公共建筑節(jié)能技術(shù)探討

文｜廈門(mén)萬(wàn)安智能股份有限公司 陳 新

1 引言

（1）公共建筑耗能電氣系統(tǒng)節(jié)能與《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》

在《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中，公共建筑耗能電氣系統(tǒng)節(jié)能主要體現(xiàn)在5.2和5.6章節(jié)，即公共建筑的節(jié)能與能源利用，以及公共建筑的運(yùn)營(yíng)管理兩章與設(shè)備節(jié)能有關(guān)的內(nèi)容中。

（2）節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的實(shí)施建議

《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》針對(duì)公共建筑的節(jié)能評(píng)價(jià)，基本上著眼于設(shè)備設(shè)施的選型方法及標(biāo)準(zhǔn)。筆者建議在耗能設(shè)備選型的基礎(chǔ)上，從耗能系統(tǒng)整體運(yùn)行的層面綜合考慮具體的節(jié)能技術(shù)措施。以中央空調(diào)系統(tǒng)為例，根據(jù)整體負(fù)載情況，除需考慮冷水機(jī)組的設(shè)備選型，還需考慮與其相配套的水泵、冷卻塔、末端的風(fēng)機(jī)盤(pán)管的選型。除此之外，為保證各設(shè)備能夠相互匹配，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的高效、節(jié)能，還需配備一套控制系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)和控制各耗能設(shè)備的運(yùn)行，根據(jù)末端的負(fù)載情況調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，使其運(yùn)行達(dá)到高效、節(jié)能。因此，筆者借本文提出采用冷凍站群控技術(shù)，并建立能源管理平臺(tái)或系統(tǒng)，以強(qiáng)化公共建筑耗能電氣系統(tǒng)節(jié)能的建議，與廣大同仁交流。

2 合理采用冷凍站群控技術(shù)

設(shè)計(jì)建設(shè)設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，要強(qiáng)調(diào)其在冷凍站群控方面的應(yīng)用。制冷主機(jī)的能耗在建筑電氣總能耗中占較大比例，往往制冷主機(jī)效率的小幅提升就會(huì)帶來(lái)較大的節(jié)能量。冷凍站群控的主要工作內(nèi)容就是優(yōu)化制冷主機(jī)群的啟動(dòng)順序，優(yōu)化冷卻水的水溫和冷卻塔的運(yùn)行，并根據(jù)末端的用途提供合適溫度的冷凍水，調(diào)節(jié)組合式風(fēng)柜的送風(fēng)溫度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空調(diào)機(jī)房的參數(shù)，尤其是制冷主機(jī)的運(yùn)行效率。

冷卻水的供水溫度對(duì)制冷主機(jī)的效率影響很大，冷卻水溫度越低（需高于制冷主機(jī)冷卻水水溫最低要求），制冷主機(jī)效率越高。

絕大部分制冷主機(jī)的工況都有一個(gè)高效段，不同主機(jī)高效段的位置不盡相同。大多數(shù)離心制冷主機(jī)，其整個(gè)負(fù)荷區(qū)間內(nèi)的效率最高點(diǎn)并非出現(xiàn)在負(fù)荷為100%時(shí)，而是出現(xiàn)在負(fù)荷為70%~90%之間時(shí)。設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)調(diào)整每臺(tái)制冷機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，使之與制冷主機(jī)性能曲線相匹配；如果機(jī)組的某些參數(shù)有了較大的變化，以致對(duì)制冷曲線構(gòu)成了影響，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)更新制冷主機(jī)性能曲線。如果要將水泵等輔助設(shè)施也考慮進(jìn)來(lái)，以確定空調(diào)水系統(tǒng)的效率，系統(tǒng)也可以將輔助設(shè)施納入，并繪制另外的曲線。

在實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)將分析當(dāng)前的負(fù)荷，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前的部分負(fù)荷曲線庫(kù)，對(duì)不同搭配組合的能效進(jìn)行排序，并據(jù)此選擇主機(jī)等設(shè)備。如果某臺(tái)主機(jī)出現(xiàn)報(bào)警或其他異常情況，系統(tǒng)將不會(huì)把該主機(jī)納入選擇范圍內(nèi)。

