推行“教育节能”和“节能教育”

                 

编者按

为推动公共机构节能示范单位创建工作,发挥公共机构在全社会节能中的表率作用,即日起我们将陆续推出我区及各地示范单位创建优秀案例,供大家学习借鉴!今日推出第二期——《推行“教育节能”和“节能教育” 》。

北京交通大学把节能贯彻于学校的教育体系,运用现代通信与控制技术,构建校园智能化能源管理系统,实现了“教育节能”和“节能教育”的有机融合。北京交通大学将节能教育列入教学计划,通过课堂教育、校园教育、示范教育、实践教育等加强对在校学生的节能教育和宣传。三年来实施了建筑物围护结构改造、教室照明系统、空调智能节电系统、电梯能量回馈系统、锅炉烟气余热回收等三十多项节能改造项目,广泛运用节能产品和新能源产品,提高建筑物和运行设备的能效水平。建设了涵盖校园全部能源消费因素的智慧型能源管理系统,将节能监控平台、供暖自动控制、三维地下管网、教室智能监控、图书馆智能节电控制、无负压供水智能控制、智能安防系统、自动报修平台等进行系统集成,实现了用能情况在线监控和实时分析,预测能耗变化趋势,优化调度和管控,实现了高校节能管理智能化。2015年按照GB/T23331的要求,学校建立了能源管理体系,并获得认证。2011年以来,北京交通大学在建筑面积、用能设备不断增长的情况下,能源消耗总量年均下降1047吨标准煤,用水总量年均下降5.4万吨,平均节能率6.49%,节水率4.46%。每年间接减少排放二氧化硫23.2吨、氮氧化物22.0吨、烟尘13.5吨。北京交通大学发挥教育机构的特点,把节能工作融入到教育之中,实现能源消费的可视化、系统化管控,其节能实践对全面、系统提升高校节能工作具有借鉴意义。

一、单位概况

        北京交通大学作为交通大学的三个源头之一,历史渊源可追溯到1896年,是中国第一所专门培养管理人才的高等学校,是中国近代铁路管理、电信教育的发祥地。现为教育部直属,教育部、中国铁路总公司、北京市人民政府共建的全国重点大学,是国家“211工程”、“985工程优势学科创新平台”项目建设高校和具有研究生院的全国首批博士、硕士学位授予高校。学校在北京市海淀区建有东西两个校区,总面积近1000亩,建筑面积91万平方米。全日制学生24742人,长期外国留学生747人,在职教职工2961人。

二、案例实施

(一)全面加强节能管理

一是健全机构。成立节约型校园建设领导小组,作为学校能源使用管理的最高决策机构,副校长任组长。下设3个专门机构:能源管理办公室,设专职管理和技术队伍,负责推进校园节能的具体工作;低碳研究与教育中心,负责低碳技术与经济领域的跨学科研究,同时开发低碳技术与经济的课程及相关教材;新能源研究所和新能源学院,负责新能源开发、利用和推广有关的科研、教育工作;各学院和二级单位设能源管理员。节能管理、教育和研发的团队中,共有专、兼职教授6人、副教授7人、能源管理师2人、教师及工作人员90余人。

图1  组织机构图

二是建立长效机制。将节能工作纳入学校年度工作计划,并进行考核。通过能源管理体系认证,制定《北京交通大学能源使用管理办法》对各二级单位进行能源指标分解;出台《北京交通大学地下管线信息管理办法》,对地下管线统一管理;出台“谁投资谁受益、谁节约谁受奖”的节约激励政策,鼓励各二级单位开展节能技术改造和能源指标管理。

三是建设管理平台。学校建成包括能源监管平台、地下管网三维系统、水电无人值守系统等在内的综合监控中心,实现对全校能源的实时监测与计量以及水、电、暖智能控制。

图2  能源监管平台

四是引进合同能源管理新机制。以学生活动中心为试点,委托节能公司进行节能改造和能源管理,节能收益由节能公司和学校按比例分享。

(二)全方位开展节能技术改造

学校的技术改进涵盖水、电、气、油等各个能源领域,近3年进行节能技术改造共计30余项。

1、建设中水处理和回用系统

集中式浴室洗浴废水,经过中水处理系统去除污染物质,用作冲厕用水、绿化用水和景观湖补水;对宿舍楼公用水房产生的废水,经处理后回用作该建筑的冲厕用水。

学校建有两座中水处理站,将洗浴污水处理后排入明湖储存,用于景观湖补水和绿化用水,年节水7万立方米。投资回收期:两座中水站投资约300万元,年节水7万立方米,合42万元,投资回收期7.2年。

在两栋学生公寓楼(住宿学生2600人)安装了微型中水设备,将洗漱废水处理后用于本楼冲厕。节水率可达40%以上。投资回收期:共投资20万元,年节水0.6万立方米,合3.6万元,投资回收期5.6年。

