空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造節(jié)能量計(jì)算方法探討

上海電力學(xué)院 于 峰

上海市合同能源管理委員會(huì)辦公室 魏玉劍

0 引言

對(duì)節(jié)能量測(cè)量評(píng)估，是采用合同能源管理模式進(jìn)行節(jié)能改造的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。合同能源管理(EPC)實(shí)質(zhì)是一種以減少的能源費(fèi)用來(lái)支付節(jié)能改造項(xiàng)目全部投資的節(jié)能投資方式，由能源服務(wù)公司（ESCO）為客戶提供節(jié)能改造服務(wù)，與客戶分享項(xiàng)目實(shí)施后的效益。因此，能否準(zhǔn)確度量節(jié)能量直接關(guān)系到ESCO和客戶雙方的利益[1]。

空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造方式有很多，不同的節(jié)能改造項(xiàng)目實(shí)際情況也不盡相同，改造技術(shù)、項(xiàng)目雙方對(duì)測(cè)量精度的要求、實(shí)際測(cè)量能力、對(duì)測(cè)量成本的考慮等，都將影響到節(jié)能量測(cè)評(píng)方法的選取。當(dāng)面對(duì)不同的節(jié)能改造方式時(shí)，針對(duì)具體的節(jié)能量測(cè)算條件，選取何種節(jié)能量計(jì)算方法便顯得極其重要，選擇了正確的計(jì)算方法，才能提高節(jié)能量測(cè)評(píng)的合理性、準(zhǔn)確性。根據(jù)國(guó)家出臺(tái)的GB/T 13234-2009《企業(yè)節(jié)能量計(jì)算方法》，我們得以確定節(jié)能量計(jì)算的基本原則以及方法，之后結(jié)合節(jié)能改造實(shí)際情況，選擇具體測(cè)算方法。本文通過(guò)具體實(shí)例，列舉了中央空調(diào)系統(tǒng)改造項(xiàng)目在不同邊界條件下最適合采用的節(jié)能量計(jì)算方法，并且探討了針對(duì)不同的項(xiàng)目實(shí)際情況該注意的問(wèn)題。

1 計(jì)量統(tǒng)計(jì)法

1）對(duì)于某些節(jié)能改造前后用能單位運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定，且設(shè)備運(yùn)行工況沒(méi)有發(fā)生變化，那么，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量改造前后設(shè)備性能，進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，便可準(zhǔn)確獲得項(xiàng)目節(jié)能量。比如，某醫(yī)院對(duì)其中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，更換了中央空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備，將原先溴化鋰制冷機(jī)組更換為水冷式三級(jí)壓縮離心式冷水機(jī)組，此外，還更換了部分配套的冷卻塔，風(fēng)機(jī)等。該項(xiàng)目的節(jié)能量計(jì)算便是按照如下公式進(jìn)行：

節(jié)能量=（改造前單位制冷量能耗-改造后單位制冷量能耗）×該年供冷系統(tǒng)供冷量

改造前單位制冷量能耗的測(cè)算是根據(jù)基準(zhǔn)期實(shí)際運(yùn)行記錄以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)確定。在空調(diào)開(kāi)始使用的7～10月份內(nèi)，通過(guò)在冷凍水進(jìn)出口水管安裝測(cè)量器具，測(cè)量記錄制冷量，以改造前三年中7～10月空調(diào)能耗平均值作為基準(zhǔn)空調(diào)運(yùn)行能耗?？照{(diào)改造前單位制冷量能耗的計(jì)算方法為：基準(zhǔn)空調(diào)年運(yùn)行能耗/溴化鋰機(jī)組年提供供冷量。最終確定該醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)改造前單位制冷量能耗為1.3126kgce/RT。

改造后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，在整個(gè)制冷季，空調(diào)系統(tǒng)總共使用電量67.8萬(wàn)kWh,空調(diào)系統(tǒng)平均能效為0.8757kwh/RT，即單位制冷量能耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤為0.2627kgce/RT。該年度直至整個(gè)制冷季結(jié)束，因其制冷77.4萬(wàn)RT，按照上述計(jì)算公式，可得其節(jié)約能耗813t標(biāo)準(zhǔn)煤。

2）對(duì)于某些較為復(fù)雜的大型空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造項(xiàng)目，在改造過(guò)程中加裝了分項(xiàng)計(jì)量設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)改造后能耗統(tǒng)計(jì)及監(jiān)測(cè)，在此類項(xiàng)目中，采用統(tǒng)計(jì)計(jì)量法來(lái)計(jì)算節(jié)能量，最為準(zhǔn)確。如上海某大廈空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行整體節(jié)能改造，更換空調(diào)系統(tǒng)所有運(yùn)行水泵，并且為水泵加裝了變頻控制器，此外，還對(duì)對(duì)機(jī)房設(shè)備進(jìn)行群控優(yōu)化。改造完成之后，節(jié)能服務(wù)公司為其設(shè)立了能源監(jiān)控管理平臺(tái)，對(duì)能耗設(shè)備進(jìn)行分項(xiàng)、分設(shè)備計(jì)量，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)計(jì)量，通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)，來(lái)提高能源使用效率。其能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)模式如圖1所示：