制冷主機(jī)冷凍水供水溫度將直接影響制冷主機(jī)效率。冷凍水溫每升高1℃，制冷機(jī)的效率將提高3%~4%。但是，過(guò)高的冷凍水供水溫度將降低風(fēng)系統(tǒng)的除濕能力，使之在面對(duì)高濕的情況時(shí)難以控制濕度。對(duì)于室內(nèi)散濕量不大，室內(nèi)濕度主要受新風(fēng)影響的空間，根據(jù)室外的溫濕度和室內(nèi)的負(fù)荷合理調(diào)整供水溫度將提高系統(tǒng)的效率。此外，冷凍水的供回水溫差也影響著空調(diào)水系統(tǒng)的效率。

冷凍站群控方案的具體內(nèi)容是：通過(guò)自動(dòng)采集冷卻水入口溫度、每臺(tái)制冷主機(jī)的冷凍水供回水溫度、冷凍水集水器和分水器的溫度、冷凍水流量、制冷主機(jī)功率、冷凍水系統(tǒng)最不利端壓差等，制定整個(gè)冷凍主機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行策略，包括統(tǒng)籌啟停、分配負(fù)荷、平衡冷卻塔和冷卻水泵開(kāi)啟數(shù)量，同時(shí)針對(duì)每臺(tái)制冷主機(jī)繪制部分負(fù)荷效率曲線作為負(fù)荷分配依據(jù)，根據(jù)末端需求及室外天氣情況（如室外溫濕度等）優(yōu)化冷凍水供水水溫，通過(guò)自適應(yīng)控制器預(yù)測(cè)水系統(tǒng)部分負(fù)荷效率，優(yōu)化制冷機(jī)組的啟停，確定并/串聯(lián)水泵組的流量狀態(tài)點(diǎn)，優(yōu)化冷卻水溫度、冷凍水供水溫度及多主機(jī)的負(fù)荷分配來(lái)提高制冷機(jī)房的運(yùn)行效率。

3 建立能源管理平臺(tái)或系統(tǒng)

建設(shè)能源管理系統(tǒng)的目的是：

◆ 了解建筑能源消耗的整體情況；

◆ 通過(guò)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)與類(lèi)似項(xiàng)目的橫向比較和與本建筑歷史數(shù)據(jù)的縱向比較，歸納總結(jié)本建筑能耗的特點(diǎn)，找出建筑節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)，確定建筑節(jié)能改進(jìn)的重點(diǎn)；

◆ 掌握建筑能耗的詳細(xì)情況，包括建筑內(nèi)各區(qū)域的建筑面積、所用能源類(lèi)型、能耗強(qiáng)度、具體能耗數(shù)值以及典型建筑的分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)等，以確定節(jié)能改進(jìn)的具體措施，同時(shí)確定能耗的變化發(fā)展趨勢(shì)，科學(xué)地預(yù)測(cè)建筑能耗。

借助能源管理平臺(tái)或系統(tǒng)，能有效地發(fā)現(xiàn)建筑內(nèi)部的用能異常、能耗漏洞，對(duì)不合理的用能方式進(jìn)行革新，更加合理地分配和利用各類(lèi)能源，從而更精準(zhǔn)地控制能源消耗；在保證提供舒適環(huán)境的前提下，幫助物業(yè)管理者和用戶建立起管理節(jié)能的模式，挖掘自身的節(jié)能潛力并結(jié)合技術(shù)節(jié)能措施，有效地降低能源消耗，可創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

能源管理平臺(tái)或系統(tǒng)由硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)組成。其硬件設(shè)備中的計(jì)量表和采集器用于對(duì)用電設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析（《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中有對(duì)用電設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析的要求）。其軟件系統(tǒng)包括能源監(jiān)管和控制，符合對(duì)建筑用戶能源消耗環(huán)節(jié)進(jìn)行分類(lèi)和分項(xiàng)的要求，可動(dòng)態(tài)展現(xiàn)建筑用戶的能耗、平均能耗、能耗變化趨勢(shì)以及對(duì)標(biāo)分析結(jié)果等。能源管理平臺(tái)可以完善能源信息的采集、存儲(chǔ)、管理和利用；建立分散控制和集中管理機(jī)制；減少能源管理環(huán)節(jié)，優(yōu)化能源管理流程，建立客觀的能源消耗評(píng)價(jià)體系；減少能源系統(tǒng)運(yùn)行管理成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；加快能源系統(tǒng)的故障和異常處理，提高對(duì)能源事故的反應(yīng)能力；節(jié)約能源和改善環(huán)境。能源改造案例反映，能源管理系統(tǒng)可幫助企業(yè)從管理入手并結(jié)合各類(lèi)技術(shù)節(jié)能措施，在8~10個(gè)月內(nèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能2%~5%。

