铁路应用合同能源管理的节能量核定方法研究

晏耐生，谢汉生

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

合同能源管理，实质是一种以减少能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式，从节能投资中所获得的节能收益用于支付实施节能项目的费用。

合同能源管理的终极目标是实现节能效益的分享，其核心就是节能量的确定与实现。因此，如何确定节能量、核实并实现节能量将成为合同能源管理的核心工作和关键环节。

1 节能量的计算

合同能源管理项目节能量就是在满足同等需求或达到相同目标的前提下，通过合同能源管理项目实施，用能单位或用能设备、环节的能源消耗相对于能耗基准的减少量。

合同能源管理的基础就在于节能服务公司对客户进行节能改造后节能量的计算。节能量计算得准确与否将直接关系到节能服务公司和客户双方的利益。它是评价能源服务管理的最终指标，是社会效益的最终体现;它是节能服务公司制定节能方案的基础，是合同能源管理双方收益分配的唯一依据。没有节能量的科学计算，则无法使节能服务公司与客户双方对节能利益取得一致的意见，无法继续推进合同能源管理工作。

节电量和节约的最大负荷可以通过比较节能项目实施前后的电量和负荷来确定［1］。依据《国际节能效果测量和认证规程(IPMVP)》及《GB/T 13234—2009企业节能量计算方法》，采用式(1)计算节能量:

式(1)中的“调整量”项，要求将两个时期的能耗量代入同样的条件中去。通常影响能耗量的条件有气候、能耗设备数量、能耗设备功率等。调整量可为正值或负，且源于已知的客观事实。某些调整量是常规性的，如气候变化等，而有些是随需求而产生，如设备扩容、整改等。通常调整量在改造后的条件下用于重新说明基准年能耗情况。通过此类调整过程中产生的节能量称为改造后“可避免的能耗”。

2 铁路节能改造项目的节能量核定方法及案例分析

“十二五”期间，我国铁路加大了节能技术改造投资力度，加快了淘汰落后工艺、设备步伐，节能改造投资项目主要有太阳能、空气源热泵热水系统、客站中央空调、空压机变频节电改造、地源热泵空调系统、供暖系统节能改造、节水改造及其它节能改造等，极大地推进了我国铁路节能工作的开展，产生了较好的节能效益。通过对这些节能改造项目进行分析，提出几种确认节能量的方法［2-3］:

2．1 前后能源消耗比较法

2．1．1 定义

节能改造前后，比较相同时间段的能源消耗，即可评价出节能效果。用能单位提供基准年能耗数据(节能改造实施的前一年能耗数据，或者是前几年的平均能耗数据)，节能服务公司提供节能量估值，并实施试点项目验证。

2．1．2 案例分析

选取某车站中央空调水泵变频改造项目进行实例分析，具体情况如下。

2．1．2．1 项目简介

某车站中央空调系统为直燃型溴化锂空调系统，对该车站中央空调的水泵系统采用自动变频控制，并增设空调系统监控，包括水泵集中监控。为日后对风机进行变频改造，预留风机监控接口。自动变频的特点是以外部管路最高工作压力及机组工作最低流量值为基础，通过检测空调系统运行负荷变化，自动无极变频工作。根据空调系统负荷变化自动调节水泵运行频率，在保证空调水系统的整体稳定运行的前提下，取进、出口温度作为控制参数。采用温度传感器、PID温差调节器、节能控制系统及水泵组成闭环控制，最大限度地降低水泵输出功率，实现水泵的节能运行。同时由于改变冷水、冷却水进机组的流量及流速使进回水充分与机组进行热量交换，拉大进、回水的温差，从而减少流量损失，提高机组效率。

具体方案如下:

①增加1套工控机安装在空调主机房;

②安装2台冷却水泵节能控制柜，分别与110 kW和18．5 kW匹配;

③安装2台冷冻水泵节能控制柜，分别与75 kW和11 kW匹配;

④大、小溴化锂机组进回水管路安装温度控制器设定好上下温限，共2组;

⑤增设其它相关设备;

⑥将上述设备通过强、弱电线路连接并加装信号转换模块与工控机连锁。

2．1．2．2 节能效益分析

该车站中央空调水泵变频改造2010年1月至2010年12月节电写实记录如表1所示。

表1 中央空调水泵变频改造前后节电记录

表1中，反应了中央空调水泵在变频改造前的工频耗电量，变频改造后的变频耗电量，以及变频改造后的节电量和节电率。

采用式(2)计算项目的节能量:

式中:ΔE为项目改造的节能量，单位为t标煤;

E0为项目改造前水泵工频运行年耗电量，

单位为kW·h;

E1为项目改造后水泵变频运行年耗电量，

单位为kW·h;

K为能源折算标准煤系数。

2．2 设备性能比较法

2．2．1 定义

比较节能改造前后所投入的新旧设备的性能，结合设备运转时间，即可简单地评价出节能效果。例如可以监测空调的运转时间，对比节能改造前的运转时间，可简单算出节能效果。该方法适合于作为前后能源消耗比较法的辅助手段，对精确节能量具有参考价值。

2．2．2 案例分析

选取某机务段照明系统改造项目进行实例分析，具体情况如下。

某铁路局机务段库房的灯具已使用多年，导致维修频繁、光线发暗等，现场的照明条件已不能满足要求，给一线工人的工作造成不必要的麻烦，故对此照明系统进行节能改造。

2．2．2．1 照明系统改造设计方案

①设计照明要求

(a)平均照度

机务段库房是进行机车配件维护和维修的场所，为了保证维修质量，要求照明系统能够给整个区域提供均匀、充足的照明，以利于作业高效、安全地进行。根据这一工作性质，目前现场测试的照度为40 lx以下，远不能达到作业要求，此次工程改造取混合照明平均照度值100 lx以上。

