合同能源管理節(jié)能改造項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析

■ 王永科 Wang Yongke

0 前言

近年來，多數(shù)既有建筑由于投入使用年限較久、設(shè)備老化程度較高、用能增長較快等原因，導(dǎo)致總體能耗呈逐年上升趨勢，能耗總量控制壓力加大。因此，為完成既定的節(jié)能減排目標(biāo)任務(wù)，實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造迫在眉睫[1]。

合同能源管理是完成節(jié)能降耗任務(wù)的重要舉措[2]。合同能源管理是節(jié)能服務(wù)公司與用戶簽訂的能源管理合同，為用戶提供節(jié)能診斷、融資、改造等服務(wù)，并以節(jié)能效益分享方式回收投資并獲得合理利潤，可以大大降低用能單位節(jié)能改造的資金和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，充分調(diào)動用能單位節(jié)能改造的積極性，是行之有效的節(jié)能措施[3]。

本文以上海某建筑為例，分析其采用合同能源管理模式實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造后的經(jīng)濟(jì)性，為進(jìn)一步推廣該模式提供數(shù)據(jù)參考。

1 工程概況

某建筑位于上海市浦東新區(qū)，于2002年12月建成使用，建筑類型為辦公建筑，總建筑面積為25 161m2，建筑層數(shù)為16層，日常辦公人員約為800人。

1.1 空調(diào)系統(tǒng)概況

本建筑采用4臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組作為大樓的冷熱源（表1），并配備6臺循環(huán)水泵（表2），末端采用變風(fēng)量空調(diào)器和風(fēng)機(jī)盤管（表3）。

1.2 照明系統(tǒng)概況

本建筑的照明燈具主要類型有：18W日光燈、11W節(jié)能筒燈、22W環(huán)形日光燈、36W日光燈、250W高壓鈉燈等（表4）。

2 節(jié)能技術(shù)改造

2.1 空調(diào)系統(tǒng)改造

本建筑總設(shè)計(jì)冷負(fù)荷3 000kW，熱負(fù)荷1 950kW?？照{(diào)系統(tǒng)改造主要包括：保留原1臺裝機(jī)功率較小的風(fēng)冷熱泵機(jī)組，將另3臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組更換為1臺水冷螺桿式冷水機(jī)組和2臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組（表5），并配備相應(yīng)的輸配系統(tǒng)（表6）。

表1 中央空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)冷熱泵機(jī)組設(shè)備參數(shù)表

表2 空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)水泵參數(shù)表

表3 空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備參數(shù)表

表4 照明燈具參數(shù)表

表5 新增冷熱源設(shè)備

2.2 照明系統(tǒng)改造

本建筑辦公區(qū)域原來主要采用普通日光燈作為照明燈具，額定總功率為210kW。

改造時采用LED節(jié)能型燈具進(jìn)行替換，改造后額定總功率為63kW（表7），預(yù)計(jì)可直接降低辦公區(qū)域照明燈具能耗約52%。

3 節(jié)能技改經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 空調(diào)系統(tǒng)改造

本建筑實(shí)施空調(diào)系統(tǒng)改造后的實(shí)際初期投資為2 103 628元。在實(shí)施改造后，按空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的25%、50%、75%、100%等4個負(fù)荷工況點(diǎn)進(jìn)行能耗計(jì)算。

3.1.1 夏季工況下

夏季工況下，每個負(fù)荷工況點(diǎn)的平均運(yùn)行時間為25d，每天運(yùn)行10h。

（1）當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷為設(shè)計(jì)總負(fù)荷的25%（即3 000×25%=750kW）時，為了降低運(yùn)行費(fèi)用，我們優(yōu)先開啟冷水機(jī)組供冷，包括冷凍水泵P3、冷卻水泵P4、冷卻塔。此時，根據(jù)冷水機(jī)組部分負(fù)荷性能曲線，制冷量在750kW時，負(fù)荷率約為77%，主機(jī)能效比為6.2，輸入功率為121kW。由于冷凍水泵和冷卻水泵均為變頻控制，輸入功率為額定功率的77%，則在該負(fù)荷點(diǎn)下的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗為：(121+22×77%+18.5×77%+7.5)×25×10=39 921kWh；電費(fèi)（按0.92元/kWh）支出為：39 921×0.92 =36 727元。

