公共建筑节能技术探讨

2012-08-15厦门万安智能股份有限公司

智能建筑与智慧城市 2012年5期

关键词：能源管理冷却塔水泵

文｜厦门万安智能股份有限公司陈新

1 引言

（1）公共建筑耗能电气系统节能与《绿色建筑评价标准》

在《绿色建筑评价标准》中，公共建筑耗能电气系统节能主要体现在5.2和5.6章节，即公共建筑的节能与能源利用，以及公共建筑的运营管理两章与设备节能有关的内容中。

（2）节能技术应用的实施建议

《绿色建筑评价标准》针对公共建筑的节能评价，基本上着眼于设备设施的选型方法及标准。笔者建议在耗能设备选型的基础上，从耗能系统整体运行的层面综合考虑具体的节能技术措施。以中央空调系统为例，根据整体负载情况，除需考虑冷水机组的设备选型，还需考虑与其相配套的水泵、冷却塔、末端的风机盘管的选型。除此之外，为保证各设备能够相互匹配，以实现系统运行的高效、节能，还需配备一套控制系统，监测和控制各耗能设备的运行，根据末端的负载情况调节设备的运行参数，使其运行达到高效、节能。因此，笔者借本文提出采用冷冻站群控技术，并建立能源管理平台或系统，以强化公共建筑耗能电气系统节能的建议，与广大同仁交流。

2 合理采用冷冻站群控技术

设计建设设备自动监控系统时，要强调其在冷冻站群控方面的应用。制冷主机的能耗在建筑电气总能耗中占较大比例，往往制冷主机效率的小幅提升就会带来较大的节能量。冷冻站群控的主要工作内容就是优化制冷主机群的启动顺序，优化冷却水的水温和冷却塔的运行，并根据末端的用途提供合适温度的冷冻水，调节组合式风柜的送风温度，实时监测空调机房的参数，尤其是制冷主机的运行效率。

冷却水的供水温度对制冷主机的效率影响很大，冷却水温度越低（需高于制冷主机冷却水水温最低要求），制冷主机效率越高。

绝大部分制冷主机的工况都有一个高效段，不同主机高效段的位置不尽相同。大多数离心制冷主机，其整个负荷区间内的效率最高点并非出现在负荷为100%时，而是出现在负荷为70%~90%之间时。设备自动监控系统应调整每台制冷机的运行参数，使之与制冷主机性能曲线相匹配；如果机组的某些参数有了较大的变化，以致对制冷曲线构成了影响，系统应自动更新制冷主机性能曲线。如果要将水泵等辅助设施也考虑进来，以确定空调水系统的效率，系统也可以将辅助设施纳入，并绘制另外的曲线。

在实际运行中，系统将分析当前的负荷，同时根据当前的部分负荷曲线库，对不同搭配组合的能效进行排序，并据此选择主机等设备。如果某台主机出现报警或其他异常情况，系统将不会把该主机纳入选择范围内。

制冷主机冷冻水供水温度将直接影响制冷主机效率。冷冻水温每升高1℃，制冷机的效率将提高3%~4%。但是，过高的冷冻水供水温度将降低风系统的除湿能力，使之在面对高湿的情况时难以控制湿度。对于室内散湿量不大，室内湿度主要受新风影响的空间，根据室外的温湿度和室内的负荷合理调整供水温度将提高系统的效率。此外，冷冻水的供回水温差也影响着空调水系统的效率。

冷冻站群控方案的具体内容是：通过自动采集冷却水入口温度、每台制冷主机的冷冻水供回水温度、冷冻水集水器和分水器的温度、冷冻水流量、制冷主机功率、冷冻水系统最不利端压差等，制定整个冷冻主机系统的运行策略，包括统筹启停、分配负荷、平衡冷却塔和冷却水泵开启数量，同时针对每台制冷主机绘制部分负荷效率曲线作为负荷分配依据，根据末端需求及室外天气情况（如室外温湿度等）优化冷冻水供水水温，通过自适应控制器预测水系统部分负荷效率，优化制冷机组的启停，确定并/串联水泵组的流量状态点，优化冷却水温度、冷冻水供水温度及多主机的负荷分配来提高制冷机房的运行效率。