圖1 能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)模式示意圖

該項(xiàng)目基準(zhǔn)能耗是根據(jù)改造前一整年的逐月能源賬單計(jì)算所得。由于上海地區(qū)辦公建筑四月份一般不使用中央空調(diào)，因此，4月份的用電量是全年最低值。且該大廈除了空調(diào)用電之外的辦公用電、動(dòng)力用電等其他設(shè)備用電基本維持不變，所以可以用4月份能耗作為除空調(diào)之外其他設(shè)備能耗。其他月份的耗電量與四月份耗電量的差值即為各月用于中央空調(diào)的能耗。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1：

表格所列的空調(diào)能耗中，5月份到10月份能耗為空調(diào)制冷能耗，其他月份能耗為空調(diào)采暖能耗（4月份除外）。

節(jié)能改造完成之后，空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際能耗以節(jié)能監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)際測(cè)量記錄數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，將其作為節(jié)能量計(jì)算過(guò)程中的統(tǒng)計(jì)報(bào)告期能耗。分享期能耗基準(zhǔn)則用采暖/制冷度日數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

節(jié)能量計(jì)算公式如下：

式中，ΔE為項(xiàng)目節(jié)能量，

Er為統(tǒng)計(jì)期基準(zhǔn)能耗，

表1 大廈逐月耗電統(tǒng)計(jì)

Ea為改造后統(tǒng)計(jì)期能耗，

Eb1為基準(zhǔn)期空調(diào)采暖能耗，

dr1為統(tǒng)計(jì)期采暖度日數(shù)，

db1為基準(zhǔn)期采暖度日數(shù)，

Eb2為基準(zhǔn)期空調(diào)制冷能耗，

dr2為統(tǒng)計(jì)期制冷度日數(shù)，

db2為基準(zhǔn)期制冷度日數(shù)。

根據(jù)能源監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)際測(cè)量記錄數(shù)據(jù)，按照上述計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，該大廈節(jié)能改造項(xiàng)目在完成后的一年內(nèi)，節(jié)省耗電量30萬(wàn)kWh。

采用計(jì)量統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行節(jié)能量測(cè)評(píng)，是目前最為準(zhǔn)確的節(jié)能量計(jì)算方法，因?yàn)檫@種方法最為直接的測(cè)量設(shè)備能耗狀況，并予以統(tǒng)計(jì)計(jì)算，自然準(zhǔn)確。但是該方法需要進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作，即便是建立了諸如上述的節(jié)能監(jiān)測(cè)平臺(tái)，其初始投資也將提高。因此該方法適合用于項(xiàng)目比較大，改造系統(tǒng)較為龐雜時(shí)的節(jié)能量計(jì)算。

2 總能耗比較法

1）如果節(jié)能改造項(xiàng)目較為復(fù)雜或著相互有交叉，無(wú)法單獨(dú)隔離計(jì)算，則可以通過(guò)測(cè)試整個(gè)設(shè)施的能耗水平來(lái)確定節(jié)能量，即通過(guò)測(cè)量總體能耗，分析總表數(shù)據(jù)、電費(fèi)賬單等來(lái)計(jì)算節(jié)能量。

例如，上海某賓館空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，采用余熱回收的節(jié)能冷熱源系統(tǒng)，把制冷、制暖合并為一個(gè)系統(tǒng)。賓館拆除了鍋爐單冷中央空調(diào)、冷卻塔和熱交換器，通過(guò)安裝的雙效節(jié)能冷熱源回收機(jī)組來(lái)保證全年生活熱水的供給，同時(shí)，機(jī)組在生產(chǎn)生活熱水時(shí)制造出來(lái)的冷氣，則進(jìn)入中央空調(diào)系統(tǒng)使用。如此，空調(diào)還是中央空調(diào)，生活熱水還是55℃以上的生活熱水，而運(yùn)行成本卻減去了40%。

在此節(jié)能改造項(xiàng)目中，中央空調(diào)系統(tǒng)和生活供暖系統(tǒng)交叉改造，難以將其拆分開(kāi)來(lái)計(jì)算節(jié)能量，而且改造之后節(jié)能幅度較大，節(jié)能改造節(jié)省的耗能將是構(gòu)成賓館能源費(fèi)用變化的主要因素。對(duì)于采用總能耗比較法估算節(jié)能量造成的小量誤差，項(xiàng)目雙方都能接受。因此，本項(xiàng)目最終節(jié)能量的確定，便采用了比較節(jié)能改造前后總能耗的方法。

