大型公共建筑能耗改造实例

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[摘要]建筑能耗占我国社会能耗的28%左右，而商场在所有建筑类型中处于高能耗状态，又具有内区大、内热扰大、能耗密度大、常年需供冷等特点，是大型公共建筑节能改造的重点。本文以某百货商场的改造案例作为研究对象，通过介绍其节能改造过程及技术，为夏热冬暖地区大型公共建筑或类似建筑的节能改造提供借鉴参考。

[关键词]节能改造；夏热冬暖

文章编号：2095-4085（2015）05-0065-03

提升销售和降低成本是实现企业效益的根本手段，而目前我国零售企业正从大规模开店扩张向强化内部管理转变，节能降耗问题显得尤其重要。根据对连锁企业调查显示，水电费用是连锁企业费用中仅次于和人力成本和房租的第三大费用源。

1项目概况

该项目位于夏热冬暖地区为纯商业百货，建筑共5层，建筑面积为23388m2，其空调系统为一次泵变流量水冷式中央空调系统，具体系统描述如下。

（1）制冷站系统有两台850冷吨离心机组，在冷冻水侧，有三台冷冻水泵（两用一备）并联后与冷机连接，冷机并联运行，冷冻水供回水温度设计值为7/12℃。

（2）在冷却水侧，三台冷却水泵（两用一备）并联与冷机连接，冷却塔位于6层屋面，分两组，每组4台，单台冷机分别与单组冷却塔采用串联方式连接，冷却水供回水温度设计值为37/32℃。中央空调系统示意图如图1所示。

（3）空调末端采用全空气系统，每层设四个空调风柜机房控制A、B、C、D四个区域，新风通过外墙新风口百叶窗引入，无组织排风系统。空调箱设有自动控制水阀，根据回风温度来控制水阀开度。

该建筑2007-2009年中央空调系统全年平均耗电量约为260万度，单位建筑面积空调系统用电量约为111kwh/（m2・yr），而夏热冬暖地区商场空调能耗指标为100kWh/（m2・yr），高于平均能耗指标约11%。

2节能改造内容

基于对项目的室内舒适性进行的现场调研与诊断，商场节能改造的主要内容包括：搭建SEMS（Smart Energy Management System）节能管控优化系统，该系统除能耗计量、诊断分析、节能评估、报警管理、报表管理及设备运维管理等常规功能外，还主要包括基于“系统”节能优化技术的中央空调系统节能控制、空调箱风系统节能优化控制；调节改善空调系统风平衡，校对温度传感器等，解决区域冷热不均及局部过热的问题；改造制冷站冷却水管路系统，解决冷却水旁通问题，提高制冷站效率。

2.1中央空调系统

该项目采用了系统智能优化技术-SOD技术，该系统优化技术追求的是系统层的“整体”优化节能，而非常规优化控制的单个设备或局部节能。其考虑各个设备之间、水系统与风系统之间控制的相互影响与联系，将中央空调系统作为一个整体来考虑，以整个系统能效最高为控制优化目标，通过采集系统运行参数，动态建立系统设备，包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、管路水力及风系统能耗等模型，对系统进行优化联合计算，寻优求解出：保证需求的情况下，实现系统最低能耗时各设备的最优运行工况，从而实现“系统”层次的节能优化控制。

2.2空调箱风系统

节能改造之前，空调箱仅有手动回风阀，新风通过外墙新风口百叶窗引入，无组织排风系统。空调箱自动控制水阀可自动调节以控制回风温度在其控制设定点，无CO2浓度控制。

该项目风系统的节能优化控制采用Op-econo-mizer技术，其主要指对应不同的室内外参数，对新风阀、排风阀及回风阀进行实时最佳控制，以降低机械制冷负荷，提高室内舒适性。其可克服常规控制方法的不足，实现同时满足室内温湿度及CO2要求、降低系统能耗的新/回/排风最佳控制。