3 建立能源管理平台或系统

建设能源管理系统的目的是：

◆ 了解建筑能源消耗的整体情况；

◆ 通过对运行数据与类似项目的横向比较和与本建筑历史数据的纵向比较，归纳总结本建筑能耗的特点，找出建筑节能的薄弱环节，确定建筑节能改进的重点；

◆ 掌握建筑能耗的详细情况，包括建筑内各区域的建筑面积、所用能源类型、能耗强度、具体能耗数值以及典型建筑的分项能耗数据等，以确定节能改进的具体措施，同时确定能耗的变化发展趋势，科学地预测建筑能耗。

借助能源管理平台或系统，能有效地发现建筑内部的用能异常、能耗漏洞，对不合理的用能方式进行革新，更加合理地分配和利用各类能源，从而更精准地控制能源消耗；在保证提供舒适环境的前提下，帮助物业管理者和用户建立起管理节能的模式，挖掘自身的节能潜力并结合技术节能措施，有效地降低能源消耗，可创造巨大的经济效益和社会效益。

能源管理平台或系统由硬件设备和软件系统组成。其硬件设备中的计量表和采集器用于对用电设备的数据采集、存储、分析（《绿色建筑评价标准》中有对用电设备数据的采集、存储、分析的要求）。其软件系统包括能源监管和控制，符合对建筑用户能源消耗环节进行分类和分项的要求，可动态展现建筑用户的能耗、平均能耗、能耗变化趋势以及对标分析结果等。能源管理平台可以完善能源信息的采集、存储、管理和利用；建立分散控制和集中管理机制；减少能源管理环节，优化能源管理流程，建立客观的能源消耗评价体系；减少能源系统运行管理成本，提高劳动生产率；加快能源系统的故障和异常处理，提高对能源事故的反应能力；节约能源和改善环境。能源改造案例反映，能源管理系统可帮助企业从管理入手并结合各类技术节能措施，在8~10个月内，实现节能2%~5%。

4 节能改造案例

4.1 某办公大楼的节能改造

4.1.1 节能改造前的情况

某办公大楼，节能改造前的主要能耗为电力消耗，其中又以空调及照明能耗为主——超过总能耗的60%，空调能耗约占总能耗的40%以上，2010年总电耗高达7.17×106kWh。

（1）冷冻站包括三台400RT螺杆式电制冷机组，总制冷量为1200RT，1993年投入使用。系统整体运行采用根据经验判断冷负荷，确定机组使用数量及运行时间的方式；其管理虽然比较可靠，但很难精准判断实际负荷，实现节能控制。

（2）中央冷源系统为一次泵系统，包括三台冷冻泵、三台冷却泵、两台冷却塔。

（3）中央冷冻站配备有两台冷却塔（配备有7.5kW单速马达风扇），每台冷却塔的各支管都有其独立的手动阀门，阀门开度常年控制在45度左右。冷却塔风机的运行控制通过手动开关实现，启停数量由现场工作人员根据经验决定；系统无法根据实际负荷匹配运行台数以实现最优的节能效果。

（4）主楼的空调末端系统主要为“风机盘管+新风机”系统，部分公共区域使用空气处理机组。使用时间较长的主要是大堂及其他的公共区域的空气处理机组。

（5）主楼内的照明设备主要是T8灯管及电感镇流器，不属于高效节能灯具。

4.1.2 节能改造的措施与效果

（1）针对原冷水主机功率设计偏大，整体运行不能根据末端负载进行调节等情况，采取如下措施进行改造：将两台400RT的冷水机组更换为两台372RT的高效螺杆式冷水机组，同时更新对应的冷冻、冷却水泵并对冷冻、冷却水管进行相应的改造；安装冷冻站群控系统，并为新安装的冷冻水泵、冷却水泵安装变频器，在水系统中安装温度传感器、流量及压力传感器，以确保控制策略的实现。中央空调设备控制工作站改造完成后实现的功能包括：空调主机启停优化、空调主机时间表顺序控制、供回水温差和流量设定优化控制、设备运行跟踪记录及保存。借助群控系统，可实现根据实际负荷调节水泵和冷却塔风机的开启台数、运行功率和空调水流量，达到节能目的。

