熱泵技術(shù)改造項目節(jié)能量量化方法研究

羅景輝，王侃宏，崔志強，楊震，劉夢男

(河北工程大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，河北邯鄲056038)

目前節(jié)能量化方法主要是參照《國際性能測量和驗證協(xié)議》、《節(jié)能量測量和驗證程序》對項目的節(jié)能效果進行量化。其中，《國際性能測量和驗證協(xié)議》只是籠統(tǒng)給出了:隔離改造部分測量關(guān)鍵數(shù)據(jù);隔離改造部分測量全部數(shù)據(jù);整體耗能設(shè)施;經(jīng)校準的模擬這四種測量方法［1］?！豆?jié)能量測量和驗證技術(shù)定則》只是簡單說明了節(jié)能量測量程序、測量方案和核證方法［2］。它們均未對不同類型的項目給出相應(yīng)的量化方法。本文對熱泵改造項目進行研究，提出針對本類項目的節(jié)能量量化方法，具有重要的應(yīng)用意義。

1 項目節(jié)能量量化

節(jié)能量不能通過測量直接獲得，它需要對比改造前的能耗與改造后的能耗得出。整個節(jié)能量的得出主要是圍繞改造前能耗和改造后能耗的獲得展開［3］。對項目節(jié)能量量化主要包括確定項目邊界、在項目邊界范圍內(nèi)確定基期和統(tǒng)計報告期、根據(jù)項目在基期和統(tǒng)計報告期內(nèi)的能耗狀況計算出基期能耗和統(tǒng)計報告期能耗，經(jīng)調(diào)整后得出項目的節(jié)能量。

1.1 確定項目邊界

任何工序或設(shè)備的能源利用效率和節(jié)能量的分析，都需要確定一個明確的研究對象，稱之為系統(tǒng)邊界，只有明確了系統(tǒng)邊界才能進一步明確節(jié)能量監(jiān)測所需要的計量儀表，才有可能最終對節(jié)能量進行計算和分析。項目邊界的確定需根據(jù)節(jié)能量計算的目的、項目實施的內(nèi)容，用能流程等確定。若選擇的邊界較大，分析監(jiān)測成本較大，且抓不住主要矛盾。若選擇的邊界范圍過小，則有可能造成分析監(jiān)測漏項，節(jié)能量計算不準確［4］。

熱泵技術(shù)改造類項目根據(jù)改造的內(nèi)容、節(jié)能量計算的目的，邊界的選擇主要有以下兩種:

1)若節(jié)能量測量與核證的目的包括以下一種或多種情形時，項目應(yīng)以空調(diào)與采暖系統(tǒng)的冷熱源系統(tǒng)作為邊界(僅評價熱泵技術(shù)改造對冷熱源節(jié)能效果的影響;僅對空調(diào)與采暖系統(tǒng)進行熱泵技術(shù)改造，其它條件不發(fā)生變化。)。

2)若進行節(jié)能量測量與核證的目的包括以下一種或多種情形時，項目的邊界應(yīng)包括整個空調(diào)與采暖系統(tǒng)(評價熱泵技術(shù)改造對整個空調(diào)與采暖系統(tǒng)節(jié)能效果的影響;對空調(diào)與采暖系統(tǒng)進行熱泵技術(shù)改造的同時也進行了其它技術(shù)改造，且這些技術(shù)改造部分不容易隔離出來;對空調(diào)與采暖系統(tǒng)進行熱本技術(shù)改造的同時也實施了節(jié)能管理措施。)。

1.2 項目基期和統(tǒng)計報告期的確定

項目基期的確定。基期是空調(diào)與采暖系統(tǒng)熱泵技術(shù)改造項目節(jié)能量測量與核證時選取能夠代表空調(diào)與采暖系統(tǒng)運行規(guī)律的，節(jié)能改造實施前的時間段，一般情況為一個完整的制冷季和采暖季時間。假如改造前一年未能正常供冷或采暖，取前三年作為基期。

統(tǒng)計報告期的確定。統(tǒng)計報告期是空調(diào)與采暖系統(tǒng)熱泵技術(shù)改造項目節(jié)能量測量與核證時選取的能夠代表空調(diào)與采暖系統(tǒng)運行規(guī)律的，節(jié)能量改造實施后的時間段，原則上覆蓋空調(diào)與采暖系統(tǒng)完整制冷季和采暖季的運行時間。