图3  中水处理回用系统

2、建设雨水收集利用系统

原理:收集建筑物周边及路面雨水,经初期径流弃流后,作为景观湖补水和绿化用水。

应用及效果:2005年,我校开始实施“雨水拦截工程”,将教学西区、家属区西区共约20万平方米汇水面积的雨水全部汇入学校明湖,用于景观湖补水和绿化用水。

图4  雨水拦截、中水利用工程示意图

3、安装无负压供水系统

        原理:利用供水管网的压力给用户直供,6层以下不起泵即可实现供给;取消水箱,避免了水箱的二次污染。

        应用及效果:对全校12个水泵房进行了改造,全部更换成无负压供水设备,与传统的水箱供水相比,年节电40万度以上,节电率可达30%-60%,并且保证了供水卫生和安全。

图5  无负压供水系统

4、对锅炉房进行烟气余热回收与空气源热泵节能改造

        原理:烟气余热回收是通过将供暖时产生的高温烟气(约130℃左右)导入板式气水换热器,加热水箱内的自来水至60℃,再用冷水勾兑到适宜温度后供应浴室,同时将降温后的烟气排出室外,实现节能减排。

        空气源热泵是从空气中吸收热量来加热水的“热量搬运”装置,交换机中的制冷剂通过改变状态吸收空气中的热量,并将热量转换给水,从而完成热量转换。

应用及效果:

        A)东校区主要采用锅炉换热方式进行供暖,每年11月至次年3月的供暖时间段,会产生大量高温烟气,安装了烟气余热回收装置,则可以利用烟气的热量对学生浴室热水进行加热。经统计,烟气余热回收装置每日可回收热量300万千卡。而每年5月中旬至9月底室外温度较高,空气热量较大,则改为运行空气源热泵对洗浴热水进行加热。经统计,空气源热泵制热量为13.76万千卡/小时。若采用燃气锅炉进行浴室热水加热,东校区浴室热水锅炉全年消耗天然气99913立方米,折合标准煤121.32吨,而应用本系统后全年耗电99480度,折合标准煤12.28吨,平均每年节约天然气折合标准煤109.04吨。

投资回收期:总投资56万元,回收期4年。

 B)红果园宾馆换热站余热回收项目

红果园宾馆换热站供热面积20万平米,冬季运行期间由于换热设备散热,室内温度较高,尽管采用1台风机24小时排出热风,室温仍在35-40℃,影响电器设备的安全运行。可利用空气源热泵的特性将空气降温的同时产生热水。

        红果园宾馆及公寓的生活热水由市政供热系统供热,分为高低区供水,低区利用自来水压力直供,高区设一个调节水箱增压供水。冬季可利用热泵将换热站降温产生的热水作为红果园宾馆及公寓生活热水的补充。

学校在锅炉房原址处新建一个教工餐厅,内有四个餐厅,建筑面积500平米,夏季空调采用多联式空调机组,单机输入功率19kW。可利用空气源热泵夏季制热水产生的冷量为宾馆、餐厅或邻近办公室提供空调冷风。

考虑到换热站与餐厅只有一墙之隔,冬季可将换热站的热空气直接供给餐厅,既解决餐厅供暖也解决餐厅新风。

运行成本分析:经计算,市政热力加热成本为14.88元/立方米,热泵余热回收加热成本为5.3元/立方米,每立方米热水可节约9.58元,按照每天平均产热水40吨、每年运行330天,每年可节约热水费用12.65万元,同时节约空调电费1.12万元,全年共节约13.77万元。

投资回收期:投资32万元,回收期为2.32年。

C)学苑公寓烟气余热与空气源回收项目

在采暖季,热能取自学苑公寓采暖燃气锅炉烟筒排出的烟气,在烟筒出地面处用风机将烟气引到板换和烟气源热泵系统,烟温从160℃降到30℃后排放。将自来水从15℃加热到55℃,储存到150吨的水箱内,浴室开放时,输送到锅炉房内的混水器进口。

在非采暖季节,为空气源工况,烟气源热泵在空气源工况运行,四台烟气源与四台空气源热泵运行循环加热水箱。

效益分析:

(1)采暖季

热量来自采暖锅炉排放的烟气余热,一般情况板换风机运行可满足浴室需求,风机功率3kW,每天运行24小时,耗电量72度,电费38.16元,供水泵20kW,每天运行5小时,耗电100度,电费53元,共计电费91.16元。按照每天供水150吨计算,吨水成本为0.7元。锅炉加热燃气费成本为13.3元,每吨水节约12.6元,每天节约1890元,采暖季共节约22.68万元。

(2)春秋过渡季:每天空气源热泵运行20小时供水160吨,输入功率74kW,每日耗电1480度。平均每吨水耗电9.25度,电费4.91元,比锅炉节约8.39元/吨,每天节约1342.4元,春秋过渡季90天,节约12.0816万元

