節(jié)省電費約200萬元。

按照最大可鋪設面積估算光伏經(jīng)濟效益，預計成本回收期約5年，每年節(jié)省電費200余萬元。

使用空氣源熱泵及太陽能熱水每年可節(jié)省費用約100萬元，成本回收期約1.5年。

2.4.2 環(huán)境效益

按照綜合能源系統(tǒng)布局，測算校園單位面積建筑能耗約85kW·h/m2，低于前述科研強校107kW·h/m2。年單位面積碳排放量約37kg/m2，低于高校碳排放平均水平。

2.4.3 社會效益

深圳海洋大學綠色能源規(guī)劃響應綠色校園、低碳校園政策要求，從能源生產(chǎn)端與消費端同步推進，使建筑轉換為“產(chǎn)-用”柔性負荷。建筑溫濕度、采光、通風等均符合人體工程學要求，為師生提供健康、舒適、高效的使用空間（見圖6）。

針對使用與運維環(huán)節(jié)開發(fā)能源管理系統(tǒng)，利用綜合能源管控中心提高使用端服務品質(zhì)。利用智能化技術最大限度降低建筑能耗，為師生創(chuàng)造更加舒適、安全、高效、健康的學習生活環(huán)境。

3 結語

在“雙碳”背景下，針對深圳海洋大學校區(qū)能源分布情況及用能需求特征，從能源需求側入手，將能源從供給端經(jīng)由能源輸配網(wǎng)絡流向需求端，提升綜合能源利用率，降低校園碳排放總量，進而打造綠色校園示范樣板。