1.3 基期與統(tǒng)計報告期能耗的確定

基期能耗的確定?；谀芎募椿趦?nèi)項目邊界范圍內(nèi)所有用能設(shè)備的總能耗，若業(yè)主對空調(diào)與采暖系統(tǒng)的用能設(shè)備進行了單獨而又完整的計量，可以通過查詢企業(yè)能源統(tǒng)計臺賬、購能發(fā)票、付款記錄、企業(yè)生產(chǎn)臺賬(財務(wù)帳為準)獲得。若業(yè)主沒有對空調(diào)系統(tǒng)的能耗進行單獨而又完整的計量，可以通過設(shè)備的功率、負載系數(shù)、運行時間、運行狀況經(jīng)過理論計算獲得。將不同能源的能耗折算成標準煤，得到項目基期能耗。

但是當遇到以下種類的項目在確定其基期能耗時需要確定項目的校準能耗。校準能耗是指根據(jù)基期能源消耗狀況及統(tǒng)計報告期條件推算得到的，項目邊界內(nèi)用能單位、設(shè)備、系統(tǒng)不采用該節(jié)能措施時的能源消耗總量［5］。

在僅研究冷熱源改造生產(chǎn)的節(jié)能量時，改造前后建筑的維護結(jié)構(gòu)、輸配管網(wǎng)發(fā)生了變化;改造后項目實施了節(jié)能管理措施。

統(tǒng)計報告期能耗的確定。項目建成正常運行后，項目業(yè)主應(yīng)該配備完整的計量器具。建立完善的能源統(tǒng)計與上報制度，對邊界范圍內(nèi)的重點用能工藝設(shè)備運行進行監(jiān)測［6］。統(tǒng)計出整個采暖期和制冷期的能源消耗量，最后將能源消耗量折成標準煤。

1.4 節(jié)能量確定方法

對采用熱泵系統(tǒng)作為冷熱源進行制冷和熱源進行采暖項目進行節(jié)能量量化時，需要將制冷季和采暖季的節(jié)能量區(qū)別開來計算，制冷季節(jié)能量與采暖季節(jié)能量之和為項目的節(jié)能量。

式中Eb—制冷季基期能耗，tce;Ea—制冷季統(tǒng)計報告期能耗，tce;Etz—校準能耗調(diào)整值，tce。

以報告期工況為標準工況 △E=Eb，r–Ea

式中Eb，r—校準能耗，tce。

數(shù)學(xué)模型法。確定自變量:確定影響項目邊界內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備制冷季用能量的因素作為自變量?？紤]測量與核證成本，本方法僅考慮制冷量、制冷面積、運行時間、室內(nèi)外溫差等影響空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備用能量的主要因素。

建立數(shù)學(xué)模型。利用最小二乘法進行回歸分析建立項目邊界內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備基期制冷季用能量與自變量之間的函數(shù)關(guān)系。

其中Xi(i=1，2，3…n)為與空調(diào)系統(tǒng)用能量相關(guān)的自變量。當模型的決定系數(shù)R2大于0.75時表明該模型能夠準確反映用能量與此自變量之間的關(guān)系。當R2小于0.75時，表明此模型缺少相關(guān)變量，此時應(yīng)該考慮追加自變量或選擇不同的函數(shù)次方［7］。將自變量在統(tǒng)計報告期制冷季數(shù)值代入上述模型中從而得到校準后基期制冷季用能量Eb，r。

冬季采暖季節(jié)能量的計算方法與夏季制冷季的節(jié)能量計算方法相同。項目節(jié)能量為夏季制冷季的節(jié)能量與冬季采暖季的節(jié)能量之和。

2 案例分析

2.1 項目概況

本項目位于河北省，建筑面積72 000 m2，項目由4棟辦公樓組成，于2013年4月對項目實施節(jié)能改造，2013年7月投入使用。改造的內(nèi)容包括采用地埋管地源熱泵替代冬季采暖的燃煤鍋爐，夏季供冷為分體式空調(diào)。改造前夏季室內(nèi)溫度維持在22－24℃之間，冬季室內(nèi)溫度普遍較低為16－18℃。改造后夏季室內(nèi)溫度維持在22－24℃，冬季室內(nèi)溫度為20－22℃。