4 節(jié)能改造案例

4.1 某辦公大樓的節(jié)能改造

4.1.1 節(jié)能改造前的情況

某辦公大樓，節(jié)能改造前的主要能耗為電力消耗，其中又以空調(diào)及照明能耗為主——超過(guò)總能耗的60%，空調(diào)能耗約占總能耗的40%以上，2010年總電耗高達(dá)7.17×106kWh。

（1）冷凍站包括三臺(tái)400RT螺桿式電制冷機(jī)組，總制冷量為1200RT，1993年投入使用。系統(tǒng)整體運(yùn)行采用根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷冷負(fù)荷，確定機(jī)組使用數(shù)量及運(yùn)行時(shí)間的方式；其管理雖然比較可靠，但很難精準(zhǔn)判斷實(shí)際負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。

（2）中央冷源系統(tǒng)為一次泵系統(tǒng)，包括三臺(tái)冷凍泵、三臺(tái)冷卻泵、兩臺(tái)冷卻塔。

（3）中央冷凍站配備有兩臺(tái)冷卻塔（配備有7.5kW單速馬達(dá)風(fēng)扇），每臺(tái)冷卻塔的各支管都有其獨(dú)立的手動(dòng)閥門(mén)，閥門(mén)開(kāi)度常年控制在45度左右。冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行控制通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，啟停數(shù)量由現(xiàn)場(chǎng)工作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)決定；系統(tǒng)無(wú)法根據(jù)實(shí)際負(fù)荷匹配運(yùn)行臺(tái)數(shù)以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的節(jié)能效果。

（4）主樓的空調(diào)末端系統(tǒng)主要為“風(fēng)機(jī)盤(pán)管+新風(fēng)機(jī)”系統(tǒng)，部分公共區(qū)域使用空氣處理機(jī)組。使用時(shí)間較長(zhǎng)的主要是大堂及其他的公共區(qū)域的空氣處理機(jī)組。

（5）主樓內(nèi)的照明設(shè)備主要是T8燈管及電感鎮(zhèn)流器，不屬于高效節(jié)能燈具。

4.1.2 節(jié)能改造的措施與效果

（1）針對(duì)原冷水主機(jī)功率設(shè)計(jì)偏大，整體運(yùn)行不能根據(jù)末端負(fù)載進(jìn)行調(diào)節(jié)等情況，采取如下措施進(jìn)行改造：將兩臺(tái)400RT的冷水機(jī)組更換為兩臺(tái)372RT的高效螺桿式冷水機(jī)組，同時(shí)更新對(duì)應(yīng)的冷凍、冷卻水泵并對(duì)冷凍、冷卻水管進(jìn)行相應(yīng)的改造；安裝冷凍站群控系統(tǒng)，并為新安裝的冷凍水泵、冷卻水泵安裝變頻器，在水系統(tǒng)中安裝溫度傳感器、流量及壓力傳感器，以確保控制策略的實(shí)現(xiàn)。中央空調(diào)設(shè)備控制工作站改造完成后實(shí)現(xiàn)的功能包括：空調(diào)主機(jī)啟停優(yōu)化、空調(diào)主機(jī)時(shí)間表順序控制、供回水溫差和流量設(shè)定優(yōu)化控制、設(shè)備運(yùn)行跟蹤記錄及保存。借助群控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)際負(fù)荷調(diào)節(jié)水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟臺(tái)數(shù)、運(yùn)行功率和空調(diào)水流量，達(dá)到節(jié)能目的。

（2）針對(duì)空氣處理機(jī)系統(tǒng)始終以工頻運(yùn)行，不支持根據(jù)末端負(fù)載調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)等情況，采取如下節(jié)能改造措施：更新6臺(tái)空氣處理機(jī)組，安裝變頻設(shè)備、電動(dòng)冷凍水閥、風(fēng)管送回風(fēng)溫度傳感器；增加了DDC控制器；通過(guò)群控系統(tǒng)控制空氣處理機(jī)組的啟停、調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率；根據(jù)實(shí)際負(fù)荷，通過(guò)控制冷凍水閥的開(kāi)度，調(diào)節(jié)冷凍水流量。如此實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，同時(shí)降低了運(yùn)行維護(hù)成本。

（3）將目前使用的1417支18W電感式日光燈以及1320支36W電感式日光燈替換為帶電子鎮(zhèn)流器的T5電子熒光燈，替換中可在不影響照度的情況下用小功率熒光燈替換大功率熒光燈，達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。