表6 新增輸配系統(tǒng)設(shè)備

表7 改造后照明燈具參數(shù)表

（2）當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷為設(shè)計(jì)總負(fù)荷的50%（即3 000×50%=1 500kW）時，運(yùn)行1臺冷水機(jī)組和1臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組，包括冷凍水泵P1、P3、冷卻水泵P4、冷卻塔。此時，冷水機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，風(fēng)冷熱泵機(jī)組制冷量為525kW。根據(jù)風(fēng)冷熱泵機(jī)組部分負(fù)荷性能曲線，主機(jī)能效比為4.1，輸入功率約128kW，負(fù)荷率約為48%。由于冷凍水泵為變頻控制，風(fēng)冷熱泵機(jī)組對應(yīng)的一臺冷凍水泵輸入功率為額定功率的48%，則該負(fù)荷點(diǎn)下的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗為：[(178+22+18.5+7.5)+128+22×48%]×25×10=91 140kWh；電費(fèi)支出為：91 140×0.92 =83 849元。

（3）當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷為設(shè)計(jì)總負(fù)荷的75%（即3 000×75%=2 250kW）時，運(yùn)行1臺冷水機(jī)組和2臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組，包括冷凍水泵P1、P2、P3、冷卻水泵P4、冷卻塔。此時，冷水機(jī)組和其中一臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，另一臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組制冷量為185kW。根據(jù)風(fēng)冷熱泵機(jī)組部分負(fù)荷性能曲線，此時負(fù)荷率約為17%，主機(jī)能效比為3.5，輸入功率為53kW。由于冷凍水泵為變頻控制，另一臺空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)冷熱泵機(jī)組對應(yīng)的冷凍水泵輸入功率為額定功率的20%，則該負(fù)荷下的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗則為：[(178+22+18.5+7.5)+(320.6+22)+(53+22×20%)]×25×10=156 500kWh；電費(fèi)支出為：156 500×0.92=143 980元。

（4） 當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷為設(shè)計(jì)總負(fù)荷的 100%（即3 000kW）時，運(yùn)行1臺冷水機(jī)組和2臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組，包括冷凍水泵P1、P2、P3、冷卻水泵P4、冷卻塔。此時,冷水機(jī)組和其中一臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，另一臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組制冷量為935kW。根據(jù)風(fēng)冷熱泵機(jī)組部分負(fù)荷性能曲線，主機(jī)能效比為3.4，該臺機(jī)組輸入功率約275kW，負(fù)荷率約86%。由于冷凍水泵為變頻控制，另一臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組對應(yīng)的冷凍水泵輸入功率為額定功率的86%，則該負(fù)荷點(diǎn)下的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗為：[(178+22+18.5+7.5)+(320.6+22)+(275+22×86%)]×25×10=215 630kWh；電費(fèi)支出則為：215 630×0.92=198 380元。

綜上可得夏季工況下，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗約為：39 921+91 140+156 500+215 630=503 191kWh；運(yùn)行費(fèi)用為：503 191×0.92=462 936元。

3.1.2 冬季工況下

冬季工況下，每個負(fù)荷工況點(diǎn)的平均運(yùn)行時間為20d，每天運(yùn)行10h。

（1）當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷為設(shè)計(jì)總負(fù)荷的25%（即1 950×25%=487.5kW）時，運(yùn)行1臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組，包括冷凍水泵P1。此時，根據(jù)風(fēng)冷熱泵機(jī)組部分負(fù)荷性能曲線，制熱量在487.5kW時，輸入功率約為117kW，負(fù)荷率約為42%。由于冷凍水泵為變頻控制，輸入功率為額定功率的42%，則在該負(fù)荷點(diǎn)下的采暖系統(tǒng)運(yùn)行能耗為：(117+22×42%)×20×10=25 248kWh；電費(fèi)支出為：25 248×0.92=23 228元。

（2）當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷為設(shè)計(jì)總負(fù)荷的50%（即1 950×50%=975kW）時，運(yùn)行1臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組，包括冷凍水泵P1。此時，根據(jù)風(fēng)冷熱泵機(jī)組部分負(fù)荷性能曲線，制熱量在975kW時，輸入功率約為256kW，負(fù)荷率約為84%。由于冷凍水泵為變頻控制，輸入功率為額定功率的84%，則在該負(fù)荷點(diǎn)下的采暖系統(tǒng)運(yùn)行能耗為：(256+22×84%)×20d×10=54 896kWh；電費(fèi)支出為：54 896×0.92=50 504元。

