“双碳”背景下的绿色校园综合能源规划——以深圳海洋大学绿色低碳能源规划为例

张秀芝 李雅婧 郑忠海 马莹莹 ZHANG Xiuzhi LI Yajing ZHENG Zhonghai MA Yingying

以深圳海洋大学绿色校园低碳能源规划为研究对象，从能源需求侧、能源供给侧、能源高效利用、能源高效收益4 个方面探索“双碳”背景下的绿色校园能源规划新范式，以提升现代化绿色校园综合能源利用效率，助力打造绿色校园示范样板。

双碳；绿色校园；能源规划；低碳利用

0 引言

随着现代化科技水平与校园建设的大力推进，能源消耗与能源规划成为智慧校园建设的重点。高校作为大型公共建筑，其自身的教育属性对全行业低碳发展具有带动意义。

1 项目概况

深圳海洋大学践行“将绿色低碳发展融入校园建设”的理念，规划为先，实施于后，将校园能源规划与校园整体能源供配联动，推进能源资源全方位节约与循环利用。基于深圳海洋大学现状，制定可持续发展的综合能源规划方案。

深圳海洋大学总建筑面积约60万m2，办学规模为全日制在校师生11000余人，主要包括住宿、后勤、教学科研、公共服务场馆等建筑（见图1～5）。校园科研区域负荷较高，为实现绿色低碳校园，整个校区所有建筑均为绿色建筑二星级，行政楼力争实现（运行阶段）近零碳，后勤楼试点光储直柔技术，图书馆、博物馆、学术交流中心力争打造绿色建筑三星级。

1 鸟瞰效果

2 行政楼效果

4 学院楼效果

5 体育馆效果

2 综合能源高效利用策略

高校综合能源规划研究方法重在校“园”，即全局观。

1）用能需求 高校以电负荷、冷热负荷为主，学校食堂存在部分燃气负荷。

2）用能特性 部分建筑负荷（如学院楼、学生宿舍楼等）存在明显的寒暑假特性。

考虑校园全局用能需求与用能特征，在注重校园内部资源循环利用的同时，实现其与周边区域能源系统的统筹协调，内部资源“循环”呈现“分布式”特征，以减弱对外部资源尤其是用能高峰时段的压力。

2.1 项目负荷及能耗——能源需求侧

2.1.1 高校能耗特征

高校能耗特征受功能性、地域性、季节性、潮汐性、间歇性影响。

1）功能性 高校办学层次、规模及类型不同，导致其承载的功能不同，如教学科研与能源保障条件较好的部属高校较一般省属高校年度单位面积能耗高；同等规模的理工类院校相较于文科类院校，实验室等教学科研建筑能耗更高。

2）地域性 高校受地理位置影响，存在气候差异，导致碳排放特性不同。如北方地区供暖需求较强，南方地区供暖需求较弱，故碳排放量存在差异。

3）季节性 春夏秋冬变化导致供暖制冷需求不同。如冬季需供暖，夏季需制冷，潮湿天气需除湿，雾霾天气需空气净化，不同需求产生不同的碳排放量。

4）潮汐性 师生在教学、办公、休息、后勤等区域的活动频率影响能耗。如8：00—12：00，13：00—18：00为教学科研及工作活动的高峰时段，教学楼、实验楼、办公楼等能耗较高；18：00后师生陆续回到宿舍休息，宿舍楼能耗较高。可见，宿舍区与教学区能耗负荷存在明显的时空互补特性。

5）间歇性 高校工作周期具有特殊性，存在周期相对固定的工作日与节假日，节假日能耗明显低于工作日。

2.1.2 夏热冬暖地区高校能耗特征

受季节影响，夏热冬暖地区高校5～6月及9～10月空调耗电量明显高于其他月份；受寒暑假影响，夏热冬暖地区高校7～8月暑假期间及1～2月寒假期间电耗较低。

高校建筑用能结构与能耗特征与高校所在地域气候分区密切相关，夏热冬暖地区电力占比约92.88%，是高校建筑能耗主力。夏热冬暖地区，教学科研与能源保障条件较好的部属高校年度单位面积能耗为107.0kW·h/m2；教学科研与能源保障条件一般的省属高校年度单位面积能耗为62.2kW·h/m2。

2.1.3 能耗负荷及能耗需求结构

从能耗负荷结构看，深圳海洋大学校区电力负荷（不含空调热水）占比60%，暖通冷负荷占比29%，暖通热负荷占比6%，热水负荷占比1%，燃气负荷占比4%。电力负荷及暖通空调负荷占整个校园负荷的95%。

