云南农业大学节电潜力与节电措施

随着云南农业大学办学规模的不断扩大,在校学生和教职员工人数不断增加(目前共计约 16 000 人),学校教学实验办公区、宿舍生活区、商用区的建筑面积都不断扩大,使得全校用电量激增.在此紧张局面下,学校后勤部门对校内用电大户学生宿舍采取了一舍一表、超额付费和限用大功率电器等管理措施,并在其他许多场所安装了节能电器、太阳能路灯等,但依然不能缓解问题.目前,学校采取开放式管理,学生上课、上自习大多无固定的教室,而楼层管理人手少,加之师生员工很少开展节电教育,致使校内师生员工节电意识相对淡薄、节电氛围不浓,浪费现象时常见;校内建筑用电不规范、设备老化、技术更新不及时等问题也很突出,供电效率不高.鉴于做好节电工作不仅能为学校节省有限的资金、响应建设节约型社会号召,还能培养大家的节电意识,为社会节电节能树立典范,因此,笔者认为,若以此为抓手构建绿色节约型大学反而是个良好契机.再者,云南农业大学地处旅游和生态要求较高的春城昆明市,构建绿色节约型大学更显必要.

一、云南农业大学用电存在的问题

(一)管理不到位、节电意识不足

笔者调查得知,云南农业大学相关管理部门很少对全校用电设备进行全面检查,也没有人对各部门或个人的用电行为进行监督,更没有严格的管理制度,久而久之造成师生员工的节电意识淡漠、缺乏节电的动力,校内用电浪费的现象很常见,如教室在没人时电灯依然全开、多媒体设备依然处于通电状态;办公室在无人时依然灯火通明(有的是因为做"形象");深夜里路灯、装饰彩灯依然灯火通明;假期、周末学校变电设备依然全部运行;有的办公室、会议室为追求灯光效果而耗电功率过大;有的管理人员和领导办公面积过大、照明浪费,饮水机等电器整天开,等等,有意识或无意识的行为造成了很大的电能浪费.其次,在学校强调"保证学校正常教学科研用电和生活用电"的前提下,有些部门或个人用电浪费严重而无人管.学校部门较多,各部门用电规模不同,用电设备复杂,因此,在制定用电规章制度时很难全面平衡.

(二)用电设备老化、照明布置不合理

云南农业大学部分楼层建筑用电设备严重老化,如使用年限较长的 2# 教学楼仍在沿用过去的"电感镇流器 + 单灯管"照明模式,不仅浪费电,而且频闪和眩光对同学的视力影响大.学校其他建筑几乎都采用 T8/36W 日光灯,部分楼道走廊采用白炽灯,这使得学校照明用电率低、用电浪费大.其次,校内建筑布灯不合理,如普通学生宿舍照度达不到标准,而新学生公寓内灯管功率过大;1# 教学楼、2# 教学楼内部灯具布置过少,照度达不到要求,而 6# 教学楼部分教室灯具布置过于密集.

(三)专业人员不够、技术更新迟缓

目前,由于学校后勤部门技术人员较少,对现有的用电不合理现象未能提出合理的改进意见.加上全校建筑物多,全校性的节电技术更新速度相对迟缓,只是在少数新建建筑物上按照国家最新规定采取了较好的节电措施.经笔者的分析,若分步实施节电改造项目,并不需要很多启动资金,且效益明显.

二、云南农业大学节电潜力分析

在全校推广全方位数字波普型节电装置.该装置能实现"光亮够时灯灭;光亮暗时有人灯亮、无人灯灭"的要求,很好地改善教室长明灯的现象.根据北京理工大学具体使用后得出节电率 21.9%[1],该装置很适合用在人员流动较大的地方,如教室、办公室等地点.云南农业大学教室、实验室、办公室数量居多,如果能在全校推广节电效果非常乐观.

LED/18W 节能灯替换现有 T8/36W 日光灯.LED/18W 的光效是传统日光灯 T8/36W 光效的 1.5 倍,"使用寿命在 8万-10 万小时,寿命为普通日光灯管的 10 倍以上,节电率是普通灯泡的 90%,是普通荧光灯的 60%"[2],甚至比 HID 或白炽灯有更少的热辐射,安全性能增加 2 倍.通过对云南农业大学教学办公区、学生宿舍生活区、实验楼、图书馆、工程楼等建筑的统计,仅仅室内照明所用的普通日光灯就有 4 万多根,实施节电改造方案将有很好的节电前景.

"学校节电大有潜力,不但应从管理措施上着手,而且还要从技术措施上分析"[3],而笔者认为,鉴于教育单位的特殊性,节电教育也是一个重要的话题,具有长远的社会示范价值,而从身边做起更应该是节电教育的重要组成部分.同时,由于电力技术的快速发展,学校在更新设备、节能优化方面已势在必行.

三、实施节电的主要措施

云南农业大学照明用电约占总用电量的 50%左右,因此提高照明效率是节电工作中的首要任务.根据云南农业大学校园的实际情况,目前建议采取以下措施.

