高校能源系统设备节能改造措施

2018-06-22贾元亮

现代制造技术与装备 2018年5期

贾元亮

（天津中德应用技术大学，天津 300350）

高等学校的能源系统主要由电力系统、天然气系统、热力系统、给排水系统等组成，如图1所示。根据天津中德应用技术大学近三年来的统计数据（见图2），以热力系统、给排水系统、电力系统所占总能源费比重最大。因此，建立能源系统的设备监测平台，可以实现对主要用能系统和用能设备能耗数据的实时采集、监测、记录和储存，可以实现对各用能系统的分项计量和在线监测，为能源系统的设备节能改造提供依据和改进方向。

图1 能源供应拓扑图

图2 各能源所占总能源费比例

1 高校能源系统的设备节能工作中的技术问题

高等院校大多建校时间较早，有部分校区、校舍使用年限达到数十年，能源系统的设备管理过程中技术设备材料较落后，可统计、监控程度低，而且计量设施很难覆盖能源系统的各个使用部位，能源系统的设备节能技术缺陷还导致不合理的能源供需，造成能耗增加。

以天津中德应用技术大学为例，该校能源计量系统由天然气、电力、热力和自来水四类组成，从现场调查情况看，在计量仪表配置方面，学校对外购能源系统的设备（电、天然气、水）的计量仪表配置完善，达到标准要求，但对校区内各部门及重点耗能设备的仪表配置不够完善，根据采暖设计要求，各栋楼热力入口应安装热计量表，但现场勘查发现，未按图施工安装热计量表，给学院的能源统计和分析带来一定难度，同时计量器具的不全也不利于学校自身查找运行过程中各种跑冒滴漏现象。

2 高校能源系统的设备节能措施

2.1 节能工程的工作原理和实现功能

2.1.1 工作原理

使用标准化的大型公建能耗数据模型作为节能监测分析系统分项能耗数据标准模型，系统能计算各种能耗评价指标，包括单位面积能耗指标、人均能耗指标、实时能耗指标等各种分项能耗指标。能源系统的设备数据信息通过数据采集器采集，再通过单位的以太网将数据上传到数据中心平台，并提供标准能耗指标和能耗对标，提高使用者管理水平并有针对性地进行节能改造或维修。

由于整个设备节能监管系统通过纯Web的应用模式提供所有的应用功能，各个用户均可以使用浏览器，通过以太网访问设备节能监管系统，依据权限使用其全部或部分应用功能。

2.1.2 实现功能

能源监测分析系统可实现三种功能。

（1）能耗监测。通过对智能电表、燃气流量计和热（冷）量表实时采集以及分析，实现各种能耗数据的实时监测功能。

（2）能耗查询。能耗查询包括能耗数据的属性查询、分析查询、对比查询、表值查询等。支持分类、分项来查询设备的用能情况；用户可以根据自己的需要，在权限范围内自由组合能耗查询项。

（3）能耗对标。对标管理，指的是在广泛采集设备能耗基础上，先逐渐总结出设备的平均能耗，并以此作为普遍参照标准来衡量其他设备的能耗是偏高还是偏低。

2.2 高校能源系统的节能改造方案

2.2.1 实现能源分项计量

天津中德应用技术大学目前使用的能源品种有电力、热力、天然气和自来水。在能源审计和节能诊断过程中发现，学校只对购入的电、热、气、水等的总量实行装表计量，而没有按照《用能单位能源计量器具配备和管理通则》（GB17167-2006）和《用能单位水计量器具配备和管理通则》（GB24789-2009）的要求对主要功能区域（办公、学生公寓、培训中心等）、用能系统（空调系统、采暖系统、天然气系统、供水系统）、主要用能设备（制冷机、机械加工设备、水泵、燃气锅炉等）的用电量、用热量、用气量和用水量等装表计量，也没有根据《国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计导则》等的要求进行分项能耗计量。在用电管理中，由于不能量化各功能区的用电量，放假期间用电量仍然较大，浪费现象严重。供水系统的四套地下管网互相沟通，中水和高压中水没有单独表计量（见图3），干管、支管没有水表检测，一旦发生地下漏水，无法及时判断具体漏水位置，只能逐个管路排查，工作量大，时间长。自投用以来，已出现多次水管破裂而长时间不能发现和处理的情况；卫生间经常有阀门关闭不严，漏水不止也不能及时发现，缺少计量仪表和能耗监控设施，造成大量水资源浪费。

图3 供水管线示意图

本次设备节能改造制定专门的分项计量解决方案，对改造设备和重点用能系统、用能设备配备计量仪表，并加强计量管理工作，保障计量数据的全面、完整和准确，便于在今后的能源管理工作中进行能耗统计和分析，及时发现和解决存在的问题。

2.2.2 培训公寓洗浴热水供应系统改造

目前，天津中德应用技术大学培训公寓206个房间的洗浴热水由锅炉房3#、4#两台额定热功率均为0.48MW的立式燃气热水锅炉提供，由于锅炉房距离培训公寓较远，并且公寓培训人员流动大和热水需要量波动大，每年需要消耗大量的高品质天然气对热水储罐进行维温，造成一定的能源浪费。节能改造中在培训公寓的屋顶加装太阳能热水系统，作为生活热水的主要热源，以现有的2台燃气锅炉作为辅助热源，减少天然气消耗，优化学校的能源结构，降低能源消耗和费用。

节能改造将充分利用H座5号楼屋顶现有的2000m2空地，安装300个2.5m2的真空管太阳能集热器，组成太阳能集中热水供应系统，作为206个房间生活热水的主要热源，在太阳能供热量不足时启动两台空气源热水器和电加热器。另外，以现有的2台燃气锅炉作为辅助热源，组成“太阳能-空气源-电热器-燃气锅炉”复合热源生活热水供应系统。

2.2.3 空调自控系统改造

中西培训中心及工业中心由两台约克公司生产的额定制冷量为2110kW的水冷式离心冷水机组提供冷源，由循环水泵送至空调末端系统，末端采用风机盘管形式向中心内供冷。但现有空调系统自动控制装置和控制功能不全，缺少室内温湿度传感器、控制器、控制程序等，因此，无法对室内温度、湿度等进行实时监测，同时缺少室内人体感应传感器，无法对供用能设备进行及时控制和调节，影响设备的高效和正常运行。

针对空调系统存在的问题，结合主要耗能设备的运行情况，对中西培训中心及工业中心的空调自动控制系统进行升级改造，具体改造方案如下：完善培训中心及工业中心室内温度传感器和湿度传感器，以便能及时检测到室内温度和湿度信号，并分析和判断其是否在合理范围内，增加人体感应传感器开关；更新和升级改造空调系统控制程序，为实现控制系统的节能运行和灵活调节，本次节能改造拟对现有控制程序进行升级，在现有功能的基础上进行扩充和强化，通过在独立的风机盘管供电线路上安装温、湿控和人体感应传感器开关等方法，检测室内温度、湿度及是否有人，实现供断电控制；通过智能控制和管理系统，实现对主机开关状态、电压、电流、冷热媒、温度、压力的实时监控，掌握主机运转情况，取得监测数据。这样可以满足不断变化的控制和调节功能需求，使得空调设备的控制更灵活、调节更方便、运行更可靠、整体更节能。空调系统自控逻辑示意图如图4所示。