2.2 節(jié)能量測量與核證過程

選擇整個空調(diào)、采暖系統(tǒng)作為邊界?；?2012.07 －2013.04 統(tǒng)計報告期:2013.07 －2014.04。

基期制冷季的能耗。改造前，業(yè)主并未對分體式空調(diào)的能耗進行單獨計量?？照{(diào)的用電量只能根據(jù)改造前空調(diào)設(shè)備的功率、負載系數(shù)、數(shù)量、運行時間，理論計算得出空調(diào)系統(tǒng)的用電量。

4棟辦公樓共有分體式空調(diào)3 600臺，每臺空調(diào)的額定功率為1 kW，負載率系數(shù)為0.6，夏季供冷期為90 d。按正常每天運行時間段為8:00－18:00，供冷期的電耗為

電折合標準煤的系數(shù)為0.335 kgce/kWh

1 944 000 ×0.335=651 240 kgce=651.24 tce

統(tǒng)計報告期制冷季的能耗。改造后項目業(yè)主對空調(diào)系統(tǒng)的用能量進行了單獨計量，在統(tǒng)計報告期項目邊界范圍內(nèi)用能設(shè)備的用電量為1 574 640 kWh折合527.504噸標準煤。

供冷季節(jié)能量計量 651.24－527.504=123.736tce

采暖季基期能耗。改造前業(yè)主每天對室內(nèi)外溫度、用煤量做了精確統(tǒng)計如表1所示。

采暖季統(tǒng)計報告期能耗。改造后項目業(yè)主對空調(diào)系統(tǒng)的用能量進行了單獨計量，如表2所示。

校準能耗。由于改造后室內(nèi)溫度明顯高于改造前的室內(nèi)溫度，室內(nèi)外溫差的影響值發(fā)生了明顯變化，需要確定項目的校準能耗。

通過表3可知曲線的擬合優(yōu)度達到0.977，大于 0.75，滿足要求。

將統(tǒng)計報告期的室內(nèi)外溫差統(tǒng)計值代入回歸模型，得到統(tǒng)計報告期的校準能耗。如表4所示。

采暖季節(jié)能量計量為 2.48×72 000=178.56tce

通過以上計算可知，改造前單位面積的采暖能耗為10.84 kg標準煤/㎡，改造后單位面積的采暖能耗為11.45 kg標準煤/㎡。如果不考慮室內(nèi)外溫差值的修正，改造后的采暖能耗大于改造前的采暖能耗，節(jié)能率為－5.63%。若考慮室內(nèi)外溫差值的修正，校準能耗為13.93 kg標準煤/㎡。明顯高于改造后的實際采暖能耗，節(jié)能率為17.80%。熱泵技術(shù)改造項目在開展第三方節(jié)能量審核和合同能源管理時將采暖水平調(diào)整到相同的平臺下推算出校準能耗是非常必要的。

表1 節(jié)能改造前能耗數(shù)據(jù)(2012－2013年)Tab.1 Energy consumption data before energy saving renovation(2012 －2013)

表2 節(jié)能改造后能耗數(shù)據(jù)(2013－2014年)Tab.2 Energy consumption data after energy saving renovation(2013 －2014)

表3 回歸模型顯著性檢驗Tab.3 Regression model test of significance

表4 統(tǒng)計報告期校準能耗及節(jié)能量(2013－2014年)Tab.4 Statistical calibration of energy consumption and energy saving during the reporting period(2013 －2014)

3 結(jié)語

通過實例可知“是否考慮校準能耗”使得項目的節(jié)能量相差23.43%，在確定項目節(jié)能量時將外部條件(影響因素)調(diào)至同等條件下非常必要，并給出了校準能耗確定方法。本文為開展第三方節(jié)能量審核和合同能源管理項目節(jié)能量的驗證提供了科學(xué)的方法。

［1］馬素貞.龍惟定.節(jié)能效果的測量與評價［J］.暖通空調(diào)，2009(08):85－91.

［2］GB/T 28750－2012，節(jié)能量測量和驗證技術(shù)通則［S］.

［3］GB/T 2589－2008，綜合能耗計算通則［S］.

［4］EVO 10000 －1，2010 International performance measurement and verification protocol－concept and options for determining energy and water savings［S］.

［5］王若男，龍亞會，高軻.高濃度有機廢水處理領(lǐng)域溫室氣體減排計算［J］.河北工程大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2014，31(1):51 －53.

［6］馮曉梅，鄒瑜，魏 崢，等.居住建筑采暖系統(tǒng)節(jié)能量測量和驗證方法的探討［J］.建筑科學(xué)，2014(08):68－74.

［7］王榮鑫.數(shù)理統(tǒng)計［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，2001.