“双碳”目标下体育中心的绿色升级节能改造研究

＊谭福太 余荣学 谢方静

（广州汇锦能效科技有限公司 广东 510630）

随着“双碳”政策的实施，各行业积极响应国家节能减排号召，落实推进能源管理工作。体育中心是培养优秀竞技体育人才的摇篮，训练场地设备设施直接影响到运动员的训练成果，每一种类型比赛项目对应有不同的场地划分及布置，同时对照明质量、环境温度和室内空气质量等方面也提出了不同的要求。为积极响应国家节能减排号召，努力落实推进能源管理工作，重视节能技改工作，在满足不同比赛项目训练场地要求的前提下，对体育中心的空调系统、照明系统、电机系统老旧设备进行绿色升级改造，降低所消耗的用电量，减少能源消耗和温室气体排放，对节能减排具有重要意义。

目前，国内外研究人员对体育训练场地的绿色节能改造开展了大量的研究工作。石劲松等人[1]以高校体育馆为例，实施绿色节能通风优化设计，结合计算机模拟技术，提出了最大限度地利用自然风的设计方案，达到了降低能耗的目的；计太等人[2]在原预测平均投票（PMV）模型的基础上建立了改进的Fanger模型，改进后的Fanger模型可更准确地预测不同热环境下人体在运动中的热舒适度，对预防运动中热损伤的发生和体育馆暖通空调系统节能具有重要意义；杨光明等人[3]以城市综合体育馆比赛场地照明工程设计为例，通过照度、均匀度、眩光值、显色指数和色温等照明质量参数指标，对场地照明进行设计及模拟计算，为体育馆的灯具安装、调试以及最终场地照明提供了指导；Nizetic等人[4]从技术和经济方面阐述了克罗地亚体育场馆的设计方案，通过正确选择适当的能源，从而将产生的热能总成本降低33%，并将二氧化碳排放降低1.8倍；顾卿[5]对上海八万人体育馆原有的中央空调系统进行节能改造，并运用变频、冷站群控等先进技术，优化了空调系统的运行模式，使得该体育馆的空调系统能耗有明显下降；Josa等人[6]以某体育馆屋顶为研究对象，运用多准则决策模型评估了大梁和桁架可持续性，决策过程中综合考虑了经济、环境和社会标准，将诸多相关因素纳入项目的可持续性评估中，有助于全面了解各因素对项目的影响。然而，目前关于大型体育中心多系统相结合的绿色节能改造研究较为缺乏。

本文以广东省某体育中心为研究对象，在满足运动员训练场地要求的前提下，对空调系统、照明系统、能源资源在线监管平台和电动汽车充电系统进行绿色升级节能改造。本文探讨了“双碳”背景下大型体育中心绿色节能改造的可行性，为建设同类型绿色节约型场馆提供依据。

1.研究对象

选取广东省某典型体育中心（以下简称中心）为研究对象，该中心占地面积22万平方米，是广东省最大的体育训练基地，也是我国最早建立的优秀竞技体育人才集训基地。因中心建设较早，输配电系统、空调系统、照明系统、电机系统以及其他建筑能耗设备设施陈旧，部分设备服役时间超过30年，设备老化严重，存在能效低、能耗高、能源浪费严重的问题，故需对其空调系统、照明系统、能源资源在线监管平台和电动汽车充电系统进行能效提升改造。

2.用能现状分析

(1)总耗能分析

中心能耗包括电力、天然气、汽油和柴油，以电力和天然气为主，两种能源消耗占比接近99%。中心2019年能源资源消耗如表1所示。

表1 中心2019年能源资源消耗分析表

(2)用能系统能耗问题分析

依据《国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计导则》对中心的单位建筑面积电耗、单位建筑面积水耗、单位人数水耗、单位人数电耗指标进行计算，中心各类指标计算结果如表2所示。根据《广东省人民政府机关事务管理局关于公布2017年度广东省同类型公共机构能源资源消费平均值的通知》，结合同类型公共机构能源资源消费平均值进行限值或合理区间数值的对标分析比较，比较结果如表3所示。

表2 主要能耗指标数据表

表3 能源消耗指标对标分析

中心的人均综合能耗和人均水耗均高于公共机构指标平均值，有较大的节能空间。根据中心后勤管理平台对场馆的配电系统、空调系统、电机系统和照明系统的实时分析数据，部分输配电系统、空调系统、电机系统、照明系统以及其他建筑能耗设备设施陈旧，如表4、表5所示。存在能效低、能耗高、能源浪费严重的缺点，具体如下：

表4 体育中心在用电机及其拖动设备表

①照明系统大量使用传统照明灯具，照明灯具数量多，照明能耗较大；②中央空调系统主机使用时间长久，能效下降幅度大，维修成本高，未配套变频设备，运行能耗高；③未实现用电分项计量，包括对空调用电、动力用电、照明和插座用电、水泵、电梯、信息中心等主要用电分项计量；④部分电机列入《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录》或不符合GB 18613-2012《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》的Y系列和Y2系列电机，存在设备老化、漏水严重、能效低下等问题。

