当前的世界环境

介绍

可再生能源在各国能源组合中的重要性在全球范围内得到了重要性。增长人口与日益增长的国内和工业需求相结合，这一直对能源部门施加巨大的压力。全球变暖，臭氧层耗尽，气候变化等的环境问题;保证利用传统能源资源，并强调能量混合中清洁燃料的需求。¹问题在印度等经济体中更为重要，是世界上第二大有人的国家，主要由基于煤炭能源驱动。^2、3

可持续能源资源一直是减少常规能源资源负面影响的政策框架的主要必要性。可再生能源，如太阳能，风，生物质，潮汐，波和地热，可以用作替代或与传统能源组合使用，以降低这些影响的幅度。^4，5在印度，由于煤炭储量的开采和煤炭残留对消费的影响，煤炭消费量的增加对生态造成了重大影响。此外，高灰分煤的质量较差，也造成了周边地区空气污染的恶化。为了克服这些问题，在可得性的基础上使用替代的非传统资源可能是可行的解决方案。在印度的情况下，由于印度上空的全球太阳辐射事件在1200到2300千瓦时/米之间，大多数地区都有充足的太阳能²/年度约300日晴朗的日子。^{6, 7, 8, 9, 10, 11}

由于建筑在整个生命周期(建筑、公用事业和拆除)中都需要大量的能源投入，因此建筑能耗是优化能耗的可行领域。有研究指出，全球30- 40%的能源消耗是由建筑物消耗的，而建筑物排放的温室气体占温室气体排放的40% - 50%。通过选择合适的材料、技术，包括可再生能源资源和提高能源效率的电气设备，可以最大限度地减少建筑的负面影响。通过这些主动和/或被动技术优化能源消耗，从长远来看可以节约能源，实现经济和环境的可持续发展。^{12、13、14、15}

通过促进多学科研究，提供各个领域的各种课程各种课程的大学在该领域中发挥更大的作用。大学政府可以通过鼓励浪费，节能，自然资源的使用等政策来宣传环境可持续性的概念，通过储存，节能，使用自然资源，加强绿叶，采用建筑物的设计，建设和运营的绿色原则。^16,17,18,19.jain和pant（2010）在印度新德里泰里大学进行的研究工作;通过校园的案例研究提出了大学环境管理模式。学习主要集中在考虑方面的ISO 14001指导方针。在校园内有效的环境管理工作中确定的关键领域是废物管理和能源效率。^20.考虑到上述要点，本工作主要集中在优化在校园内创建的Annapurna Bhawan建筑的能源消耗，用于烹饪和为校园的学生提供食物。

研究区

本作工作中讨论的研究区域是Jaypee工程和技术大学（Jaiprakash Sewa Sansthan（JSS）建立。Juet位于印度Madhya Pradesh Madhya Pradesh Guna区Agra-Mumbai National Highway的Raghogarh。大学在一个125英亩的地区蔓延，住房人口超过3000，通过宿舍，为学生和住宿到教职员工。目前，该大学一直在工程和科学领域的毕业生，毕业生和博士层面提供各种课程。大学建筑布局包括学术建筑，住宅区，混乱，购物综合体和宿舍，如图1所示。在研究中，考虑了Annapurna Bhawan（在图1中表示为FAS），在研究中，由于以下原因，使用生物质和太阳能优化建筑物中的能量效用：

该大学的建筑以一种加强自然通风和空气流动的方式设计，为建筑公用事业提供能源效率。此外，学校有更大的植物覆盖面积，雨水收集系统(通过湖泊收集来自各地的雨水，图1)和校园生活废水的再利用。

学校有三个用餐区，两个厨房(分别为学生和工作人员)产生食物垃圾(蔬菜和水果皮，丢弃的食物);此外，居民区、蔬菜杂货店和校园内的café加起来有相当数量的有机废物产生，为生产效用提供了好处。不同来源产生的废物被分开收集，这提供了废物容易分离的优势。

大学烹饪方式大多是机械化（能源详尽的），突出了用非传统能源替换的需求。

本大学存在的地区被Madhya Pradesh贸易和投资促进公司确定为潜在地区，对于太阳能发电，辐射范围为5.6-5.8千瓦时/平方米/天，晴朗持续时间较长。^21.

图1：大学校园计划 点击这里查看图

本研究确立了以下目标

分析林德布尔纳布尔纳布布恩的现有能源利用方案;了解开发节能建筑方面可行的选择。

评估校园内产生的食物垃圾用于安装沼气厂的可能性。

研究通过合适的应用来利用太阳能的好处。

分析和比较所得结果，以决定发展节能建筑的可能方案。

方法

如图2所示，该工作已广泛开展。

图2：采用方法 在这项研究中 点击这里查看图

样品采集

对于居民区来说，固体废物每天都在收集，上午按门挨户收集。从不同住宅小区收集的垃圾在运输前被转移到大型垃圾箱;这时，将所有箱子倒在地上，收集有代表性的样本;样品充分混合后。然后对样本进行四等分，再对四等分的样本进行四等分，以获得具有代表性的样本。如有混乱，样本是在下午准备好餐后采集给学生，包括因为准备早餐和午餐而产生的食物垃圾。

图3：从居民区和学生食堂厨房收集垃圾 点击这里查看图

方法22.

