空调系统节能改造节能量计算方法探讨

上海电力学院 于 峰

上海市合同能源管理委员会办公室 魏玉剑

0 引言

对节能量测量评估，是采用合同能源管理模式进行节能改造的一个重要环节。合同能源管理(EPC)实质是一种以减少的能源费用来支付节能改造项目全部投资的节能投资方式，由能源服务公司（ESCO）为客户提供节能改造服务，与客户分享项目实施后的效益。因此，能否准确度量节能量直接关系到ESCO和客户双方的利益[1]。

空调系统的节能改造方式有很多，不同的节能改造项目实际情况也不尽相同，改造技术、项目双方对测量精度的要求、实际测量能力、对测量成本的考虑等，都将影响到节能量测评方法的选取。当面对不同的节能改造方式时，针对具体的节能量测算条件，选取何种节能量计算方法便显得极其重要，选择了正确的计算方法，才能提高节能量测评的合理性、准确性。根据国家出台的GB/T 13234-2009《企业节能量计算方法》，我们得以确定节能量计算的基本原则以及方法，之后结合节能改造实际情况，选择具体测算方法。本文通过具体实例，列举了中央空调系统改造项目在不同边界条件下最适合采用的节能量计算方法，并且探讨了针对不同的项目实际情况该注意的问题。

1 计量统计法

1）对于某些节能改造前后用能单位运营稳定，且设备运行工况没有发生变化，那么，通过现场测量改造前后设备性能，进行对比计算，便可准确获得项目节能量。比如，某医院对其中央空调系统进行节能改造，更换了中央空调系统主要设备，将原先溴化锂制冷机组更换为水冷式三级压缩离心式冷水机组，此外，还更换了部分配套的冷却塔，风机等。该项目的节能量计算便是按照如下公式进行：

节能量=（改造前单位制冷量能耗-改造后单位制冷量能耗）×该年供冷系统供冷量

改造前单位制冷量能耗的测算是根据基准期实际运行记录以及现场测试数据确定。在空调开始使用的7～10月份内，通过在冷冻水进出口水管安装测量器具，测量记录制冷量，以改造前三年中7～10月空调能耗平均值作为基准空调运行能耗。空调改造前单位制冷量能耗的计算方法为：基准空调年运行能耗/溴化锂机组年提供供冷量。最终确定该医院中央空调系统改造前单位制冷量能耗为1.3126kgce/RT。

改造后，经现场测量，在整个制冷季，空调系统总共使用电量67.8万kWh,空调系统平均能效为0.8757kwh/RT，即单位制冷量能耗折合标准煤为0.2627kgce/RT。该年度直至整个制冷季结束，因其制冷77.4万RT，按照上述计算公式，可得其节约能耗813t标准煤。

2）对于某些较为复杂的大型空调系统节能改造项目，在改造过程中加装了分项计量设备，可以实现改造后能耗统计及监测，在此类项目中，采用统计计量法来计算节能量，最为准确。如上海某大厦空调系统进行整体节能改造，更换空调系统所有运行水泵，并且为水泵加装了变频控制器，此外，还对对机房设备进行群控优化。改造完成之后，节能服务公司为其设立了能源监控管理平台，对能耗设备进行分项、分设备计量，实现在线监测、实时计量，通过建立网络化管理系统，来提高能源使用效率。其能耗监测平台模式如图1所示：

图1 能耗监测平台模式示意图

该项目基准能耗是根据改造前一整年的逐月能源账单计算所得。由于上海地区办公建筑四月份一般不使用中央空调，因此，4月份的用电量是全年最低值。且该大厦除了空调用电之外的办公用电、动力用电等其他设备用电基本维持不变，所以可以用4月份能耗作为除空调之外其他设备能耗。其他月份的耗电量与四月份耗电量的差值即为各月用于中央空调的能耗。统计数据见表1：