3.绿色升级节能改造及效果分析

(1)绿色照明节能改造

中心照明主要采用高压钠灯、金属卤化物灯、T8荧光灯等传统照明灯具和少量LED照明灯具。对比高压钠灯光效75～100lm/W，金卤灯光效60～90lm/W，荧光灯光效约60～80lm/W，LED灯具光效≥120lm/W[7]。与传统光源相比，LED可使照明能耗减少50%～75%[8]，故中心采用节能高效的LED灯具更换传统照明灯具，实现绿色照明节能改造。LED的组成材料主要以环保材料为主，同时，LED的热量辐射较少，有效减少有害气体的排放和挥发，在使用过程中能够有效减少对周围环境的污染[9]。此外，LED的使用材料一般可以被回收利用，从而实现资源的循环利用[10]。由于运动员训练场地的特殊性，依据JGJ 153-2016《体育场馆照明设计及检测标准》对体育馆场地照明进行分级，在满足照明分级的基础上进行节能改造。中心作为竞技体育人才综合性训练基地，照明等级需满足专业训练场地的标准，因此改造后LED灯具照度不低于Ⅱ级，如表5所示。

表5 体育场馆Ⅱ级场地照明标准值

对中心9828盏传统照明灯具进行替换，如表6所示。灯具按平均每天照明时间10h，平均每年照明270d。节能改造计算公式（1）～（2）如下：

表6 改造节能灯具节能效益计算表

其中，△Ex为不同系统改造的节能量（kWh）；Ex1为改造前系统能耗（kWh）；Ex2为改造后系统能耗（kWh）；Qx为节省电费（元）；0.65为平均电价（元/kWh）。

采用高效节能的LED灯具对原有投光灯、工矿灯以及T5、T8日光灯等共计9828盏传统照明灯具进行升级改造，改造后的照度达到国家Ⅱ级专业训练场地要求。经计算，实施绿色照明节能改造后预计节能率可达到54%，节省电力82.65万kWh/a，节省电费53.72万元/年（按平均电价0.65元/kWh计算），二氧化碳减排量495.92t/a。

(2)体育馆空调系统能效提升改造

中心以JGJ 176-2009《公共建筑节能改造技术规范》[11]及JGJ/T 177-2009《公共建筑节能检测标准》[12]为依据对中心空调系统进行节能改造，同时满足训练场地对于温度、湿度、风量、风速、噪声的要求，减少空调负荷的形成[13]。关于空调系统的具体节能改造措施如下：

①更换高效高效变频冷水机组

充分考虑空调冷负荷受季节及训练的人数影响较大，全年有较多的时间主机运行在部分负荷的状态，更换效率更高的变频冷水机组有较为可观的节能量，能耗低，降低碳排放，成就绿色建筑[14]。

②冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔变频改造

中心冷冻水泵和冷却水泵均为工频运行，中央空调大部分时间在部分负荷下运行，通过对水泵加装变频控制，根据配置的冷水机组，将冷冻水泵、冷却水泵以及冷却塔更换成高效设备，根据负荷自动调节水泵的频率，降低水泵的运行能耗。

③配备中央空调智能节能控制系统

目前中心通过管理人员手动调节机房设备配合运行。安装系统群控系统，把空调冷源系统所有设备及阀门涵盖在一个整体中可以优化系统中设备的运行，提高机房的能效，如图1所示。

图1 智能节能控制系统

对中心进行空调系统能效提升改造。预计整体节能率可达30%以上，节省电力26.4万kWh/a，节省电费17.15万元/年，二氧化碳减排量158.4t/a。

(3)绿色充电桩

随着国家积极推广新能源汽车，2022年1—5月，全国充电基础设施增量为96.3万台，同比增长409.5%，月均新增公共类充电桩约4.5万台[15]，中心部分员工购买电动汽车，具有一定的电动汽车充电需求。依据《国务院办公厅关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，公共机构新建和既有停车场要规划建设配备充电设施（或预留建设安装条件）比例不低于10%[16]。

针对中心员工对充电桩的需求及充电桩绿色环保的优点，中心绿色节能改造中配置4套20kW交流充电桩，同时为避免充电桩安装位置不合理、充电耗时久等问题，利用现有充足的停车场资源进行充电桩的布局，充电桩布局如图2所示。

图2 充电桩布局平面图

充电基础设施建设项目保守估计按平均每天每个充电桩充电90kWh，预计年充电量12万度。相比传统燃油汽车，电动汽车在节能环保方面要远强于燃油汽车，从百公里油耗和百公里电耗上估算，预计可节省能耗近80%[17-19]，故在中心配置充电桩后预计可节省电力9.6万kWh/a，节省电费6.2万元/年，二氧化碳减排量57.6t/a。

(4)能源资源在线监管平台

中心搭建节约能源资源在线监管平台，通过安装智能电表258个、智能水表43个，搭建起能源管理平台中心，实现对设备能耗进行监控，发现低效率运转及能源消耗异常的用电设备，降低峰值用电水平，解决能耗过高、能源利用率低、能源成本偏高的问题[20]，如图3所示。

图3 能源资源在线监管平台

通过能源管理系统进行能源分析，并结合相关的能源管理措施，预计可减少5%左右的建筑能耗，节省电力10万kWh/a，节省电费6.5万元/年，二氧化碳减排量60t/a。

4.结论

本文针对广东省某体育中心提出了综合绿色节能改造方案，其中绿色照明节能改造、空调系统能效提升改造、搭建能源资源在线监管平台以及配置绿色充电桩预计实现82.65万kWh/a、26.4万kWh/a、10万kWh/a、9.6万kWh/a的节能效果，总节电量达128.65万kWh/a，可减少二氧化碳排放730.74t/a。