引言随着我国高等教育事业的发展，高校在校生人数、建筑面积和用能设备数量急剧增加。高校能耗在社会总能耗中占据部分比例[1]，仍将呈现刚性增长趋势[2]。教育部陆续发布多个文件，指导高校的节能减排工作[3]。2021年9月华北电力大学发布“碳达峰、碳中和”行动计划，2022年1月出台《华北电力大学节约能源资源管理办法（2021年修订）》。文中以华北电力大学北京校区为例，剖析校园建筑物能源使用方面存在的问题及其原因，并提出节能方案。1高校建筑物能耗现状分析1.1房屋设计导致能源利用率低部分阶梯教室天花板到地面的距离过大，灯管和风扇位置过高，极大地影响桌面处的亮度和风量。部分教学楼窗户可打开的面积和角度较小，通风效果较差。暖气片安装位置及数量需要优化，部分区域室内和楼道里的暖气片数量一样，虽然可以提高楼道内温度，但对房间内部温度的提升作用非常有限，会造成能耗浪费。部分卫生间窗户设计得非常小，该区域的通风性和自然采光性差，白天光照充足时仍须采用灯光照明；主楼C座和E座卫生间的窗户被隔间门遮挡，整个卫生间白天也必须采用灯光照明。1.2用能设备导致能源利用率低（1）照明灯具方面：教一和教四楼的灯管加装了灯罩，虽然美观但影响照明亮度。主楼C座和E座教室的房顶、灯管和电扇距离地面太远，桌面处接收到的光照和风量很小。窗户高度和宽度过大，窗帘分为上下两层，高处的窗帘不便拉开，低处的分窗帘经常处于拉合状态，白天基本靠灯光照明，未充分利用自然光。（2）照明灯控制开关方面：在营业时段，无论晴天还是阴天，3个食堂灯管全都点亮；白天室内采光很好时，教室和实验室的照明灯依然全部或部分处于开启状态，造成电能浪费。一方面需要提高节能意识，增强管控措施；另一方面需要改善灯具控制开关，目前一个开关控制6~8个灯。（3）暖气片安装方面：部分卫生间仅安装3~4片暖气片，达不到预期采暖效果。（4）空调安装方面：教学楼室内所有空调均位于靠窗侧，靠近空调的区域温度较低，远离空调的区域温度稍高；若空调在房间斜对角放置，空调同时启动时室内温度分布会更均匀，该方式可以适当调高空调设置的温度，从而降低空调能耗。2高校建筑物节能方案的规划与建议2.1房屋设计层面（1）通过增大窗墙面积比、安装落地窗、配备透光性好的窗帘等方法提高采光能力；采用合理的窗体结构，使窗户能较大程度地被打开，房间两头开窗可以提高空气流动性，减少空调的使用；窗户可以采用双层或三层玻璃，从而提高保温效果。（2）高校教学楼和宿舍楼的楼顶可以安装太阳能发电装置，构建太阳能和市电可快速切换的照明供电系统。（3）同一栋建筑阴阳面的房间差异化供暖，白天阳面房间低温运行，阴面房间常温运行。根据人员分布变化，白天教学楼的暖气常温运行，宿舍低温运行；晚上教学楼的暖气低温运行，宿舍的暖气高温运行；冬日晴天暖气低温运行，阴雨天暖气高温运行。暖气片温度分区分块控制，室内安装温度传感器进行实时监测并调控室温，减小室温波动[4]。（4）合理布局暖气片安装位置和数量可以有效改善室内温度场分布[5]。不同暖气片安装方案下室内温度场分布如图1所示。原本室内与走廊安装同样数量的暖气片，优化后将走廊的暖气片数量减少一半并安装至室内。该方式可以使室内温度场分布更加均匀，提高室内远离窗户一侧的温度，且走廊温度降低幅度不大。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.08.004.F001图1不同暖气片安装方案下室内温度场分布（5）空调应分散布置在教室各处，避免多台集中在一侧，该方式下温度不用设置得过低即可实现室内冷气全覆盖[6]。两台空调靠窗放置、对角放置、南北向同侧放置的温度场分布如图2所示。空调对角放置时制冷效果最佳[7]。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.08.004.F002图2两台空调不同布局时房间内温度场分布2.2用能设备层面（1）降低灯具安装高度。光照强度随灯桌距离的变化情况如表1所示。安装灯具时不能仅考虑光照强度，还要考虑美观和空间利用等问题。降低灯具安装高度可使灯管处在合理位置，该方式无须增加能耗即可提高室内光照亮度。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.08.004.T001表1光照强度随灯桌距离的变化情况灯具与桌面距离/cm灯具正下方灯具侧下方第一次第二次平均值第一次第二次平均值175227.0225.0226.0167.0158.0162.5185186.0197.0191.5151.0149.0150.0195178.0183.0180.5146.0142.0144.0205163.0172.0167.5137.0132.0134.5215152.0164.0158.0100.094.097.0225132.0129.0131.093.087.090.0lx（2）更换节能灯具和用电设备。安装灯罩虽然能够提高美观度，但会阻挡光线。为了增加灯光照度，减少电能损耗，应去除灯罩或使用透光性好的灯罩。（3）改变用电设备控制方式。采用更高效节能的控制方式，增加开关数量，更改电路布局。采用单控方式会造成电线数量和布线复杂程度的增加；采用无线控制方式可以降低成本和安装难度，实现灯具的个性化精准控制。（4）充分利用自然光。食堂采用三面采光设计方案，窗墙比优于教学楼，通过优化灯光控制方案，在保障食堂中间位置照明需求的情况下，四周靠窗的地方使用自然光照明，该方式可以极大地减少照明灯的能源消耗。