（2）针对空气处理机系统始终以工频运行，不支持根据末端负载调节运行参数等情况，采取如下节能改造措施：更新6台空气处理机组，安装变频设备、电动冷冻水阀、风管送回风温度传感器；增加了DDC控制器；通过群控系统控制空气处理机组的启停、调节风机的运行频率；根据实际负荷，通过控制冷冻水阀的开度，调节冷冻水流量。如此实现了节能，同时降低了运行维护成本。

（3）将目前使用的1417支18W电感式日光灯以及1320支36W电感式日光灯替换为带电子镇流器的T5电子荧光灯，替换中可在不影响照度的情况下用小功率荧光灯替换大功率荧光灯，达到节能的目标。

（4）建立能源管理平台，通过能耗监测平台查看设备运行情况分析，对比改造前后的能耗统计数值，将设备的运行纳入到楼宇自控系统的监测与控制管理下，实现参数自动调节，排除人为判断的因素，节能效果明显。

本项目采用能源合同模式，含以上所有设备改造的总投资为650万，预计投资回报期为4年半。目前已投运近一年，效果高于预期。

4.2 某酒店节能改造

某酒店2008年进行了大规模的扩建改造，2011年3月底完成了节能改造。

（1）2008年扩建的三个冷冻站，所用制冷主机为大金冷水机组（部分带热回收功能），综合效率较高，维保情况良好；所用冷冻水泵、冷却水泵为定流量系统；由于未安装楼宇自控系统，设备的运行及管理均通过现场手动操作实现；运行中增减主机、设置设备参数等基本采用按经验操作的模式，无法实现冷源系统各设备科学地配合运行、以最高的效率运行的目标；冷冻水泵转速、冷冻水供回水温差波动大，低负荷时在1~3℃之间，高负荷时为3~5℃；温差小于5℃的设计温差，系统未能最大程度地发挥节能潜力；冷却水泵在以定流量模式运行时，供回水温差波动大，低负荷时在2~3℃之间，高负荷时为4~6℃，有一定的节能空间。

实施节能措施包括：为冷冻站引入群控系统，实行精细化控制，将冷冻站的能效最大化；对冷冻水泵、冷却水泵进行变流量改造，将之纳入新的群控系统，使其部分负荷时的效率最大化；改造冷冻水压差旁通阀门，使其支持通过楼宇自控系统科学地调整其设定参数。

（2）2008年装修以前已有的两个冷冻站，制冷主机为日立冷水机组，已经过较长时间使用，效率较低；冷冻水泵、冷却水泵为定流量系统，水泵多年未更新，效率较低；由于未安装楼宇自控系统，设备的运行及管理均通过现场手动操作实现；调整设备运行、设置设备参数等基本采用按经验操作的模式。

实施节能措施包括：改造冷冻水管道，使之与大金制冷主机的冷冻水管道相连，通过新安装的楼宇自控系统调配冷冻水的输送；由新冷冻站统一供冷，将原有制冷主机与水泵作为备用冷源，纳入新楼宇自控系统。

（3）热源基本以风冷热泵为主；循环水泵设有变频设备；系统不支持远程监控，管理维护工作有待加强。

实施节能措施包括：增加楼宇自控系统，进行远程监控；增加能源管理平台进行能效管理。

项目实施主要包括冷冻站水泵变频改造、冷冻站群控系统安装、新旧冷冻站冷冻管道改造、楼宇自控系统安装、能源管理平台安装。项目投资额约为220万元人民币；投运后节能效果显著，年节约用能费用56万元人民币。