項(xiàng)目節(jié)能量監(jiān)測(cè)采用的能源計(jì)量方式是按照電力局總電表計(jì)量用電量的方式。根據(jù)該賓館2008年～2011年能源消耗明細(xì)，整理計(jì)算出數(shù)據(jù)為：2010年4月～9月能耗總量是409.78 t標(biāo)煤，2011年4月～9月能耗總量是320.29 t標(biāo)煤，2008年～2010年能耗總量平均值是942.01 t標(biāo)煤。

改造后的系統(tǒng)于2011年4月份開(kāi)始正式使用。由于項(xiàng)目審核是在該年的9月，因此只有改造后使用的部分?jǐn)?shù)據(jù)。改造前，即2010年得4月份到9月份，賓館共消耗能源405.78噸標(biāo)準(zhǔn)煤；改造后，即2011年賓館4月份至9月份共消耗標(biāo)準(zhǔn)煤320.29噸。由此計(jì)算出此次節(jié)能改造的節(jié)能率為：21.07%[（405.78-320.29）/405.78]。

2008年至2010年這三年內(nèi)，賓館平均年消耗能源折合標(biāo)準(zhǔn)煤942 t。將改造前2008至2010年全年的平均值能耗作為基準(zhǔn)值，以節(jié)能率乘以基準(zhǔn)值便可得年節(jié)能量：198.48 t標(biāo)準(zhǔn)煤（942×21.07%）。

根據(jù)2008年到2010年賓館的實(shí)際運(yùn)行記錄，該賓館節(jié)能改造前能源消耗總量較為穩(wěn)定，各耗能設(shè)備能耗量起伏不大，用能結(jié)構(gòu)并無(wú)明顯改變，且賓館近年來(lái)經(jīng)營(yíng)狀況穩(wěn)定，每年客流量無(wú)較大變化，因此采用節(jié)能改造前3年能耗平均值作為計(jì)算節(jié)能量的基準(zhǔn)值，能較好的反映改造前賓館的真實(shí)能耗情況。在這種節(jié)能量計(jì)算影響因素比較少的情況下，通過(guò)直接比較改造前后總能耗來(lái)確定節(jié)能量，是一個(gè)非?？扇〉挠?jì)算方法。

2）復(fù)雜的空調(diào)改造，對(duì)節(jié)能量影響條件過(guò)多，那么，在采用總能耗比較法進(jìn)行節(jié)能量計(jì)算的時(shí)候，還可以引入調(diào)整因數(shù)，設(shè)計(jì)合理的計(jì)算公式，對(duì)節(jié)能量進(jìn)行估算。

比如，某酒店對(duì)其空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，采用高效的螺桿式風(fēng)冷熱泵機(jī)組替換現(xiàn)有的活塞式風(fēng)冷熱泵機(jī)組，更換設(shè)備的同時(shí)，根據(jù)酒店業(yè)務(wù)需要，部分客房功能改變，導(dǎo)致空調(diào)負(fù)荷較原先增加，并且酒店空調(diào)新風(fēng)量要求增加。此外，改造雙方協(xié)定，在進(jìn)行節(jié)能量計(jì)算的時(shí)候，要綜合考慮到未來(lái)酒店業(yè)務(wù)量變化對(duì)節(jié)能量的影響，因此，雙方?jīng)Q定按照如下公式進(jìn)行節(jié)能量計(jì)算：

式中，ΔE是節(jié)省的能耗量，

E0是基準(zhǔn)總能耗，

ΔEc是由于空調(diào)負(fù)荷增加所增加的能耗，

E是當(dāng)前總能耗。

C1表示酒店業(yè)務(wù)量對(duì)空調(diào)能耗的影響，定義如下：

按照合同的約定，甲方應(yīng)當(dāng)確保正常營(yíng)業(yè)并保證一定的業(yè)務(wù)量，因此C1最小值取0.7，如果公式(4)的計(jì)算值小于0.7，則C1取為0.7。

由于業(yè)主準(zhǔn)備增加空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量，所以在計(jì)算節(jié)能費(fèi)用的時(shí)候也必須考慮新風(fēng)量對(duì)空調(diào)運(yùn)行能耗的影響。C2表示新風(fēng)量變化對(duì)節(jié)能量的影響，定義如下：

其中0.4是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，表示新風(fēng)負(fù)荷在建筑空調(diào)負(fù)荷中的比重。

由于酒店某功能區(qū)用途調(diào)整，冷熱負(fù)荷增加，由此會(huì)造成能源費(fèi)用提升。由于負(fù)荷增加導(dǎo)致的能耗增量的計(jì)算式子如下：

