廣州某通信大樓空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

程文輝

( 南方電網(wǎng)綜合能源有限公司，廣州 510075 )

廣州某通信大樓空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

程文輝

( 南方電網(wǎng)綜合能源有限公司，廣州 510075 )

[摘要]通過對廣州某通信調(diào)度大樓空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能診斷，發(fā)現(xiàn)該大樓存在主機效率偏低、水泵流量偏大及揚程偏高、風機能耗過大、運行管理落后等問題。針對以上問題，結(jié)合空調(diào)節(jié)能新技術提出了改造方案。改造后實測年節(jié)能率達到了36.8%，每年可節(jié)省電耗57萬kWh。

[關鍵詞]通信大樓；空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能改造；廣州地區(qū)

收稿日期：2015-8-28

作者簡介：程文輝(1965-)，男，工程師，主要從事建筑節(jié)能方面的研究。Email：gzcwh888@163.com

文章編號：ISSN1005-9180(2015)04-060-05

中圖分類號：TU831

文獻標識碼:B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.04.011

Abstract：Diagnosis for energy-saving of a telecommunication building heating air-conditioning systems in Guangzhou,low efficiency of screw chiller Air-conditioner,high pump and fan energy consumption and poorly managed had been discovered.A modification scheme was put forward for solving the above problems.After the alteration,the measured annual energy saving rate is more than 36.8% and the electric power consumption decreases 0.57 million kW per year after.

Air Conditioning System Renovation for Energy Efficiency of a

Telecommunication Building Heating Air-conditioning

Systems in Guangzhou

CHENG Wenhui

( China Southern Power Grid Synthesis Energy Co.Ltd.,Guangzhou 510075,China )

Key words:Telecommunication building；Air Conditioning System；Energy saving reconstruction；Guangzhou area

0建筑與空調(diào)系統(tǒng)概況

廣州某調(diào)度通信大樓建筑面積約4萬平方米，空調(diào)面積約2.5萬平方米，建筑頂標高為97米。建筑層高4.2米，地上21層，其中1層為大堂，2～3層為廚房及餐廳，5～9層、11層為通信、計算機房、電力調(diào)度及交易中心，其余樓層為辦公及會議室；地下3層，為設備用房和車庫。建筑物外立面以石材為主，局部為玻璃幕墻。

該大廈夏季空調(diào)設計負荷為3150kW，空調(diào)系統(tǒng)冷源采用3臺1055kW(300RT)螺桿式水冷機組?？照{(diào)系統(tǒng)為兩管制，辦公室末端為風機盤管加新風，信息機房、會議及餐飲為全空氣系統(tǒng)。夏季供水設計溫度為7/12℃，冷水循環(huán)采用一次泵系統(tǒng)，系統(tǒng)共設4臺冷凍泵，其中1臺備用。

1通信大樓能耗分析

1.1通信大樓總能耗分析

根據(jù)通信大樓低壓側(cè)計量系統(tǒng)記錄結(jié)果，得到了2006～2011全年逐月總電耗，如圖1所示。

圖1　2006～2011年全樓逐月總電耗

從圖1可知，自2006年以來，通信大樓的總耗電量不斷增長，從2006年的758.9萬kWh增長到2011年的1067.9萬kWh，漲幅達到40.7%。并且逐月總電耗總體上呈現(xiàn)夏季最高，過渡季最低，冬季居中的趨勢。

2011年，全年總電耗1067萬kWh，折合單位建筑面積電耗262 kWh/m2·年，需要特別指出，該大樓作為調(diào)度通信指揮中心，有大量24小時連續(xù)運行的數(shù)據(jù)通信機房設備電耗及其專用恒溫恒濕空調(diào)電耗(441萬kWh)，按生產(chǎn)能耗或特殊功能電耗計?？鄢摬糠痔厥夤δ茈姾?，該調(diào)度通信大樓常規(guī)電耗部分每年為619萬kWh，折合單位建筑面積153 kWh/m2·年，仍高于廣州市大型辦公建筑全年電耗120～140 kWh/m2「1」，具有較大的節(jié)能空間。

1.2空調(diào)系統(tǒng)能耗拆分

通過對調(diào)度通信大樓空調(diào)系統(tǒng)各用電支路測試，各設備的年運行能耗占比如圖2所示。由圖可見，螺桿式冷水機組運行費用最高,占空調(diào)系統(tǒng)總能耗的54%；其次是輸配系統(tǒng)，包括冷凍水泵及冷卻水泵,占空調(diào)系統(tǒng)總能耗的比例在37%左右。因此，將重點從冷機系統(tǒng)及輸配系統(tǒng)挖掘節(jié)能潛力。