(一)在教室和办公楼安装全方位数字波谱型节电装置

全方位数字波谱型节电装置是根据对光照度强弱的判别和人体特定红外波谱感应原理,利用人体感应技术,通过数字电路的精确分析,实现"按需通电",即"光照够时灯灭、光照暗时有人灯亮、无人时灯灭".该装置负载功率 40-2 800W,自身功率 <1W,能科学地控制终端开关,以达到节约控电和科学管理的双重目的.在此项目实施过程中,由于教室面积大小不同、需要安装设备的方案也有所不同,所以,我们先按照教室的大小分别计算投入预算:中小教室每间安装一台设备 680 元,购买安装材料和改造费 160 元 / 间,每间教室改造费为 840 元.从北京理工大学、大连理工大学等一些高校改造后的效果看,年节电率可达 21.9%.

由于云南农业大学建筑物数量较多,一次性投入需要大量资金,可以分期实现,首先以 2#、5#、7#B 和 7#C 等 4 栋教学楼改造为示范工程,试验得出效果后再进行其余建筑的照明改造.这 4 栋教学楼共有教室 164 间,需要安装设备 176台,总投入为 14.784 万元.根据北京理工大学使用后节电率达 21.9%、按照本地教学用电价格 0.681 元 /kWh 计算:这些教室共有飞利浦 T8/36W 型灯管 3 780 根,安装该装置后每年节电 108 775.5kWh,节约电费 7.41 万元,两年内可以收回成本,节电效果非常乐观.

(二)在教室和宿舍全面换用 LED 节能灯

目前,云南农业大学教学区(包括 2#、4#、5#、7#B、7#C 教学楼和相对分散的研究生自习教室等)、办公楼、学生普通宿舍 1-8 栋、学生公寓 9-15 栋等建筑内部照明灯具几乎都使用飞利浦 T8/36W 荧光灯管;学生宿舍区新公寓 16-18 栋使用天彤 T5/28W 荧光灯.教学区除 2# 教学楼采用单灯管 572根,其余教室均使用双灯管共 4 336 根,两者合计 4 908 根传统 T8/36W 日光灯.学生宿舍区 1-15 栋共有 7 230 根传统T8/36W 日光灯,16-18 栋共有 6 286 根 T5/28W 日光灯.

LED 灯是一种能将电能转化为可见光的固态半导体器件,它能直接把电转化为光.它"采用扩散平板式灯盘,灯具光线柔和,不管灯管采用纵向还是横向的布灯方式,都不会造成眩光问题,并且不会出现荧光灯常见的频闪现象,可消除灯具频闪引起眼睛疲劳的问题"[3],弥补了普通荧光灯的灯光缺陷.另外,LED/T8/18W 灯管与 T8/36W 荧光灯管相比具有以下优点:LED/T8/18W 的光效是传统日光灯 T8/36W 光效的1.5 倍;LED/T8/18W 日光灯的照度要远高于传统 40W 日光灯;LED 灯使用寿命是普通日光灯管的 10 倍以上,而且不存在要经常更换灯管、镇流器、起辉器等问题;节电率在 50%以上等优势.LED 节能灯既能节电,又提高照明效果,是学校实施节能改造的理想选择.经过对市场上品牌繁多的LED灯调查发现,彼此价格差距大,对比之下,天彤牌 LED 灯性价比较高.

因此,笔者建议用天彤 LED/T8/18W 和天彤 LED/T5/14W 为新灯管进行照明改造:在教室内全部用LED/T8/18W 替换T8/36W日光灯,在学生宿舍内全部用 LED/T5/14W 替换 T8/36W 和T5/28W 日光灯.通过照度分析,建议在学生普通宿舍和老公寓 8-14 栋内每间安装 2 根灯管,在新公寓 15-18 栋的 4人间安装 2 根灯管、6 人间安装 3 根.

以一间可容纳 60 名学生的普通中型教室(如 5# 教学楼)为例来分析:教室面积 =10.6m×6.7m=71m2,依据建筑照明设计规范 GB 50034-2004 取教室照明功率密度标准值9-11W/m2,照度标准值 300lx,则按 36W 日光灯管计算的用灯数量 = 平面面积×功率密度值÷单支日光灯管功率=71×11÷36≈21 支.若保守估计,按每年平均上课时间 8个月、每月 25 天(考虑部分周末教室不使用)、每天开灯 5 小时,额外加 10%整流器耗电,电价按学校教学用电 0.681 元 /度计算,则每年用电 831.6kWh,电费约 566.3 元.若更换成21 支天彤 LED/T8/18W 灯管,光效基本不变,每年用电约378.0 kWh,电费为 257.4 元.因此,这一间教室每年节电约453.6 kWh,节约电费约 308.9 元.同理,对于整个教学区,每年用电约 19.436 万 kWh.改造后每年用电 8.835 万 kWh,每年节电约 10.601 万 kWh,节电率约 54.5%.按学校教学用电0.681 元 / 度计算,节约电费开支约 7.22 万元.而天彤LED/T8/18W 每套单价为 50 元,整个教学区更换成本共需24.54 万元;二者折算相当于投入的年回报率约 29.4%,亦即3 年左右能收回投入成本.