从电力能耗需求结构看，校区照明、插座占比23%，充电桩占比3%，电梯系统占比2%，给排水系统占比5%，暖通系统（含末端）占比43%，实验室设备耗电占比21%，变压器供配电占比2%，线损占比1%。暖通系统及照明系统能耗占比最高。

2.2 项目能源禀赋——能源供给侧

2.2.1 外部资源供给

项目外部资源包括水、电、燃气等，由大市政提供。

1）水资源 来源于大市政给水口。

2）电力资源 由市政2座变电站高压电力电缆埋地方式引至校园内。

3）燃气资源 从新建市政中压管道接驳气源。

2.2.2 内部资源供给

1）水系资源 校园内存在水系但水量不大，仅可作为景观使用。

2）屋顶资源 校园屋顶面积充足，考虑布置屋顶光伏、太阳能热水器、冷却设备与辅助设施等。

2.3 项目技术路径——能源高效利用

2.3.1 电力资源技术适宜性

校园屋顶日照条件较好，综合考虑实验、空调设备铺设需求后，仍有较充足的屋顶面积，因此在能源规划中设置一定规模的太阳能光伏发电系统，其优点是技术成熟、低碳环保、经济可行，可实现电力自发自用、即发即用、并网不上网，且有助于屋顶隔热。

为创建绿色能源明星项目，能源规划策略包括光储直柔充电桩及建筑光储直柔点对点示范技术试点。光伏发电处于示范推广期，较为新颖，易形成“虚拟电厂”效果，且直流快充可减少电网冲击。

校园照明能耗占比较高，故采用LED灯及智能照明控制系统，既节能环保，又可根据需求控制照明亮度。

2.3.2 暖通空调技术适宜性

校园暖通空调负荷占比及能耗占比均较高，且校方具有冬季取暖需求，故能源规划采用高效冷机设备及冷热联供的热泵机组空调，便于节能降耗及冬夏两用。

2.3.3 热水资源技术适宜性

综合能源规划中热水资源主要由空气源热泵提供。空气源热泵节能节电，不受天气影响，占地面积较小。深圳冬季温度达不到冰点，热水大量使用处于非高峰时段（19：00后），不会造成用电高峰。

2.3.4 燃气资源技术适宜性

燃气为市政燃气，综合能源规划建议除必要烹饪用气外，其他烹饪实现电气化，局部范围如教师公寓采用全电厨房策略。全电厨房安全性、节能性、环保性更佳，有助于未来电网绿色转型、提升市电绿电占比及降低电网碳排放。

2.3.5 智慧校园

综合能源规划设置智慧楼宇能源管控平台，通过系统节能运维、智能控制及监测系统维护，实现远程监测、能效预警、云端分析、冷热站监测、专家诊断等功能，构建设备运行分析模型。

2.4 项目效益分析——能源高效收益

2.4.1 经济效益

空调系统能耗占比较高，应在绿色建筑设计中提高设备能效方案，设备预计成本回收期约3.3年，每年节省电费约200万元。

按照最大可铺设面积估算光伏经济效益，预计成本回收期约5年，每年节省电费200余万元。

使用空气源热泵及太阳能热水每年可节省费用约100万元，成本回收期约1.5年。

2.4.2 环境效益

按照综合能源系统布局，测算校园单位面积建筑能耗约85kW·h/m2，低于前述科研强校107kW·h/m2。年单位面积碳排放量约37kg/m2，低于高校碳排放平均水平。

2.4.3 社会效益

深圳海洋大学绿色能源规划响应绿色校园、低碳校园政策要求，从能源生产端与消费端同步推进，使建筑转换为“产-用”柔性负荷。建筑温湿度、采光、通风等均符合人体工程学要求，为师生提供健康、舒适、高效的使用空间（见图6）。

针对使用与运维环节开发能源管理系统，利用综合能源管控中心提高使用端服务品质。利用智能化技术最大限度降低建筑能耗，为师生创造更加舒适、安全、高效、健康的学习生活环境。

3 结语

在“双碳”背景下，针对深圳海洋大学校区能源分布情况及用能需求特征，从能源需求侧入手，将能源从供给端经由能源输配网络流向需求端，提升综合能源利用率，降低校园碳排放总量，进而打造绿色校园示范样板。