公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造研究

李洪硯 袁苗

摘要：公共建筑節(jié)能改造是建筑節(jié)能的重要組成部分，而通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)改造則是重中之重。以某商務(wù)辦公建筑節(jié)能改造經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，分析了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的高耗能問題、冷站群控改造方案及節(jié)能效益，為既有建筑節(jié)能改造提供參考。

Abstract： energy-efficiency renovation of public buildings is an important part of building energy efficiency， and air conditioning system reform is the most important. Based on the experience of energy-efficiency retrofit in a commercial office building， this paper analyzes the problems of high energy consumption of ventilation and air conditioning system， the reform plan of cold station group and its energy-efficiency benefits， which provides a reference for energy-efficiency retrofit of existing buildings

關(guān)鍵詞：公共建筑；節(jié)能改造；通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；冷站群控

Key words： public building；energy-efficiency renovation；air conditioning system；cold station group control

中圖分類號(hào)：TU831.3+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）19-0159-02

0 引言

建筑能耗約占全球總能耗的35%[1]，和工業(yè)能耗、交通耗能并列為三大耗能系統(tǒng)。公共建筑單位面積耗能量約為其他建筑的3倍，而單體面積超過2萬(wàn)m2，且應(yīng)用通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的公共建筑，其單位面積耗電量約為70-300kWh/（m2a），是居住建筑的10倍以上[2]。公共建筑的國(guó)內(nèi)總面積已超過60萬(wàn)m2，對(duì)既有公共建筑實(shí)施節(jié)能改造成為社會(huì)及學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)耗能約占建筑總能耗的48%[4]，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造具有重要意義。

本文以某辦公樓的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)改造為案例，研究分析了冷站群控系統(tǒng)改造的技術(shù)方案。

1 項(xiàng)目概況

該辦公樓為單一業(yè)態(tài)的公共建筑，位于濟(jì)南市歷城區(qū)，2003年投入使用，總建筑面積為3.4萬(wàn)m2，地上24層，地下2層，其中：1-3樓為裙房，主要為食堂、會(huì)議室、少量辦公室等；4-23樓主要為辦公室，以及少量會(huì)議室、實(shí)驗(yàn)室；24層主要為多功能室。該建筑已于2015年底完成了采暖“汽改水”改造[5]，現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)為中央空調(diào)形式，采暖末端應(yīng)用風(fēng)機(jī)盤管。

冷站位于地下2層，共安裝了2臺(tái)冷水機(jī)組，3臺(tái)冷凍水泵，3臺(tái)冷卻水泵，2臺(tái)動(dòng)機(jī)采暖泵和位于樓頂?shù)?臺(tái)冷卻塔，具體性能參數(shù)見表1。

節(jié)能改造前，該建筑無冷站群控系統(tǒng)，冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵均手動(dòng)控制，工作日運(yùn)行策略為7：00-16：30，雙休日及法定節(jié)假日不開。

2 冷站系統(tǒng)問題分析

2016年7月至8月，通過收集統(tǒng)計(jì)該建筑冷站的運(yùn)行抄表數(shù)據(jù)，整理并分析了冷站的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)冷站運(yùn)行存在3個(gè)不足。

2.1 缺少高效的控制手段

無法實(shí)現(xiàn)冷站的變負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行，需要人為根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)開啟冷水機(jī)組、冷凍泵、冷卻水泵等設(shè)備，從而增加了人力投入，無法高效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化控制，僅憑經(jīng)驗(yàn)控制該系統(tǒng)必然造成能源浪費(fèi)。

2.2 冷凍側(cè)與冷卻側(cè)“大流量小溫差”

因?yàn)槔鋬霰谩⒗鋮s泵不是自動(dòng)定溫差/壓差的變頻控制設(shè)備，一直處于工頻運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致了“大流量小溫差”，浪費(fèi)較多電耗，控制設(shè)計(jì)不合理。

2.3 冷機(jī)負(fù)載率較低

根據(jù)冷站抄表記錄數(shù)據(jù)分析，冷水機(jī)組負(fù)載率一直處于60%左右，使得冷水機(jī)組長(zhǎng)期在低負(fù)載率和低效率的狀態(tài)下運(yùn)行，既浪費(fèi)了能耗，也加快了冷機(jī)的損耗。

綜上，冷站的主要問題，是由于冷站群控功能的不完善，導(dǎo)致冷站運(yùn)行效率低下，造成能源浪費(fèi)。

3 改造方案設(shè)計(jì)

為解決以上問題，需進(jìn)行冷站群控管理系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)冷站的自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行，改善“大流量小溫差”的現(xiàn)狀。

3.1 冷源系統(tǒng)

根據(jù)冷水機(jī)組負(fù)載率變化情況調(diào)節(jié)冷水機(jī)組的供水溫度設(shè)定值，以確保冷水機(jī)組運(yùn)行在高效工作點(diǎn)上，提高冷水機(jī)組的運(yùn)行效率。當(dāng)冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度每提高1℃，即冷凍水出水溫度設(shè)定值每提高1℃，冷機(jī)能效比將提高約3%。