对于学生宿舍区:按平均每年使用 8 个月、每月 30 天、每天开灯 6 小时,外加 10%整流器耗能.1-15 栋现有T8/36W灯管 7230 根,年耗能 37.855 万 kWh;16-18 栋共有 T5/28W灯管 6 286 根,年耗能 25.598 万 kWh.如果宿舍全部换为天彤 LED/T5/14W 灯管,共需 8542 根,每年耗电 17.221 万kWh.因此,宿舍区每年节电约 46.233 万 kWh,节电率为 72.86%.按相应电价 0.473 元 / 度计算,年节约电费开支 21.87 万元.按每套灯具单价 38 元算,宿舍区共需投入 32.46 万元;二者折算相当于投入的年回报率达 67.38%,亦即不到2 年就能收回投入成本.

以上更换灯具的分析汇总如表 1.若学校学生宿舍区和教学区照明改造第一步确定为只更换灯具,则总投入仅约 57万元,并不算大,其回报是年节约电费约 29.09 万元,相当于投入的年回报率达 51.03%,亦即 2 年内就能收回投入成本,效益很可观.(表1略)

(三)调整学校变压器运行方式

外部电网在进入学校前,要经过学校变压器降压,而学校变压器对电能的损耗较大,所以降低变压器损耗成为节电工作的重要组成部分.据调查,学校老校区采用老式油式变压器,新校区采用干式变压器,但由于油式变压器的电损耗较大,因此,建议将油式变压器更换为干式变压器.在寒暑假、法定节假日等休假期间,学校变压器处于低负荷运行状态,变压器运行效率很低,有的在低载或空载状态下运行,电损耗很大.因此,建议在休假期间调整变压器的运行方式,合理地切除几台并联运行的变压器,以提高变压器组的运行效率,达到节电的目的.其次,当保证了实验楼等有专用供电线路时,在夜间、周末停运部分变压器,也可以减少部分电损耗.

(四)改善布灯方案,调节校园内路灯开通时间,保证现有灯具通光量

根据实际调查,2# 教学楼普通教室和阶梯教室灯具过少照度不达标、存在频闪和眩光现象,这对学生的视力影响很大,相反 6# 楼 D 区有部分教室的灯具布置过于密集,存在不必要的电能浪费.因此,学校应根据教室的不同大小、不同位置和楼层特点采用合适的布灯方案.另外,学校目前有 400多盏路灯、300 多盏装饰小灯,这些灯具夜晚几乎通宵工作,实际上可以根据不同位置、选择性地交叉关闭一些路灯;除在节假日开通一些装饰灯增加气氛外,其余均可关闭.另外,教室中的灯具基本采用悬挂式,由于通电的灯具上具有一定磁性,容易吸附空气中的灰尘,致使灯具光通量减少;因为灯管除了本身在燃点 3 000 小时后自然老化、照度下降 10%-25%外,还会因灰尘的吸附使照度下降 20%[4],因此定期清扫灯具上的灰尘对保证灯管最大光通量输出也很重要.

(五)完善用电规章制度,实行节电考核机制

除以上多种技术措施外,在管理上,笔者建议学校要完善用电管理制度,如增加对不同用途的教学楼、办公楼、实验楼等的用电限量管理、超额付款或罚款;将用电管理纳入对部门领导的职责考核与奖罚体系等.同时,增强后勤部门和教室管理部门的职责,做到职责明晰,奖优罚劣;并定期检查和总结节电经验、分析超额用电的原因;对节电工作成绩突出的部门和个人给于一定的表彰和奖励,对超额用电、浪费严重的部门予以批评和公示;加强建设节约型社会的宣传力度,激发师生员工的社会责任感和良好的公共意识,引导师生员工积极参与节约行动,形成良好的节电节约氛围,努力早日建成绿色节约型大学.

四、结论

云南农业大学校园是一个用电大户,随着电力技术的快速发展,在技术上及时实行节电改造、节能优化很有必要.如果采用分步实施的办法,如先从学生宿舍和教室照明改造、更换节能灯具开始,初期投入并不高,而且投入的效益很可观.同时还可以积累经验,为全面实施节电改造做铺垫.

高校作为教育场所,在节电问题上具有特殊性,因为构建节约型大学、让学生从身边潜移默化的行为中得到节电节能教育将是一笔宝贵的社会财富,对学生、对社会都有长远的示范作用,也更加有利于学校的可持续发展.

参考文献:

[1] 王文焕,王冰.北京理工大学教学楼照明节电改造[J].电力需求侧管理,2008,10(6):44-45.

[2] 无名.最适合 LED 灯应用的场所[J].合作经济与科技,2012,455(下):127.

[3] 陈力新.高校节电技术措施的探讨[J].大众用电,2000,(11):36-37.

[4] 张艳雯.教室照明的经济分析及节能措施[J].岳阳师范学院学报:自然科学版,2001,(6):73-76.