(3)夏季:每天运行16小时供水160吨,输入功率74kW,每日耗电1184度电。平均每吨水耗电7.4度,电费3.92元,比锅炉节约9.38元,每天节约1500.48元,夏季150天,节约22.51万元。

投资回收期:总投资298万元,年节约57.27万元,回收期为5.2年。

5、安装浴室太阳能及洗浴污水余热回收系统

原理:洗浴废水约为30-34℃,余热回收装置能够将洗浴污水中的热量通过热泵热回收的技术进行提取,用于加热新的自来水。

应用及效果:主校区浴室主要集中在学生活动中心地下一、二层,共包括369个喷头,占地1000多平方米,用水较为集中。学生活动中心楼顶采光条件较好,安装了300平方米太阳能集热器对洗浴水加热。同时在学生活动中心浴室洗浴废水池安装洗浴污水预热回收装置,日产洗浴热水150-200立方米,吨水成本11元降到5元,节能率约50%。

投资回收期:总投资270.74万元,年节省36万元,回收期为7.52年。

图6  浴室太阳能及余热回收系统

6、安装光伏发电系统

原理:利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术,主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成。

应用及效果:在电气工程楼、逸夫楼楼顶安装了70kW光伏发电系统,在18楼南侧外立面、电气楼南侧外立面安装250kW光伏发电系统,用于楼内照明用电和其他用电。

投资回收期:总投资94万元,年发电11.71万度,年节约5.8万元,回收期16.2年。

7、安装电梯能量回馈装置

原理:利用电梯重载下行、空载上行及刹车过程中产生的能量,转化为电能反馈回电网,减少电梯耗能。

应用及效果:2012年,在思源楼、学苑公寓等15栋高层建筑安装电梯能量回馈装置40套,节电率30%。2016年又对其余50部电梯加装了此系统,全校电梯年节电约100万度。同时避免了电梯机房的热效应从而减少空调耗能。

投资回收期:总投资116.5万元,年节省50.85万元,回收期2.29年。

图7  电梯能量回馈装置

8、建设地下管线三维系统

原理:地下全景三维模拟,真实展现地下管网细节,实现校内多种地下管线的三维可视化管理。

应用及效果:学校于2013年对地下管线进行探测和建模,建成地下管线三维系统,使地下管线分布一目了然,并有详细的管线配置资料,供学校基建、后勤部门查询,为建设施工提供依据,并避免施工中挖错挖坏现象。

图8  地下管线三维系统

9、建设地下供水管网探漏系统(正在建设当中)

原理:通过采集及分析管道的振动信号来识别管网是否有漏水,并发出警报。

应用及效果:在现有地下管线三维系统的基础上,在全校的上水管线安装此系统,预计2016年底完工。系统可自动完成漏水判别并无线上传检测结果给数据服务中心,并能够确定出漏水点的大体位置,为人工勘察和维修提供可靠的指导。预计2年内可收回投资成本。

图9  地下供水管网探漏系统示意图

10、安装教室照明及空调智能节电系统

原理:通过自动监测室内人数和室内温度开启或关闭空调;通过自动监测自习室室内人数和室内光照强度开启或关闭灯光。

应用及效果:以逸夫楼43个教室为试点安装教室照明及空调智能节电系统,对空调和灯光有序控制。实现了自习室内温度和人数达到设定临界值以上才开启空调,自然光照强度低于设定的临界值可开启灯光,并且根据上自习学生人数分区域开启灯光,节电率28%。

图10  智能教室控制系统

11、在食堂安装节能设备

应用及效果:购置两台炒菜机器人,与普通灶台相比,节省水和燃气50%左右,油烟排放减少86%,并大幅提升炒菜工作效率,减少了人工。改造154台节能燃气灶,减少燃气消耗和污染物排放,节气率30%以上,年节气29万立方米。安装十台节水洗菜机,节水率达30%。引进米饭生产线,实现学校食堂米饭统一配送,减少了人工成本,提升工作效率和服务质量。

投资回收期:投资61.75万元,年节省60万元,回收期1年。

图11  节能灶和炒菜机器人

12、建设节能监管平台

原理:利用物联网技术对能源使用进行监测和控制。

应用及效果:2010年建成能源监管平台一期,2013年建成平台二期,实现全校水、电、气、暖的全方位、全过程的监测和控制。以供暖为例,北京交通大学供暖能耗约占全年能耗的40%,能源监管平台通过以下4个方面对供暖进行监测和控制。一是在供暖末端安装温度传感器,在楼宇进户处安装电动调节阀,通过平台对室内温度实时监测,对进户阀门进行调节。二是在换热站内安装温度传感器及电动调节阀,当检测到热回水温度超过经验值时,可切断一次供水热源交换过程,直接进行二次供水自身循环。三是实行分区分时供暖模式。将教学楼区、办公区、宿舍区进行划区域分时供暖,如对夜间无人教室实行低温运行,假期进行集中住宿,对空闲宿舍和教学楼实行低温运行等。四是通过能源监管平台压力数据的异常表现辅助发现“跑冒滴漏”现象,减少能源浪费。能源监管平台的使用,可及时准确地掌握供暖效果,及时作出调整,既保证供暖温度又达到节能效果,与平台使用前人工监测、手动调节进行对比,年可节约供暖经费100万元。