結(jié)合冷站實(shí)地運(yùn)行抄表記錄，可知冷水機(jī)組出水溫度范圍為7-10℃，冷凍水供水溫度設(shè)定值為7℃，通過優(yōu)化蒸發(fā)器出水溫度設(shè)定值可有效提高冷水機(jī)組效率，降低冷水機(jī)組電耗。同理，通過降低冷水機(jī)組冷凝水側(cè)進(jìn)水溫度，降低冷水機(jī)組電耗。

3.2 冷凍水與冷卻水輸配系統(tǒng)

改造前，冷凍泵系統(tǒng)采用的是一次泵變頻系統(tǒng)，冷機(jī)并聯(lián)之后與冷凍泵串聯(lián)，控制策略采用“一機(jī)對(duì)一泵”方式，冷卻水系統(tǒng)亦沒有變頻系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)冷凍側(cè)與冷卻側(cè)的節(jié)能改造首先需要安裝變頻器，使之能夠變頻運(yùn)行，同時(shí)優(yōu)化冷凍泵與冷卻泵控制策略，采用變頻控制。

為實(shí)現(xiàn)原冷凍泵與冷卻泵變頻，采用定頻流量的控制方式，而實(shí)際在小負(fù)荷時(shí)，采用定流量的方式并不節(jié)能，因此考慮定溫差的控制方案。選擇合適的供回水溫差為5℃，根據(jù)7月至8月的冷凍側(cè)溫度數(shù)據(jù)，在制冷量不變的前提下，已控制5℃溫差為基礎(chǔ)策略，最小頻率不低于40Hz，保持冷凍側(cè)與冷卻側(cè)的最小流量，則按照冷站運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算冷凍泵與冷側(cè)泵的節(jié)能量分別為2.2萬(wàn)kWh與1.7萬(wàn)kWh。

3.3 冷卻塔系統(tǒng)

項(xiàng)目冷站共有2個(gè)冷卻塔，每個(gè)冷卻塔設(shè)有1個(gè)風(fēng)機(jī)，改造前，冷卻塔風(fēng)機(jī)已經(jīng)有變頻器且變頻運(yùn)行，冷卻塔風(fēng)機(jī)控制采用檢測(cè)冷卻水供、回水溫度的優(yōu)化控制策略，當(dāng)溫度高于37℃時(shí)，冷卻塔風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，不滿足時(shí)再啟動(dòng)另一臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)；當(dāng)溫度低于25℃時(shí)，冷卻塔風(fēng)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉一臺(tái)，溫度更低時(shí)，再關(guān)閉另一臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)。

經(jīng)分析，此種控制策略基本實(shí)現(xiàn)了冷卻塔風(fēng)機(jī)的啟停控制，在一定程度上達(dá)到了節(jié)省風(fēng)機(jī)電耗的目的，但是出現(xiàn)了冷卻塔散熱不均的問題，且沒有最大化利用冷卻塔的散熱面積，即沒有最大化利用自然散熱。

據(jù)此，設(shè)計(jì)改造方案為：通過給冷卻塔風(fēng)機(jī)加裝變頻器，采用定冷卻塔出水溫度的控制策略，“停風(fēng)不停水”，統(tǒng)一調(diào)整冷卻塔風(fēng)機(jī)的頻率，實(shí)現(xiàn)冷卻塔聯(lián)合變頻控制；冷站群控邏輯算法，應(yīng)在綜合分析室外干濕球溫度、機(jī)組冷卻水溫效率曲線、需求冷量等基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)冷卻塔出水溫度設(shè)定值自行控制。

4 改造節(jié)能效果分析

根據(jù)上述改造內(nèi)容，大致估算節(jié)能量如表2。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)公共建筑存量大、耗能高，而政策復(fù)雜則導(dǎo)致了諸如節(jié)能改造困難、能源浪費(fèi)等問題，如何在既定約束條件下實(shí)現(xiàn)預(yù)期經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，是一項(xiàng)重要課題。該節(jié)能改造項(xiàng)目聚焦通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，應(yīng)用技術(shù)普遍，改造成本較低節(jié)能效果卻較好。希望文章觀點(diǎn)可以為類似工程提供有益思路，進(jìn)而提升公共建筑節(jié)能改造的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]李洪硯.綠色建筑實(shí)施推廣的體制機(jī)制研究[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2015.

[2]侯靜，武涌，劉伊生.既有公共建筑節(jié)能改在市場(chǎng)化途徑研究[J].城市發(fā)展研究，2014，21（6）：1-5.

[3]李洪硯，朱緒格，張大鵬.民用建筑“熱改困局”：一個(gè)三方博弈的視角[J].價(jià)值工程，2013（35）：113-115.

[4]田順.山東地區(qū)既有公共建筑節(jié)能改造及節(jié)能率的研究[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2017.

[5]陳文，李震，魏林濱，宋海亮.濟(jì)南市公共建筑節(jié)能改造能耗調(diào)查與案例分析[J].建設(shè)科技，2016（09）：27-29，34.