(b)照度均匀性

均匀度是指工作面上的最低照度和平均照度之比，按照我国的规定，此值不宜低于0．8。

(c)平均照度计算

光通法计算平均照度公式:

式中:Φ为每盏灯具中光源的总光通量，单位为lm;

N为灯具的数量;

K为维护系数，灯具中反射器和玻璃的污染，以及光源随时间而产生的光衰等，经过一段时间使用后灯具的照度会下降，必须预先估计在内;

CU为灯具射出光通量利用系数;

A为被照面的面积，单位为m2;

EAV为平均照度，单位为lx。

根据式(3)计算该项目的平均照度。

②灯具的选择和分布

(a)采用NGC9810高顶灯/NSC9700防眩通路灯，投射均匀柔和、高效节能(省电20%);采用双重抗震结构，抗震性能好。外壳永不生锈、永不腐蚀、安装方式简便。

(b)灯具光源采用德国欧司朗金卤灯泡，显色性好，不易疲劳，同时透明件采用防眩光，高透光性的钢化玻璃，光触媒纳米技术，可有效解决眩光问题，提高照明的舒适性。

(c)灯具采用宽电压设计，180～250 V可正常工作，性能稳定性高。

2．2．2．2 改造设计效果

本方案主要采用高效气体放电金卤灯，光效高，灯泡使用寿命长，外壳防护等级在IP65以上，改造后的灯光亮度和均匀度明显提高，光源显色性大大改善，平均照度提高2倍以上，灯具数量也减少一半，大大提高了工作效率和生产安全系数，同时大幅度减少耗电量和维护成本。

该项目改造前后灯具情况如表2所示。

表2 灯具情况表

采用如下式子计算项目的节能量:

式中:P1为改造前照明系统总功率，单位为kW;

P2为改造后照明系统总功率，单位为kW;

t为项目年照明时间，单位为h;

K为能源折算标准煤系数;

ΔE为项目节能量，单位为t标煤。

2．3 模拟分析法

2．3．1 定义

建立改造前后2套计算机仿真系统，用分析软件计算前后的能源消费量，并结合实际测量数据校正计算结果。

2．3．2 案例分析

选取某车站围护结构系统改造项目进行实例分析，具体情况如下。

2．3．2．1 项目简介

某车站建筑朝向为东西朝向，围护结构的保温隔热，包括屋顶、外墙及门窗。本次节能改造，首先采用节能设计软件对现有建筑进行节能计算，了解建筑围护结构的薄弱点，再运用合适的节能技术对围护结构予以改造，同样采用节能设计软件对改造后的建筑进行节能计算，在节能性与经济性二者之间找到最佳的改造方案。

2．3．2．2 方案设计

①采用清华斯维尔节能软件2012版对本建筑实际情况建模型计算，得到现有建筑的外围护结构热工指标，发现现有建筑外围护结构不能满足《广西公共建筑节能设计规范》(DB 45/T392—2007)要求，围护结构的屋面、外墙、门窗都需要进行改造。

②综合考虑结构安全性、通风采光、施工及改造的经济性，拟对该车站围护结构做如下改造。

屋面:由于原建筑屋面无法满足节能规范要求，且屋面为不上人屋面，能承受的荷载有限，故拟拆除原建筑屋面结构板以上的所有防水层隔热层等材料，在屋面钢筋混凝土结构上面重新做防水及隔热层，使用的材料分别为目前广泛使用的SBS沥青防水卷材、45厚绝热挤塑聚苯乙烯板(ρ=40)。

门窗:现有门窗主要的材料是铝合金框加镀膜玻璃及透明玻璃两种，节能效果不佳，其中透明玻璃不能满足节能要求。对其改造如下:①对所有无遮阳的窗户加百叶活动遮阳，既能在日照强烈时遮阳隔热，又能在日照弱的时候打开遮阳采光;②对所有透明玻璃贴热反射膜，并保证可见光透射比。

采用清华斯维尔节能软件2012版对改造后的建筑建模型计算，得到改造后的建筑外围护结构热工指标(见表3)。

表3 计算结果

2．3．2．3 改造设计效果

可以看出，改造后该车站满足了现有建筑节能规范要求，外围护结构的屋面、外墙、门窗的隔热保温性能可以保证规范要求的节能效果。

采用如下式子计算项目的节能量［4］:

式中:H1为改造前站房的建筑负荷面积指标，单位为kWh/m2;

H2为改造后站房的建筑负荷面积指标，单位为kWh/m2;

S为站房面积，单位为m2;

K为能源折算标准煤系数;

ΔE为项目节能量，单位为t标煤。

3 小结

通过上述案例分析，从而得出了节能量核定的三种方法，其适用范围如下。

(1)前后能源消耗比较法:该方法适合于负荷输出较恒定、种类较繁杂的场合，其全年的能源消耗跟历年比较，变化不大。

(2)设备性能比较法:该方法适合于负荷输出较恒定、种类较单一的场合，例如灯具的更换，对于负荷变化大的设备亦有参考价值。

(3)模拟分析法:该方法可独立计量项目的节能效益，也可作为上述方法的补充方案。

［1］ 国家发展改革委，财政部．节能项目节能量审核指南．［S］．2008．

［2］ 谢明．节能量的计算方法及在节能审核中的应用［J］．应用能源技术，2010(6):42-45．

［3］ 冯驯．交通运输行业节能量审核计算方法探讨［J］．节能技术，2013(1):84-88．

［4］ 许超，龚延风．合同能源管理中节能量计算方法的研究［J］．暖通空调，2009，39(4):122-125．