高校图书馆中央空调系统节能改造效益分析

刘劲松 张萌 李雄图

上海大学

引言

目前我国高校数量已超过2000所，全国校园能耗占到社会总能耗的8%【1】，随着办学规模的扩大及办学水平的提高，这一比例有可能进一步增大。高校建筑因其使用人群众多、时间周期长、能源管理粗放使得能源利用效率较低。调查发现目前我国高校生均能耗和单位建筑面积能耗均高于全国人均水平和全国居民建筑单位面积能耗【2】，可见高校建筑存在较大的节能潜力。

我校于2014年对宝山校区图书馆空调系统利用合同能源管理模式进行了节能改造，现对其改造后三年的能耗数据进行统计分析，评价其改造效果，探讨合同能源管理模式在节约型校园建设中的应用可行性，为我校及其他高校的节约型校园建设提供借鉴。

1 项目概况

该建筑位于上大路99号上海大学宝山校区内，1999年建成后投入使用，总建筑面积39176㎡，地上8层，地下1层。改造前图书馆集中冷热源由2台直燃式溴化锂机组提供，系统设备参数如表1所示。直燃式溴化锂机组单台额定制冷量为1750 kW；额定制热量为1550 kW。空调水系统为两管同程式，夏季制冷供回水设计温度为7℃/12℃，冬季供暖供回水设计温度为45℃/40℃。空调输配系统共有4台冷热水循环泵，4台冷却水泵，8台水泵型号相同，额定流量为200 m3/h，额定扬程32 m，额定功率30 kW。空调末端均为组合式空调箱，每层三台，分别承担相应区域的新风需求及热湿负荷。

表1 图书馆空调系统主要设备参数表

图书馆自1999年投入使用以来,空调系统使用费用逐年增加。于是,学校多次组织有关专家深入运行现场调研、分析、论证,一致认为该系统运行费用增加的主要原因有以下几个方面。

(1)能源价格上涨

图书馆空调主机为直燃式溴化锂机组，使用0#柴油。由于0#柴油价格从2000年-2013年整体呈上涨趋势，造成在相同条件下，空调主机的能源费用持续增加。

(2)空调系统效率下降

直燃式溴化锂空调主机自1999年投入使用至2013年已连续使用了14年，工作效率下降，在满足图书馆空调需求的情况下，空调主机的能源消耗量增加。

(3)设备的维护成本增加

图书馆空调系统经过十几年的运行，设备逐渐老化，效率开始降低，空调主机、水泵、冷却塔及组合式空调箱的维护费用逐年增加。

(4)运行管理不够科学

图书馆空调系统虽有专门的人员进行管理，但由于运行管理体制缺陷、缺少空调自动控制系统，致使系统运行调节不够科学、精细、准确,存在能源浪费现象。

2 改造模式及改造方案

2.1 改造模式

经大量调查研究,参考国内外图书馆先进节能管理经验,并进行多种节能改造模式的方案比较。最终选定以合同能源管理模式对图书馆空调系统进行节能改造,具体合作模式如下:

(1)节能服务公司负责对图书馆的空调系统进行节能改造,节能改造的费用由节能服务公司承担，节能效益分享期为7年，分享期后所有设备的产权归属校方;

(2)在节能效益分享期内由协议委托的节能服务公司对图书馆的空调系统进行能源管理;

(3)对图书馆空调系统主机、泵组、冷却塔等设备进行定期的维护保养;

(4)保证图书馆的空调供应,如不能按时保证,会承担相应的责任。

2.2 优势分析

该合同能源管理模式优点如下:

(1)节能服务商为图书馆空调系统提供检测、改造和管理全过程服务,免去校方在维护管理方面的开支和风险,提高空调系统的使用寿命；

(2)通过对空调系统优化改造,有效降低能耗,通过降低能耗使甲、乙双方直接获得效益；

(3)前期的节能改造费用由节能服务商承担,缓解了学校改造资金紧张状况。

2.3 改造方案

(1)空调冷热源更换。

拆除图书馆原有的两台直燃式溴化锂空调主机，安装两台型号为MHS291ST3风冷螺杆热泵及一台型号为WMC290D的水冷磁悬浮变频离心机组，性能参数如表2所示。

表2 新装空调主机参数表

改造完成后，制热季由风冷热泵和磁悬浮水冷机组联合为图书馆供冷；冬季由风冷热泵单独为图书馆供热。

(2)空调输配系统改造。

为配合图书馆新的空调冷热源模式，对原有的空调水系统进行相应改造，具体包括：①对图书馆空调水管进行调整，实现三组空调立管均能独立运行，分别控制；②屋顶安装新的集、分水器；③拆除地下室原本的2台冷却水泵及2台循环泵移至屋顶，供风冷热泵使用。