ΔEc=空調(diào)負(fù)荷÷COP×運(yùn)行天數(shù)×運(yùn)行時(shí)間×0.8×0.5。平均電價(jià)以0.9元/kWh計(jì)算，由全天負(fù)荷變化引起的調(diào)整系數(shù)以0.8計(jì)算，由氣溫變化引起的系數(shù)以0.5計(jì)算,由此計(jì)算空調(diào)能耗增加量ΔEc。

采用這個(gè)計(jì)算公式進(jìn)行節(jié)能量計(jì)算，便能綜合考慮到空調(diào)負(fù)荷增加，新風(fēng)量增加，天氣狀況、酒店?duì)I業(yè)情況等各個(gè)因素，較為準(zhǔn)確的計(jì)算出項(xiàng)目的節(jié)能量。

采用比較總能耗來(lái)計(jì)算節(jié)能量的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單明了，節(jié)省了大量的測(cè)算成本，同時(shí)，通過(guò)比較，能耗的直接減少便一目了然，令用能單位信服，會(huì)調(diào)動(dòng)其節(jié)能改造的積極性。但是這種方法的選用也有很多局限性，如果改造項(xiàng)目的節(jié)能效果不明顯，則很有可能出現(xiàn)改造后能耗比改造前的能耗還要高的情況。雖然能耗增加的原因大多是其他原因造成的，比如改造項(xiàng)目以外其他能耗設(shè)備運(yùn)行狀況改變導(dǎo)致能耗增加等，但能耗增加的事實(shí)卻會(huì)使業(yè)主對(duì)節(jié)能效果產(chǎn)生懷疑[2]。

3 能耗軟件模擬法

由于節(jié)能量計(jì)算需要通過(guò)比較改造前后的數(shù)據(jù)來(lái)確定，如果在項(xiàng)目實(shí)施前要進(jìn)行可行性分析，無(wú)法獲得改造前后的能耗數(shù)據(jù)，便可以采用軟件模擬的方法來(lái)確定節(jié)能量。用能耗模擬軟件建立模型，并對(duì)其改造前后的能耗和運(yùn)行狀況進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化模擬，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析從而計(jì)算出改造所得節(jié)能量。

采用軟件模擬的方法可以有效地在可收集的數(shù)據(jù)不是很完整的時(shí)候計(jì)算出項(xiàng)目的節(jié)能量，而且由于程序化的計(jì)算流程，能夠節(jié)省計(jì)算節(jié)能量所花費(fèi)的時(shí)間。但是采用軟件模擬的方法來(lái)計(jì)算節(jié)能量也存在許多弊端，比如，由于不同的計(jì)算軟件采用不同的數(shù)值解法、模型算法，計(jì)算采用參數(shù)的偏差和計(jì)算誤差的累積，使得不同軟件計(jì)算的結(jié)果會(huì)有很大的差別。此外，整個(gè)模擬過(guò)程是一個(gè)“黑箱”，簡(jiǎn)單改變一兩個(gè)參數(shù)就可以在很大程度上影響計(jì)算結(jié)果，因此需要有一個(gè)對(duì)能耗模擬和分析軟件校準(zhǔn)和驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)，但是我國(guó)迄今沒(méi)有一部能耗分析軟件校準(zhǔn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。[2]能耗軟模擬法可以在項(xiàng)目進(jìn)行之前，做可行性分析時(shí)采用，但是最終進(jìn)行節(jié)能量審核時(shí)，由于其具有較大的不確定性，因此不予推薦。

4 總結(jié)

中央空調(diào)的節(jié)能改造形式多種多樣，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能量測(cè)量評(píng)估時(shí)不能一概而論。當(dāng)多項(xiàng)改造技術(shù)相互交叉而不便測(cè)量時(shí)，可以采用總能耗比較法；如果項(xiàng)目改造前后的數(shù)據(jù)無(wú)法采集，或者運(yùn)行時(shí)間過(guò)短，數(shù)據(jù)不齊全，則可以采用能耗軟件模擬；如果能夠準(zhǔn)確測(cè)量改造前后功率等數(shù)據(jù)，則計(jì)量統(tǒng)計(jì)法較為簡(jiǎn)捷準(zhǔn)確。總之，根據(jù)不同的項(xiàng)目實(shí)施實(shí)際情況，選取最合適的節(jié)能量測(cè)評(píng)方法，才能做到合理，準(zhǔn)確的計(jì)算節(jié)能量。

[1]李揚(yáng),蘇宜強(qiáng),劉驍.節(jié)能量的測(cè)量及其不確定度的研究[J].電力需求側(cè)管理,2010,12(4)∶11-14

[2]龍惟定，白瑋。能源管理與節(jié)能【M】.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011。