针对地下停车场，安装太阳能光纤导光系统，将自然光引入地下，改善停车场照明，减少电力能源消耗。3校园节能评测与管控平台构建借鉴碳排放指标的做法，为各单位分配用电指标并进行节能管控效果评价，为此构建了校园节能评测与管控平台架构，如图3所示。校园节能评测与管控平台主要由中心服务器、校园耗能设备、数据采集模块、智能控制模块、能耗公示模块、分析评价模块组成。通过建立统一完善的能源监管平台，对校园能源消耗数据进行集中统计和综合分析，可以实现校园能耗数据的监测、控制、管理和共享，有效推动各项精细化管理措施的落地[8]。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.08.004.F003图3校园节能评测与管控平台架构4预期效能分析4.1照明节能效益分析教五D413实验室有10个灯座、20根灯管，每根灯管的功率为32 W。不同控制方式下实验室的日照明耗电情况如表2所示。方式5是相对精准的控制方式，与方式1相比，实验室日耗电量降低6.56 kWh，电费减少5.248元。一年的使用天数按300 d计算，1个实验室的年耗电量可以节约1 968 kWh、电费减少1 574.4元。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.08.004.T002表2不同控制方式下实验室的日照明耗电情况方式开灯时段开灯时长/h说明耗电量/kWh电费/元18：00~24：0016白天和晚上开启全部灯管10.248.192217：00~24：007白天不开灯，晚上开启全部灯管。4.483.58438：00~12：00、14：00~18：00、19：00~21：0010白天上课时段仅打开不靠窗户的一半数量灯管，即10根灯管；晚间上课开启全部灯管，其他时间不开灯。3.843.07248：00~24：0016白天仅开启远离窗户的一半数量的灯管，17：00~24：00人员集中就座，仅开一半灯，即10根灯管。5.124.09658：00~24：0016由两个开关控制改为由4个开关控制，白天人少时仅开四分之一，即5根灯管，17：00~24：00开10根灯管。3.682.944注：电价按0.8元/kWh计算，下表同。4.2空调节能效益分析以教五D413实验室安装的两台奥克斯柜式空调KFR-51LW/BpR3NHA29+1为例，进行不同控制方式下的能耗评测。该机型空调的匹数为大2.0，制冷量为5 100 W (700~6 800 W)，制冷功率为1 350 W(200~2 800 W)，能效比为4.21。能效比是输出功率与输入功率之比，能效比值越高，代表耗能越小、节能效果越好，属于一级能效。每年5月中至9月底需要开空调，每台空调每小时耗电约1.35 kWh。不同控制方式下实验室的空调耗电情况如表3所示。假设实验室8：00~23：00都有人需要开空调，与方式1相比，方式5每天可节约电费5.4元，每月可节约162元。国家规定夏季室内空调温度设置建议不低于26 ℃，教五D413实验室大部分时间的人员数不多，开启一台空调并切换至摆风模式即可满足制冷需求，开启两台空调时室内温度偏低，造成能源浪费。如果根据外界温度、室内人员数量等因素精准调控空调运行管理方式，可以节约更多电能。若将空调布局改为斜对角放置，在保证室内温度比较均匀的情况下可以有效节约电能。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.08.004.T003表3不同控制方式下实验室的空调耗电情况方式空调使用时段开机时长/h说明耗电量/kWh电费/元18：00~23：0015两台同时开启40.5032.4028：00~23：0015只开启一台20.2516.2038：00~12：00、14：00~18：00、19：00~23：0012两台同时开启，中饭和晚饭时段不开。32.4025.9248：00~12：00、14：00~18：00、19：00~23：0012只开启一台，中饭和晚饭时段不开。16.2012.9658：00~23：00158：00~9：00、12：00~14：00、18：00~19：00、22：00~23：00时段只开一台，其他时段开两台。33.7527.004.3暖气节能效益分析北方地区采暖季通常为11月初至次年3月底。以教五D413实验室为例，房间面积为107 m2，内部有两组暖气片并均靠窗放置，该房间对应楼道里有两组同样的暖气片。由于楼道采暖需求远低于室内，可以适当减少楼道暖气片数量。冬季采暖标准为室内温度达到20 ℃，若将楼道内的部分暖气片移至室内并与原暖气片相对，放置到房间另一侧，楼道只保留适量的暖气片，能耗可以降低20%~30%，室内温度提高1~2 ℃。实验室0：00~7：30处于无人状态，可使暖气低温运行；寒假期间暖气也低温运行；日照时段阳面房间暖气也可低温运行。采用精准的暖气运行监控方式可以极大地减少采暖耗能，节约20%~30%的采暖费用。5结语通过实地调研发现，高校的教学楼和食堂等建筑物在房屋设计和用能设备方面存在能源浪费问题。文中从房屋设计和用能设备两个层面给出对高校建筑物节能方案的规划与建议，构建校园节能评测与管控平台架构。以实验室为例，从照明、空调、暖气共3个方面进行节能效益预测分析。高校校园人员密度大，是能耗大户，用能管理方式粗放，节能空间和潜力巨大，倘若全国所有高校都采取切实有效的节能举措，会产生巨大的经济效益和节能环保效益。