(3)安装空调自动控制系统。

对图书馆空调系统安装自动控制系统，实现空调主机、水泵及末端联控，通过优化运行策略实现对图书馆空调系统的科学化、精细化管理，在保障图书馆空调使用效果的同时，有效的节约了能源。

(4)水泵变频改造。

对原有的8台水泵进行变频节能改造，降低水泵能耗。

3 效益分析

3.1 能耗分析

图书馆空调系统自2015年1月改造完成后进入节能效益分享期，经过三年的运行，对其改造前后的节能效益分析(由于改造前图书馆未装有电力分项计量系统，这里仅对空调主机节能效益进行分析)。

改造前空调主机的能源为0#柴油，根据图书馆能源台账，2012年空调系统消耗0#柴油180010升，2013年消耗198735升，以两年0#柴油消耗量的平均值，即189372．5升/年，作为图书馆空调系统年能耗基准值。按照图书馆空调每年使用7个月计算（即1月-3月、7月-9月、12月），则平均每月消耗基准值为27053．21升0#柴油，以上海市发改委公布的每月1号0#柴油市场价格乘以当月能耗基准值作为月能耗费用基准值（见表3）。

表3 图书馆空调主机2015-2017逐月能耗费用基准值

改造结束后图书馆安装分项计量系统，2015年-2017年空调主机逐月能耗情况(见图1、表4)。

图1 2015-2017图书馆逐月耗电量

表4 图书馆空调主机2015-2017逐月耗电量（kW·h）

3.2 节能效益

由表3、表4可以发现，图书馆空调主机年能耗基准量为0#柴油189372．50升，折合标煤220．75t；2015年-2017年相应的空调主机年电力消耗量分别为 12656662．72 kW·h、1315030．82 kW·h 及1236217．48 kW·h，折合标煤为155．46 t、161．53 t及151．84 t，(见表5)。

表5 空调主机节能效益表

则图书馆空调主机2015年-2017年节能率分别为29．58%、26．83%及31．22%，三年平均年节能率为29．21%，节能效益达到预期目标。

3.3 经济效益

由表3可知，图书馆空调主机2015年-2017年能耗基准费分别为1088080．11元、1018012．29元及1125143．00元，按照学校电价0．636元/kW·h计算，则2015年-2017年图书馆空调主机实际能耗费 用 分 别 为 804961．49 元 、836359．60 元 及786234．32元，(见表6)。

表6 空调主机节能经济效益表

图书馆空调主机经过节能改造后，2015年-2017年年均节约能源费用267893．33元，平均能耗费用节省率24．87%。如果加上图书馆空调主机的日常管理费用、维护费用、保养费用等，经济效益将更加显著。

4 结语

经过三年的运行,我校对这种合同能源管理模式较为满意,取得了以下几个方面的管理效益:(1)能源成本大幅度下降;(2)空调系统的管理得到有效保证,空调效果有明显提高;(3)设备通过专业的维护保养,设备的寿命得以延长。实践进一步证明,上海大学宝山校区图书馆采取的中央空调合同能源管理创新模式,切合用户实际,管理模式科学,节能效果显著，合作双方均能从中取得良好的经济效益、环境效益和社会效益。

[1]谭洪卫，徐钰琳，胡承益，等．全球气候变化应对与我国高校校园建筑节能监管[J]．建筑热能通风空调，2010．29（1）：36-40

[2]清华大学建筑节能研究中心．中国建筑节能年度发展研究报告2007[M]．北京:中国建筑工业出版社，2007:22-26

[3]教育部发展规划司副司长宋德民谈中国高校后勤社会化改革[J]．高校后勤研究，2005（5）