圖2　空調(diào)系統(tǒng)各設備年運行電耗占比

2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能診斷

2.1制冷主機性能測試

通信大樓冷站采用3臺1055kW(300RT)制冷主機，額定電功率194 kW，額定COP為5.44。通過分析運行記錄和實際電耗數(shù)據(jù)，得到2#制冷主機2011年平均COP為4.0，且加載的最高負荷僅為85%，1#和3#制冷主機效率較高，可達到4.8。

2.2水泵性能測試

本系統(tǒng)中冷凍泵的額定揚程為42mH2O，額定流量為182m3/h，額定功率37kW，額定效率57.4%。通過現(xiàn)場測試冷凍泵的實際曲線與實際運行參數(shù)，結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，冷凍泵的實際運行流量為380m3/h，遠高于冷凍泵的額定流量；冷凍泵的實際運行揚程則低于額定揚程，冷凍泵實際運行工作點偏離最高效率點，這是工程中典型的小溫差、大流量現(xiàn)象，將會造成水泵能耗的增加。

圖3　冷凍水泵性能曲線

圖4　冷卻水泵性能曲線

冷卻泵的性能測試結(jié)果如圖4所示。冷卻泵的額定流量為227m3/h，其實際流量為272m3/h，明顯高于額定流量。更嚴重的問題是冷卻泵效率偏低。冷卻泵的額定效率為61.4%，但其實際運行效率低于35%，造成了嚴重的能耗浪費。冷卻泵流量偏大，造成冷卻泵能耗偏高，存在較大的節(jié)能空間。

2.3地下室排風系統(tǒng)測試

現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，地下送排風風機兼消防使用，風量大且定速運行，故有較大節(jié)能空間。地下室共B1、B2、B3三層，每層設送、排風系統(tǒng)，主要負責地下車庫通風。目前的運行模式是地下室送、排風機由消防中心統(tǒng)一控制啟停。運行時間為每天的7∶00～22∶00。通過對車庫測試發(fā)現(xiàn)CO的平均濃度和最大濃度見表2，根據(jù)《公共建筑節(jié)能設計標準》規(guī)定，車庫允許CO濃度在30～50ppm。可見車庫CO濃度遠低于標準值。

表1CO測試結(jié)果

B1層B2層B3層CO平均濃度(ppm)465CO最高濃度(ppm)91010

2.4冷站BA系統(tǒng)

在現(xiàn)場診斷過程中，發(fā)現(xiàn)該通信大樓冷站BA系統(tǒng)設備運行狀態(tài)、水壓、水溫、水流量等參數(shù)或明顯錯誤，或?qū)崪y值相差較大。且BA系統(tǒng)幾乎不能自動運行，現(xiàn)場主機、水泵等啟停主要由運維人員就地操作。樓宇控制系統(tǒng)對建筑能源管理具有非常重要的作用。利用優(yōu)秀的控制策略，控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)冷站的完全自控，且能保證時刻運行在高效。系統(tǒng)中存儲的歷史數(shù)據(jù)也有助于了解冷站的運行狀況，及時改進運行。

3空調(diào)系統(tǒng)改造方案

3.1制冷主機改造

由于主機使用年限較短，且效率尚可，故本次僅更換2號主機的機頭，提高主機的效率及負載率。

3.2水泵節(jié)能改造

3.2.1冷凍泵變頻控制

針對冷凍水泵存在大流量、小溫差現(xiàn)象，對3臺冷凍泵加裝水泵變頻器，控制策略如圖5所示：

圖5　冷凍泵控制策略

通過比較壓差設定值與實際壓差，將結(jié)果輸入至通用的PID控制器，PID控制器輸出相應的水泵頻率。采用水泵變頻，雖然水泵效率較最高效率點略有下降，但是水泵流量和揚程均下降，水泵功耗會顯著下降。考慮到主機最低流量要求，變頻器變頻范圍設置為35～50Hz，當水泵頻率為35Hz時，系統(tǒng)壓力仍過大且未到減機條件時，此時壓差旁通閥開啟，旁通部分流量。

3.2.2更換高效冷卻水泵

冷卻泵效率嚴重偏低，選擇更換高效水泵，其額定工作點的流量為250m3/h，揚程為20mH2O，電機為二級能效，實物如圖6所示。

圖6　冷卻水泵更換實物圖

3.3排風系統(tǒng)改造

針對排風量過大的情況，風機能耗偏高，在地下車庫排風系統(tǒng)每層增加2個CO傳感器，通過探測車庫CO濃度來控制排煙(風)風機的啟停。具體控制邏輯如圖7所示。

圖7　排風系統(tǒng)控制邏輯圖

為了避免風機頻繁啟停與保證空氣質(zhì)量，設定為CO濃度大于25ppm時，排風機開啟，當CO濃度小于10ppm排風機關閉。當發(fā)生火災時，由消防中心優(yōu)先發(fā)出指令，智能排風系統(tǒng)不起作用。