3实际效果及其分析

3.1室内热舒适性

通过中央空调系统及空调风系统的节能优化控制，以及对不同区域风量的平衡调节，区域热舒适性得到了很大的改善。不同区域温度可控制在设定温度偏差+0.5℃的范围内，CO2浓度均可以控制在800ppm以内，一楼商场入口的吹风感及温度舒适性也得到了明显的改善。2011随机调查的室内舒适性顾客满意度达到87%，较2010年上升了11%。

3.2运行能耗分析

2011年中央空调系统耗电相对原基准值（2007-2009平均年能耗）降低了98.7万度，系统节能率约为38%，由于该建筑2010年安装了分项计量装置并实施了节能改造，为便于数据分析以2010年全年能耗为基准，对比中央空调节能改造前后效果，详见表1。

从表1可以得出以下几点。

（1）冷冻水泵节能效果最明显，节能率达75%，一方面于原有系统水泵选型偏大导致；另一方面，采用合理的变频控制参数，根据实际负荷情况来控制水泵变频器的频率，从而有效避免水泵功耗的浪费。

（2）空调末端节能效果较好，节能率达27%。由于空调末端水量与空调末端风量都直接影响末端表面换热器的冷量的输出，本项目采用水量调节优先策略，使得水泵与空调末端能耗最低。同时，冬季由于全新风模式，使得空调末端冬季的耗电量比同期有所增加，但全年能耗仍比改造前降低明显。

（3）冷水机组能耗降低11%。其主要分为两部分原因，一是增加冷却水管旁通，使得冷机可实现“一机对多塔”，降低冷却水进水温度，从而提高冷水机组能效；另一方面由于全新风模式运行，减少冷水机组的运行时间。

2.3节能贡献率分析

为了便于了解各项节能技术及措施的实际应用效果，本节从各分项技术改造出发来说明各技术改造的实际效果，以期指导新的节能改造项目。

表2从采用的改造技术维度，对各项节能技术的贡献进行重新归类。其中，全新风节能改造的节能量主要来源于减少的冷水机组及其输配系统的能耗，而冷水机组增效的节能量，仅考虑由于降低冷却水进口温度而冷水机组提高制冷机组COP。从表2可得出如下结论。

（1）空调末端变频改造及全新风改造，对整个空调系统改造的贡献率约达50%，因此对百货商场而言，做好全新风的前期设计及改造，对商场的实际运行能耗有较大的影响。

（2）全新风运行对商场能否节能运行有较大的影响，虽然在过渡季节使空调末端能耗升高，但却降低冷水机组及其输配系统的能耗，其贡献率为16%。

（3）冷水机组增效主要涉及到系统及其管理人员素质。一方面要保证系统在空调季能尽可能利用现有的冷却塔进行冷却，降低其冷却水进口温度；另一方面涉及到具体的运维人员技术水平，要有系统的观点，莫为减少一个冷却塔的电耗，反而浪费冷水机组的节能潜力。

4空调能耗与天气的关系

众所周知，空调能耗受天气的影响较大，虽然文献[7―8]提出了解决办法，但在节能效果测算中也往往存在争议，本文采用文献[9]提出的“最小二乘法”来拟合室外干球温度与空调能耗的关系，见图4。从实际拟合结果来看，改造前后两者线性相关系数R都大于0.9，说明存在较高的相关性，并且在相同温度条件下，空调系统能耗降低较明显。

5结语

通过对夏热冬暖某商场节能改造及其效果分析，可初步得出如下结论：

应用系统优化控制技术，系统优化节能控制，绝不是常规节能改造的单个设备或局部节能，而是将中央空调系统作为一个整体来考虑，考虑各个设备之间、水系统与风系统之间控制的相互影响与联系，以整个系统能效最高为控制优化目标，在保证需求的情况下，实现“系统”层次的节能优化控制，通过实践检验证明，系统优化控制技术，可使中央空调系统常规运行模式降低系统能耗约20%；合理利用新风，在新风可利用时段，充分合理利用新风，对于大型公共建筑，特别是内区大、内扰大、常年需要供冷的商业建筑，具有非常重要的节能价值，对于控制室内CO2浓度也具有重要意义；采用简单易行的“最小二乘法”来分析空调能耗及其节能量分析有一定的参考意义。