图12  能源监管平台

(三)多种方式开展节能教育

一是课堂教育。将环境和可持续发展列入工科培养方案和毕业要求,在建筑、交通、物流、管理、电气工程等多个专业开设节能及可持续发展相关课程,电气工程学院承担新能源教育教学任务,2015年新设立汉能新能源学院,专门培养新能源发电及综合有效利用以及节能方面专业人才。开展节能专题讲座,对学生进行教育。    

图13  节能教育讲座

二是环境教育。在学校广泛应用节能产品并进行相应宣传,在学生宿舍、食堂布置节能宣传标语,将低碳教育手册发放到学生手中,在学生活动中心人流密集的地方设立大屏幕,集中展现太阳能、污水余热回收、中央空调节电、中水和雨水回用、水质监测、空气净化等节能技术和实时数据,使学生生活在“节能无处不在”的环境中,形成无声之教。

图14  营造节能环境

三是示范教育。树立节能先进典型人物,例如学校的吴国璜老师名字首批刻上北京市节水功德碑,并被列为北京榜样人物候选人,请他举办讲座和座谈会,用榜样的力量引导学生。

图15  吴国璜老师在北京榜样颁奖现场     

  图16  吴国璜老师给学生讲节能

四是实践教育。组织学生参加各类节能活动和比赛、担任节能宣传员,引导学生主动参与节能行动。2013年,我校研究生参加台达杯国际太阳能建筑设计竞赛,设计的“时光容器”获得一等奖,并定为实施方案。2014年,本科生参加第七届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛荣获一等奖1项、二等奖2项。2015年,本科生参加第八届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛荣获一等奖1项、二等奖1项。

图17  学生参加节能各项比赛

(四)学院与后勤部门开展节能领域“教科研用”合作

学校利用高校科研优势,开展产学研合作,部分科研成果直接应用于节约型校园建设;同时,学校后勤部门为教学、科研工作提供实验场所和数据,成为教学科研实践基地和学生实习基地。电气学院新能源研究所开展了光伏、风力等可再生能源发电的并网技术研究以及电动汽车动力电池应用、充电设施规划建设等研究工作,牵头组建了国家能源主动配电网技术研发中心。根据科研实验和示范项目的需求,学院与后勤部门合作,在校园内兴建了含有光伏发电系统(总计70kW)、电池储能系统(100kW·h)、电动汽车充电设施(100个充电口)的智能配电网络。电气学院教授带领研究生开展电力需求侧管理研究,为学校制定了用电管理方案。土建学院与后勤集团联合申报了国家重大水专项课题,以学校为实验基地和示范项目场所,进行水质监测、水质净化、中水回用、雨水收集等研究,促进学校的节水工作,同时形成高质量的研究成果。教学科研部门与后勤部门的紧密合作,使得学校的节能工作有源源不断的智力支持和持续创新的不竭动力,又能通过实践促进科研成果的转化和科研理论的创新,同时促进学生实践和动手能力的提升,形成了良性循环的共赢局面。

图18  电气学院百辆电动汽车示范项目图

图19  土建学院与后勤集团共同承担的国家重大水专项课题     

图20  以校内研究和实践为基础的研究生论文

三、综合效益

(一)节能效果

通过多项节能节水措施的实施,学校节能工作取得显著成绩。以2011年为基准年,在建筑面积、用能设备不断增长的情况下,平均每年节约能源1047吨标准煤,节约用水54175吨,平均节能率6.49%、平均节水率4.46%。

          图21  学校每年综合能耗图 

图22  在校生人均综合能耗

(二)经济效益

直接经济收益:总投资3077.88万元,按照2016年能源价格计算,年节约资金369.8万元,年投资收益12%。

间接经济收益:在学校事业发展、建筑面积增加、在校人数增加的情况下,能耗未增反降,学校无需购买碳指标,并且获得了各级政府的多项节能奖励。

(三)社会效益

履行了大学在节能方面的社会责任,培养具有节能意识、掌握节能技术的人才,为社会提供先进的节能产品和技术,并发挥示范辐射作用,近2年接待300多家单位1200余人来校学习调研节能工作。

来源:公共机构节能        编辑:唐博