3.4機房BA系統(tǒng)改造

通信調(diào)度大樓機房原BA系統(tǒng)已經(jīng)癱瘓，不能實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化管理，本次進行升級改造。本BA系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：

監(jiān)測功能：1)制冷機組內(nèi)部狀態(tài)參數(shù)及相關設備的工作狀態(tài)通過通訊接口上傳到BA系統(tǒng)，如機組功率、冷凍水供/回水溫度、冷卻水供/回水溫度、進/出口壓力、COP值動態(tài)變化、運行狀態(tài)等均可在上位機顯示，但制冷機組本身的控制和安全保護，由制冷機組控制裝置完成。2)冷站總制冷量、EER、冷凍輸送系數(shù)、冷卻輸送系數(shù)以及冷塔輸送系數(shù)等。3)水泵的運行狀態(tài)、功率、揚程、效率以及流量動態(tài)變化；4)冷卻塔的運行狀態(tài)、功率、效率以及冷卻進出水溫動態(tài)變化。

聯(lián)動功能：BA系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)后，可對冷凍機組設備進行優(yōu)化管理，冷凍機群控器根據(jù)空調(diào)負荷運行情況，對冷凍機組、冷凍/卻水泵、冷卻塔臺數(shù)及頻率進行優(yōu)化控制，綜合能耗管理系統(tǒng)通過控制策略完成對各系統(tǒng)的最優(yōu)控制。

3.5建筑能效監(jiān)測系統(tǒng)

目前，建筑領域仍缺少有效的手段來監(jiān)測管理系統(tǒng)，而能效監(jiān)測系統(tǒng)對企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高用能效率具有極大的意義。能效監(jiān)測系統(tǒng)包括能耗分項計量、管理工作站、監(jiān)測管理軟件等數(shù)個方面，具有采集、傳輸、儲存、分析、報警及故障診斷及管理優(yōu)化等各方面功能，如圖8所示。

本項目共安裝智能電表112塊，采用RS485通訊設備將測點數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)服務器，數(shù)據(jù)采集間隔設為15分鐘一次。其中38塊安裝在冷站配電室，用于監(jiān)測機房空調(diào)系統(tǒng)能耗。另外典型樓層選取5個房間，各裝1套舒適度傳感器，包括溫濕度、照度和CO2濃度。通過對比電量、以及舒適性參數(shù)的變化情況，及時發(fā)現(xiàn)運行管理中的問題，進行及時改進。同時還可以跟同類建筑進行比較，發(fā)現(xiàn)問題，縮小差距。同時可為國家建筑能耗大數(shù)據(jù)平臺提供數(shù)據(jù)支持。

圖8　建筑能效管理系統(tǒng)功能

4空調(diào)系統(tǒng)改造后節(jié)能效果

改造結(jié)束后，通過能效監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果來看，典型辦公區(qū)域的溫濕度均滿足國家規(guī)范要求。對用戶隨訪，用戶觀感良好，舒適性與改造前無異。

通過對能效監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測電量結(jié)果分析表明，2013年全年空調(diào)系統(tǒng)冷站及地下室排風機的能耗為98萬kWh，較改造前減少了約57萬kWh，節(jié)電率高達36.8%。具體分項見表2。

表22011年與2013年冷站用電量對比

冷水主機冷凍水泵冷卻水泵冷卻塔排風機總計2011年(kWh)7796493776521652782526320560015534422013年(kWh)6109621112149285039181127942982149節(jié)電量(kWh)16868726643872428-1391877658571293節(jié)電率(%)21.6%70.5%43.8%-55.1%37.7%36.8%

冷卻塔的用電量較2011年有較大增加，這是因為在運行策略上，優(yōu)先冷卻塔全負荷運行，降低冷卻水溫，從而提高主機的運行效率。

5結(jié)論

通過對廣州某調(diào)度通信大樓節(jié)能診斷，提出了針對該大樓的改造方案：1)對主機機頭進行了更換，提高了負載率及效率。2)增設冷凍水泵變頻措施；3)更換冷卻水泵；4)增設地下車庫智能排風系統(tǒng)；5)機房BA系統(tǒng)升級改造；6)增設能效監(jiān)測系統(tǒng)。通過以上方案改造，2013年，該調(diào)度通信大樓減少了空調(diào)系統(tǒng)能耗約57萬kWh/a，節(jié)電率高達36.8%。該節(jié)能改造案例的成功實踐，可為廣州地區(qū)其它類似大型公共建筑的節(jié)能改造起到借鑒與指導作用。

參考文獻6

[1] 李志生,李冬梅,劉旭紅，等.廣州市20棟大型公共建筑能耗特征分析[J].建筑科學，2009,25(8):34-38

[2] 郭林文.廣州某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀檢測及節(jié)能改造建議[J].制冷，2013，32(2)：55-58