所有的废料样品立即被分析，以确定废料本身的组成，使用弹簧天平。对从垃圾中采集的食物垃圾进行了进一步分析，以估计其特征，以便进行有益的加工和利用。对食物垃圾样品进行水分含量、pH值、挥发分和固定碳等参数分析。

垃圾成分

通过从代表性样品中分离不同馏分，并对这些馏分进行称重，分析其个体组成。

水分含量

在1050℃下烘箱干燥1小时后，测定水分含量为质量百分比变化。

挥发分和固定碳含量

挥发性物质（和固定碳含量）通过600点火损失测定^0.C在马弗炉中持续两小时。通过除去挥发物质后留下的可燃残渣估计固定碳含量。

ph

pH值用数字pH计(玻璃电极)测量，将10g固体废物溶解在500ml蒸馏水中，静置5分钟。

数据采集

发现烹饪区（为学生和工作人员）被发现是蔬菜皮，果皮果皮等形式的食物垃圾的主要贡献者。收集了一年跨度，以适应学生度假期间发电量的变化。在度假期间，在工作日内和每天15公斤的平均数量为每天100公斤。从住宅区，观察到每天约100公斤的食物垃圾量。自助餐厅和蔬菜杂货店等来源，每天都有助于轻微的数量。

为了了解利用太阳能应用的可行性，本研究采用了Pandey在研究区收集的温度数据et al .,(2015)^26.使用大学环境工程实验室现有的Environtech风监测仪(wm271)。数据由作者在全年中每天收集(每小时数据)。将收集到的数据应用于根据气温为25的年份的日数来估计晴天日数^oC（该温度已被认为是PV模块以高于该值的温度在其额定效率下操作）。太阳能转换通过太阳能电池进行，许多这样的电池连接在一起形成PV模块。光伏模块可以是独立的，网格连接或混合系统。将逆转器转换为交流电流需要。PV模块的性能根据工作温度为25的额定值^oC, AM 1.5的光谱分布和100 W/m的入射太阳辐照度²．^28.

沼气挖掘

研制了用于测试的沼气池，容量为200升(如图4所示)。对滚筒进行了校核，确保内表面均匀，随后增加了进、出口布置。第一次试验分两个试验进行;沼气沼气池最初是从食堂、餐厅、居民区和蔬菜杂货店等来源收集的有机废物，按生成数量的比例(主要是90%来自居民区和食堂，10%来自杂货店和咖啡馆，等量)。在第二次试验中，只有以蔬菜和果皮为主的垃圾在消化池中进行厌氧消化。为了达到满意的厌氧消化，固体浓度维持在每100份泥浆中有9份。^9.pH值在24天内交替监测，使用注射器法评估沼气质量的潜力。注射器法通过吸收CO来测定厌氧消化过程中产生的甲烷气体浓度₂在NaOH液体中的气体。使用注射器的注射器和出口在常规的交替日基础上收集样品通过管通过管通过管连接到烧杯中的NaOH液体。合作的吸收后剩余的气体量₂估计为甲烷的体积。也用火焰的亮度检查了甲烷气体释放的亮度。^23.在温度变化小且大部分时间为室温的地方研究了反应器的性能。

图4：厌氧消化器 用于研究 点击这里查看图

结果与讨论

废物样本分析

从居民区收集的垃圾样本的个体组成来看，有机垃圾的优势高达65%(如图5所示)。从垃圾中收集的样本主要由蔬菜和水果皮(高达90%)的食物垃圾组成，只有少量的其他包装材料，塑料和纸张被观察到。

图5:住宅区产生的废物的个别组成 点击这里查看图

对从食堂收集的食物垃圾样品进行分析，结果表明厌氧消化是可行的(如表1所示)，所得值与标准规定的理想范围进行了比较。^24.厌氧分解在两个阶段酸性成型剂和甲烷成型器中进行。pH为获得所需结果发挥着重要作用。^25.废水的pH值在中性范围内，为厌氧分解过程中的波动提供了最佳条件。