（3）當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷為設(shè)計(jì)總負(fù)荷的75%（即1 950×75%=1 462.5kW）時，運(yùn)行2臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組，包括冷凍水泵P1、P2。此時，其中一臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，另一臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組制熱量為307.5kW。根據(jù)風(fēng)冷熱泵機(jī)組部分負(fù)荷性能曲線，制熱量在307.5kW時，輸入功率約為87kW，負(fù)荷率約為27%。由于冷凍水泵為變頻控制，另一臺冷凍水泵輸入功率為額定功率的27%，則在該負(fù)荷點(diǎn)下的采暖系統(tǒng)運(yùn)行能耗為：(302.4+87+22+22×27%)×20×10 =83 468kWh； 電費(fèi)支出為：83 468×0.92=76 791元。

（4）當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷為設(shè)計(jì)總負(fù)荷的100%（即1 950kW）時，運(yùn)行2臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組，包括冷凍水泵P1、P2。此時，一臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，另一臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組制熱量為795kW，根據(jù)風(fēng)冷熱泵機(jī)組部分負(fù)荷性能曲線，制熱量在795kW時，輸入功率約為2 23kW，負(fù)荷率約為69%。由于冷凍水泵為變頻控制，另一臺冷凍水泵輸入功率為額定功率的69%，則在該負(fù)荷點(diǎn)下的采暖系統(tǒng)運(yùn)行能耗為：(302.4+223+22+22×69%)×20×10 =112 516kWh；電費(fèi)支出為：112 516×0.92=103 515元。

綜上可得冬季工況下，采暖系統(tǒng)運(yùn)行能耗為：25 248+54 896+83 468+112 516=276 128kWh； 運(yùn)行費(fèi)用為：276 128×0.92=254 038元。

3.1.3 改造后的經(jīng)濟(jì)性

空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗為：503 191+276 128=779 319kWh；運(yùn)行費(fèi)用為：779 319×0.92=716 973元。

如按上一年度本建筑總用電量（978 040.8kWh）作為測算基數(shù)，則預(yù)計(jì)改造后，空調(diào)系統(tǒng)每年可節(jié)約電量978 040.8-779 319=198 721.8kWh；可節(jié)約電費(fèi)198 721.8×0.92 =182 824元。

3.2 照明系統(tǒng)改造

本建筑實(shí)施照明系統(tǒng)改造的實(shí)際初投資為613 616元。根據(jù)測算，按每天運(yùn)行時間10h，每年工作日250d計(jì)算。

（1）改造前照明系統(tǒng)用電量為：210×10×250=525 000kWh；電費(fèi)支出為：525 000×0.92 =483 000元。（2）改造后照明系統(tǒng)用電量為：63×10×250=157 500kWh；電費(fèi)支出為：157 500×0.92 =144 900元。

如按上一年度本建筑總用電量（978 040.8kWh）作為測算基數(shù)，預(yù)計(jì)改造后照明系統(tǒng)可節(jié)約電量（210-63）×10×250=367 500kWh；可節(jié)約電費(fèi)367 500×0.92=338 100元。

4 節(jié)能效益分享

本建筑節(jié)能技術(shù)改造包括空調(diào)系統(tǒng)改造和照明系統(tǒng)改造，初投資總金額為2 717 244元（表8）。根據(jù)匯總，項(xiàng)目節(jié)能情況如表9。采用合同能源管理中的效益分享模式，初投資費(fèi)用全部由節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)承擔(dān)，效益分享期為10年，每年可分享金額520 924元，則節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)可獲得效益分享的總金額為5 209 240元，投資回收期為5.22年。

5 結(jié)語

表8 節(jié)能改造初投資表

表9 節(jié)能量匯總表

采用合同能源管理模式進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造是目前對于降低建筑能源資源消耗，改變傳統(tǒng)粗放型的用能方式，提高整體用能水平的一個行之有效的措施[4]。通過對本案例的分析，筆者認(rèn)為，合同能源管理模式對推進(jìn)節(jié)能減排和降低投資成本的重要意義，它對于今后創(chuàng)新節(jié)能減排方式，打造節(jié)能環(huán)保的新興支柱產(chǎn)業(yè)，加快構(gòu)建清潔、高效、安全、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系具有重要的促進(jìn)作用。因此，在建筑能耗日趨增長的環(huán)境下，應(yīng)鼓勵用能單位最大限度地發(fā)揮社會融資能力，努力實(shí)現(xiàn)“零成本”投入的節(jié)能技術(shù)改造，為節(jié)能減排貢獻(xiàn)力量。

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