表格所列的空调能耗中，5月份到10月份能耗为空调制冷能耗，其他月份能耗为空调采暖能耗（4月份除外）。

节能改造完成之后，空调系统实际能耗以节能监测平台实际测量记录数据为准，将其作为节能量计算过程中的统计报告期能耗。分享期能耗基准则用采暖/制冷度日数进行调整。

节能量计算公式如下：

式中，ΔE为项目节能量，

Er为统计期基准能耗，

表1 大厦逐月耗电统计

Ea为改造后统计期能耗，

Eb1为基准期空调采暖能耗，

dr1为统计期采暖度日数，

db1为基准期采暖度日数，

Eb2为基准期空调制冷能耗，

dr2为统计期制冷度日数，

db2为基准期制冷度日数。

根据能源监测平台实际测量记录数据，按照上述计算方法进行计算，该大厦节能改造项目在完成后的一年内，节省耗电量30万kWh。

采用计量统计法进行节能量测评，是目前最为准确的节能量计算方法，因为这种方法最为直接的测量设备能耗状况，并予以统计计算，自然准确。但是该方法需要进行大量的现场测量工作，即便是建立了诸如上述的节能监测平台，其初始投资也将提高。因此该方法适合用于项目比较大，改造系统较为庞杂时的节能量计算。

2 总能耗比较法

1）如果节能改造项目较为复杂或着相互有交叉，无法单独隔离计算，则可以通过测试整个设施的能耗水平来确定节能量，即通过测量总体能耗，分析总表数据、电费账单等来计算节能量。

例如，上海某宾馆空调系统进行节能改造，采用余热回收的节能冷热源系统，把制冷、制暖合并为一个系统。宾馆拆除了锅炉单冷中央空调、冷却塔和热交换器，通过安装的双效节能冷热源回收机组来保证全年生活热水的供给，同时，机组在生产生活热水时制造出来的冷气，则进入中央空调系统使用。如此，空调还是中央空调，生活热水还是55℃以上的生活热水，而运行成本却减去了40%。

在此节能改造项目中，中央空调系统和生活供暖系统交叉改造，难以将其拆分开来计算节能量，而且改造之后节能幅度较大，节能改造节省的耗能将是构成宾馆能源费用变化的主要因素。对于采用总能耗比较法估算节能量造成的小量误差，项目双方都能接受。因此，本项目最终节能量的确定，便采用了比较节能改造前后总能耗的方法。

项目节能量监测采用的能源计量方式是按照电力局总电表计量用电量的方式。根据该宾馆2008年～2011年能源消耗明细，整理计算出数据为：2010年4月～9月能耗总量是409.78 t标煤，2011年4月～9月能耗总量是320.29 t标煤，2008年～2010年能耗总量平均值是942.01 t标煤。

改造后的系统于2011年4月份开始正式使用。由于项目审核是在该年的9月，因此只有改造后使用的部分数据。改造前，即2010年得4月份到9月份，宾馆共消耗能源405.78吨标准煤；改造后，即2011年宾馆4月份至9月份共消耗标准煤320.29吨。由此计算出此次节能改造的节能率为：21.07%[（405.78-320.29）/405.78]。

2008年至2010年这三年内，宾馆平均年消耗能源折合标准煤942 t。将改造前2008至2010年全年的平均值能耗作为基准值，以节能率乘以基准值便可得年节能量：198.48 t标准煤（942×21.07%）。

根据2008年到2010年宾馆的实际运行记录，该宾馆节能改造前能源消耗总量较为稳定，各耗能设备能耗量起伏不大，用能结构并无明显改变，且宾馆近年来经营状况稳定，每年客流量无较大变化，因此采用节能改造前3年能耗平均值作为计算节能量的基准值，能较好的反映改造前宾馆的真实能耗情况。在这种节能量计算影响因素比较少的情况下，通过直接比较改造前后总能耗来确定节能量，是一个非常可取的计算方法。

2）复杂的空调改造，对节能量影响条件过多，那么，在采用总能耗比较法进行节能量计算的时候，还可以引入调整因数，设计合理的计算公式，对节能量进行估算。

比如，某酒店对其空调系统进行节能改造，采用高效的螺杆式风冷热泵机组替换现有的活塞式风冷热泵机组，更换设备的同时，根据酒店业务需要，部分客房功能改变，导致空调负荷较原先增加，并且酒店空调新风量要求增加。此外，改造双方协定，在进行节能量计算的时候，要综合考虑到未来酒店业务量变化对节能量的影响，因此，双方决定按照如下公式进行节能量计算：