表1:粪便有机废弃物采样结果

厌氧消化池的工作

在研究中，在厌氧消化期间观察到pH值是限制步骤，但发现在影响过程效率的试验1中发现影响更高。结果表明，在发起后8天结束，pH从7.1至5.2下降。即使在10天结束时，所产生的气体也显示出轻微的火焰，显示了CO的主要职位₂气体。注射器测试结果也显示CO含量较高₂在那个时候。甲烷气体释放量在14天后增加(超过释放气体总量的50%)，在22天后减少。试验2系统的效率增加了由于较小的波动博士pH值从7.3变化到6.1后8天,但主要区别观察对甲烷气体的生产(大于50%),观察经过12天,在整个研究过程中，体积产气速率比试验1高得多。12天后，观察到明亮的火焰，注射器的液面显示CO的吸收较少₂表明甲烷含量较高。

沼液成分和pH变化的主要原因如下:在试验2中，从垃圾中收集的全部是水果和蔬菜的果皮，而在试验1中，除了果皮、包装食品、含有黄油、奶酪和其他惰性组分(如纸盘、包装纸或塑料等)的丢弃食品之外，垃圾的成分也有所不同。虽然废物处理时只考虑食物垃圾部分，但水分含量的变化和微量其他部分的存在;是影响厌氧分解速率的主要参数。该研究指出，通过在这些来源上实施两个垃圾箱系统，以减少其他成分的影响，有效利用是可行的。操作良好的蒸煮池保持最佳的操作参数，可提供连续的生产产量。

太阳能潜力

Pandey收集的数据结果et al。，（2015）^26.建议平均值6小时(温度25℃以上)^oC)在300个晴天观测到。区域平均太阳辐照数据来源于国家太阳辐射数据库^27.建议每平方米5.6-5.8千瓦时的潜力。图。图6示出了所有月份的温度的昼夜变化，在图6中表示的数据。在每个月的第三周内随机收集。结果表明，全年温度非常有利，用于生产利用。在4月，5月和6月期间观察到利用的最大潜力，温度超过25次^oC约8小时的持续时间，从11月到2月开始的较冷的月份被观察到。应用可以扩展到热水器，除了转换为电力之外的炊具。

Annapurna Bhawan提供的屋顶区是2378平方米，现场检查和测量结果表明，50-60％的区域可用于太阳能电池板安装（即1307.9平方米）。可用区域以黄色显示出来，表示导管/机械等的存在，蓝色和绿色色调表明植被和喷泉的存在，如图7所示。某些区域尚未被认为是由水箱掩盖的。研究估计通过利用光伏模块发电，最高可达19000个单位可能是每月可行的，增强节能和碳脚印。

图六:不同月份的日间气温变化26. 点击这里查看图

图7：可利用的屋顶地区Annapurna Bhawan 点击这里查看图

结论和讨论

本工作概述了利用生物量能源和太阳能将现有建筑转换为节能建筑的可行性。以下是从研究中得出的结论：

研究区域的温度是一个有用的参数，允许有效的适用性利用太阳能和生物质能。

目前，与传统液化石油气烹饪结合使用的能源消耗设备有:洗碗机、切割机、研磨机、剥皮机、锅炉厂、杀虫机、面包烤面包机、烤箱、冷库等;这可以很好地补充以沼气和太阳能为基础的设备，提供生态和经济效益。

来自杂乱产生的食物浪费表明通过生化转换的可行性更高。在PH和水分含量如pH和水分含量的良好操作参数下使用厌氧消化器的生物化学转化可以显着降低建筑物中的LPG消耗。1000升容量的沼气厂的安装将有助于每月取代4482.76升LPG，从而在一个月内储蓄141864.73。

可使用屋顶面积1307.9米的光伏组件安装²将有助于每月为19015个单位减少电力消耗。大学有一个单独的变电站;因此，可以将太阳能光伏模块用于发电，可以直接连接到电网。在安纳布尔纳布布尔乱七八糟的沼泽和太阳能利用设备的安装中，总节省了每月大约2.5万卢比（通过降低的电力和LPG消费）。

安装节能的被动式装置，进一步优化耗电量。适应这种做法可以带来资源的可持续利用、更好的环境质量、激励学生以及整体运营和维护成本的降低等好处。

建议

本研究探讨了发展节能建筑的可行方案。本研究未考虑以下方面，有待进一步研究:

选择适合的太阳能组件，提供广泛的应用，从太阳能炊具到热水器和发电，可以安装在建筑物和它的方向。

被动节能灯具的范围及其相关的益处提高了能源效率。

由于校园内植物覆盖面积更大，可以进一步扩展研究，将某些类型的园林垃圾与食物垃圾结合使用，作为生物消化池的成分。

考虑季节变化的大气温度对过程参数的影响可以很好地扩展本研究。

参考

1. l.pe'rez-lombard。，j.ortiz。，c.pout。“关于建筑物能源消费信息的审查”，能量和建筑物。2008; 40：394-398。
   十字架
2. vij.d.“印度的城市化和固体废物管理：目前的实践和未来的挑战“，程序 - 社会和行为科学。2012; 37:437 - 447。
   十字架
3. Central Electric Authority (CEA) (2016) ‘All India installed capacity (in mw) of power stations (As on 31.05.2016) (Utilities)’, Government of India [Online] http://www.cea.nic.in/reports/monthly/installedcapacity/2016/installed_capacity-05.pdf
4. Garg.P。《2020年印度能源前景和愿景》，可持续能源与环境杂志。2012; 3:7-17。
5. Kamkan N.， Bercin K.， Cangul O.， Morales M. G.， Kulam, M. M.， Saleem M.， Marji I.， Metaxa.”南安普顿大学高等校园的可再生能源解决方案"，可再生和可持续的能源评论。2011;15 (6):2940-2959。
   十字架
6. 印度的可再生能源:现状和潜力活力。2009; 34:970 - 980。
   十字架
7. Sudhakar.K。斯利瓦斯塔瓦。T，“36W太阳能光伏组件能量与火用分析”，国际环境能源杂志。2012; 35（1）：51-57。
   十字架
8. Ramachandra T.V.，Jain R.，Krishnadas G.“印度太阳能潜力热点”，可再生可持续能源评论．2011; 15(6): 3178 - 3186。
   十字架
9. Saeed S. S.， Sharma D. K. (2012)，非常规能源， S.k. Kataria & Sons, ISBN-13:9789350142288。2014.Guttikunda S. K.， Jawahar P. "印度燃煤火力发电厂的大气排放和污染"，大气环境。2014; 92：449- 460。
   十字架
10. 煤炭消费和工业发展是否加剧了中国和印度的环境退化?”,环境科学与污染研究。2015; 22：3895-3907。
    十字架
11. 建筑的生命周期能源分析:概述能源和建筑物．2010; 42：1592-1600。
    十字架
12. D. Kolokotsa。，D. Rovas。，E. Kosmatopoulos，K.Kalaitzakis。“致力于智能净零和正能量建筑的路线图”太阳能。2011;85 (12):3067 - 3084。
    十字架
13. I.Sartori。， A. G. Hestnes，“传统和低能耗建筑生命周期中的能源使用:一篇综述文章”能量和建筑物。2007; 39:249 - 257。
    一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱CrossRef
14. 新商业建筑中的能效措施的生命周期碳和成本分析Joshua Kneifel能量和建筑物。2010; 42:333 - 340。Azucena E.， Sonia B.， Héctor J.， Daniel C.， Mireya I.， Claudia S.“墨西哥大学校园的能源消耗和温室气体排放情景”,“Energ。Sust。Dev。15:2940 - 2959。
15. Habib M. A.，Ismaila A.“实现校园可持续性的综合方法：对当前校园环境管理实践的评估。”j .清洁刺激．2008; 16（16）：1777-1785。
    一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱CrossRef
16. Shahrom M. Z.， Noor E. A.， Basria。， Hassan B.， Norhidayu Z.， Rahmah E.， Maisarah A.， Tiew K. G.， Zarina S.， Sarifah Y.， Ismi A..I. K.“关注回收实践，促进可持续行为。”Procedia - Soc。本·。科学。201260:546-55。
17. 黄牛，史蒂夫K.，史蒂夫K.，Aung A.L.W.，Htun K.，吴X.，吴X.“对热带机构校园里的绿色植物的影响”。建筑＆env。2007; 42（8）：2949-2970。
    一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱CrossRef
18. ain S.， Pant P.，《教育机构的环境管理体系:以新德里TERI大学为例》，国际高等教育可持续发展杂志。2010; 11（3）：236-249。
    一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱CrossRef
19. Madhya Pradesh贸易和投资促进公司（MPTrifac）。（2017）。印度标准（bis）（1982），“固体废物的分析方法”是：10158.A.J.Guwy设备用于测试环境科学与生物技术的厌氧生物降解性和活动审查。2004; 3：131-139。
    十字架
20. 城市发展部（MOD）（2000），“坚实的废物管理手册”，由印度政府城市发展部出版。可用于：http：//moud.gov.in/Advisory/swm_manual。Peavy H. S.，Rowe D. R.，Tchobanoglous G.“环境工程”。麦格劳山国际版，土木工程系列，ISBN 0-07-1002316。1985年。
21. 答:Pandey。尚卡尔(Y. S. Shankar A.)，萨克斯纳(Saxena)。, R口。《利用太阳能进行校园可持续能源管理——以Juet, Guna为例》，发现。2015年,41(190):156 - 162。
22. 国家太阳辐射数据库（NSRDB）全国可再生工程实验室，2017年详细信息在HTTPS://nsrdb.nrel.gov/ Zeman M. Photo Voltaic系统。第9章（太阳能电池）在线提供http://ocw.tudelft.nl/fileadmin/ocww/courses/solarcells/res00029/ch9_photovoldaic_systems.pdf。2015年。