（4）建立能源管理平臺(tái)，通過(guò)能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)查看設(shè)備運(yùn)行情況分析，對(duì)比改造前后的能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)值，將設(shè)備的運(yùn)行納入到樓宇自控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制管理下，實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，排除人為判斷的因素，節(jié)能效果明顯。

本項(xiàng)目采用能源合同模式，含以上所有設(shè)備改造的總投資為650萬(wàn)，預(yù)計(jì)投資回報(bào)期為4年半。目前已投運(yùn)近一年，效果高于預(yù)期。

4.2 某酒店節(jié)能改造

某酒店2008年進(jìn)行了大規(guī)模的擴(kuò)建改造，2011年3月底完成了節(jié)能改造。

（1）2008年擴(kuò)建的三個(gè)冷凍站，所用制冷主機(jī)為大金冷水機(jī)組（部分帶熱回收功能），綜合效率較高，維保情況良好；所用冷凍水泵、冷卻水泵為定流量系統(tǒng)；由于未安裝樓宇自控系統(tǒng)，設(shè)備的運(yùn)行及管理均通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)；運(yùn)行中增減主機(jī)、設(shè)置設(shè)備參數(shù)等基本采用按經(jīng)驗(yàn)操作的模式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)冷源系統(tǒng)各設(shè)備科學(xué)地配合運(yùn)行、以最高的效率運(yùn)行的目標(biāo)；冷凍水泵轉(zhuǎn)速、冷凍水供回水溫差波動(dòng)大，低負(fù)荷時(shí)在1~3℃之間，高負(fù)荷時(shí)為3~5℃；溫差小于5℃的設(shè)計(jì)溫差，系統(tǒng)未能最大程度地發(fā)揮節(jié)能潛力；冷卻水泵在以定流量模式運(yùn)行時(shí)，供回水溫差波動(dòng)大，低負(fù)荷時(shí)在2~3℃之間，高負(fù)荷時(shí)為4~6℃，有一定的節(jié)能空間。

實(shí)施節(jié)能措施包括：為冷凍站引入群控系統(tǒng)，實(shí)行精細(xì)化控制，將冷凍站的能效最大化；對(duì)冷凍水泵、冷卻水泵進(jìn)行變流量改造，將之納入新的群控系統(tǒng)，使其部分負(fù)荷時(shí)的效率最大化；改造冷凍水壓差旁通閥門(mén)，使其支持通過(guò)樓宇自控系統(tǒng)科學(xué)地調(diào)整其設(shè)定參數(shù)。

（2）2008年裝修以前已有的兩個(gè)冷凍站，制冷主機(jī)為日立冷水機(jī)組，已經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間使用，效率較低；冷凍水泵、冷卻水泵為定流量系統(tǒng)，水泵多年未更新，效率較低；由于未安裝樓宇自控系統(tǒng)，設(shè)備的運(yùn)行及管理均通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)；調(diào)整設(shè)備運(yùn)行、設(shè)置設(shè)備參數(shù)等基本采用按經(jīng)驗(yàn)操作的模式。

實(shí)施節(jié)能措施包括：改造冷凍水管道，使之與大金制冷主機(jī)的冷凍水管道相連，通過(guò)新安裝的樓宇自控系統(tǒng)調(diào)配冷凍水的輸送；由新冷凍站統(tǒng)一供冷，將原有制冷主機(jī)與水泵作為備用冷源，納入新樓宇自控系統(tǒng)。

（3）熱源基本以風(fēng)冷熱泵為主；循環(huán)水泵設(shè)有變頻設(shè)備；系統(tǒng)不支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，管理維護(hù)工作有待加強(qiáng)。

實(shí)施節(jié)能措施包括：增加樓宇自控系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；增加能源管理平臺(tái)進(jìn)行能效管理。

項(xiàng)目實(shí)施主要包括冷凍站水泵變頻改造、冷凍站群控系統(tǒng)安裝、新舊冷凍站冷凍管道改造、樓宇自控系統(tǒng)安裝、能源管理平臺(tái)安裝。項(xiàng)目投資額約為220萬(wàn)元人民幣；投運(yùn)后節(jié)能效果顯著，年節(jié)約用能費(fèi)用56萬(wàn)元人民幣。

5 結(jié)束語(yǔ)

綠色建筑的節(jié)能，除要從電氣設(shè)備的層面考慮外，還應(yīng)從建筑設(shè)備耗能系統(tǒng)整體運(yùn)行狀況的層面考慮，引入適用的控制及管理應(yīng)用技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)建筑耗能系統(tǒng)的整體運(yùn)行優(yōu)化及節(jié)能，提高運(yùn)營(yíng)和管理水平。