式中，ΔE是节省的能耗量，

E0是基准总能耗，

ΔEc是由于空调负荷增加所增加的能耗，

E是当前总能耗。

C1表示酒店业务量对空调能耗的影响，定义如下：

按照合同的约定，甲方应当确保正常营业并保证一定的业务量，因此C1最小值取0.7，如果公式(4)的计算值小于0.7，则C1取为0.7。

由于业主准备增加空调系统的新风量，所以在计算节能费用的时候也必须考虑新风量对空调运行能耗的影响。C2表示新风量变化对节能量的影响，定义如下：

其中0.4是一个经验系数，表示新风负荷在建筑空调负荷中的比重。

由于酒店某功能区用途调整，冷热负荷增加，由此会造成能源费用提升。由于负荷增加导致的能耗增量的计算式子如下：

ΔEc=空调负荷÷COP×运行天数×运行时间×0.8×0.5。平均电价以0.9元/kWh计算，由全天负荷变化引起的调整系数以0.8计算，由气温变化引起的系数以0.5计算,由此计算空调能耗增加量ΔEc。

采用这个计算公式进行节能量计算，便能综合考虑到空调负荷增加，新风量增加，天气状况、酒店营业情况等各个因素，较为准确的计算出项目的节能量。

采用比较总能耗来计算节能量的优点是简单明了，节省了大量的测算成本，同时，通过比较，能耗的直接减少便一目了然，令用能单位信服，会调动其节能改造的积极性。但是这种方法的选用也有很多局限性，如果改造项目的节能效果不明显，则很有可能出现改造后能耗比改造前的能耗还要高的情况。虽然能耗增加的原因大多是其他原因造成的，比如改造项目以外其他能耗设备运行状况改变导致能耗增加等，但能耗增加的事实却会使业主对节能效果产生怀疑[2]。

3 能耗软件模拟法

由于节能量计算需要通过比较改造前后的数据来确定，如果在项目实施前要进行可行性分析，无法获得改造前后的能耗数据，便可以采用软件模拟的方法来确定节能量。用能耗模拟软件建立模型，并对其改造前后的能耗和运行状况进行标准化模拟，对模拟结果进行分析从而计算出改造所得节能量。

采用软件模拟的方法可以有效地在可收集的数据不是很完整的时候计算出项目的节能量，而且由于程序化的计算流程，能够节省计算节能量所花费的时间。但是采用软件模拟的方法来计算节能量也存在许多弊端，比如，由于不同的计算软件采用不同的数值解法、模型算法，计算采用参数的偏差和计算误差的累积，使得不同软件计算的结果会有很大的差别。此外，整个模拟过程是一个“黑箱”，简单改变一两个参数就可以在很大程度上影响计算结果，因此需要有一个对能耗模拟和分析软件校准和验证的标准，但是我国迄今没有一部能耗分析软件校准的国家标准。[2]能耗软模拟法可以在项目进行之前，做可行性分析时采用，但是最终进行节能量审核时，由于其具有较大的不确定性，因此不予推荐。

4 总结

中央空调的节能改造形式多种多样，对其进行节能量测量评估时不能一概而论。当多项改造技术相互交叉而不便测量时，可以采用总能耗比较法；如果项目改造前后的数据无法采集，或者运行时间过短，数据不齐全，则可以采用能耗软件模拟；如果能够准确测量改造前后功率等数据，则计量统计法较为简捷准确。总之，根据不同的项目实施实际情况，选取最合适的节能量测评方法，才能做到合理，准确的计算节能量。

[1]李扬,苏宜强,刘骁.节能量的测量及其不确定度的研究[J].电力需求侧管理,2010,12(4)∶11-14

[2]龙惟定，白玮。能源管理与节能【M】.北京：中国建筑工业出版社，2011。