上海市某商業(yè)辦公樓空調冷熱源系統(tǒng)的節(jié)能改造

汪洪濤

上海東方延華節(jié)能技術服務股份有限公司

0 引言

建筑能耗占據(jù)社會能耗總量的30%，其中90年代投入的既有建筑占比頗大[1]。既有建筑能耗設備系統(tǒng)因投運年限的原因，系統(tǒng)運行存在能效下降、能耗指標上升等問題。其中空調系統(tǒng)設備超齡運行尤為顯著，近10年來隨著空調設備系統(tǒng)硬件、控制系統(tǒng)的優(yōu)化升級，新一代的產(chǎn)品性能和節(jié)能指標明顯提高。因此，結合這一背景現(xiàn)狀，加快推進既有辦公建筑節(jié)能改造工作，進一步落實國家、上海市建筑行業(yè)節(jié)能減排目標，確保能源安全和可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。

1 項目概況

本項目為一棟集商業(yè)和辦公于一體的綜合性大樓，投運時間為1996年12月。大樓地面以上26層，地面以下2層，其中1～6層為商業(yè)功能的裙房區(qū)域，7～26層為開放式辦公塔樓?？偨ㄖ娣e40 000m2。

大樓空調冷源由3臺螺桿式冷水機組全年供應，制冷機組配置3臺冷卻塔位于裙樓屋頂平臺，并配有冷凍水泵及冷卻水泵各3臺；大樓采暖熱源由2臺電熱水鍋爐提供，每臺鍋爐配有8組電加熱，總功率720kW，采暖系統(tǒng)配有2臺熱水循環(huán)泵。原系統(tǒng)設備參數(shù)見表1。機組位于地下2層空調機房內，所有設備系統(tǒng)運行時間已超過二十余年，老化較為嚴重，存在安全運行隱患。

大樓因為產(chǎn)權歸屬問題，業(yè)主對設備更換意見難以統(tǒng)一，設備系統(tǒng)以維護保養(yǎng)為主。因此，雖有強烈改造意愿，但均以資金問題難以實現(xiàn)項目落地。

表1 原空調系統(tǒng)主設備性能參數(shù)

2 能耗分析

結合逐月電耗賬單數(shù)據(jù)對大樓2015年和2016年逐月能耗分析統(tǒng)計，見圖1。

圖1 大樓2016年逐月電耗統(tǒng)計

大樓安裝有能耗監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)詳細記錄了主要用能支路的能耗數(shù)據(jù)。通過調取平臺支路用能數(shù)據(jù)進一步拆分用能占比，如圖2所示。

圖2 大樓主要用能占比

由圖1的能耗數(shù)據(jù)分析可見，1月和8月為大樓全年用電高峰月，空調系統(tǒng)用電占大樓總用電的48%，照明及插座用電占37%，該兩項用能系統(tǒng)為主要能耗項，占全年用電的85%。由于采用電鍋爐制熱采暖，制熱效率低，冬季供熱能耗在全年空調能耗中占比較大。

3 改造方案

本次改造采用高效風冷熱泵機組對原空調冷熱源進行替換改造，較大地提高了系統(tǒng)運行效率，通過建立BA群控系統(tǒng)對系統(tǒng)運行自動管控，并通過更新優(yōu)化原有機房輸配系統(tǒng)實現(xiàn)新舊冷熱源的切換運行。

3.1 冷熱源系統(tǒng)改造

采用電鍋爐制取空調熱水，從能耗形式上屬于直接將高品位的電能轉化為低品位熱能，經(jīng)濟性較差。由于設備投入運行時間較長，制熱效率有較大程度衰減。電鍋爐運行缺乏智能化的控制手段，難以保證高效率制熱運行。上述因素的綜合影響是導致冬季采暖能耗占全年空調運行能耗比例較大的主要原因。

采用模塊式風冷熱泵替換原熱水鍋爐，結合鍋爐設備容量及歷年運行能耗分析，選用12臺風冷熱泵模塊機組（制熱量135kW/臺）可滿足全年制熱負荷需求，風冷熱泵主機在夏季可以用于制冷，同時滿足夏季制冷需求。本方案最終設計時選擇22臺風冷模塊組，分兩組配置（11臺/組），可兼顧夏季制冷需求。所采用機組滿足能效等級指標中規(guī)定的二級能效要求[2]。風冷模塊機組參數(shù)見表2-1，冷熱源改造系統(tǒng)原理圖見圖3。

表2 -1 風冷模塊機組參數(shù)

圖3 冷熱源改造系統(tǒng)原理圖

3.2 輸配系統(tǒng)優(yōu)化

圖4 冷熱源改造效果

針對水泵運行年限久、設備老化及效率下降的情況。水泵改造方案兼顧冬季供熱及夏季制冷輸配循環(huán)需要，對原有的三臺冷凍水泵進行更新替換以滿足風冷熱泵循環(huán)流量要求及水力要求相關參數(shù)見表2-2，同時對水管流程進行調整效果圖見圖4，增設切換管路實現(xiàn)冬夏季水泵互切，最大程度保證水系統(tǒng)利用新泵運行，提高輸送效率，節(jié)省能耗。

表2 -2 水泵性能參數(shù)

圖5 輸配系統(tǒng)改造效果

3.3 冷熱源群控

對冷熱源設備進行自動控制和實時監(jiān)測，通過運行控制策略實現(xiàn)冷熱源系統(tǒng)智能運行，可進一步提高系統(tǒng)運行的可靠性、節(jié)省運行及維護成本，經(jīng)濟效益十分顯著[3]。本項目新增機房群控系統(tǒng)，將空調水系統(tǒng)關鍵運行參數(shù)監(jiān)測、風冷熱泵機組的運行控制等均集成至群控系統(tǒng)管理平臺，可實現(xiàn)運行智能化管理及實時參數(shù)記錄、運行性能分析，提高空調系統(tǒng)整體運行效率，見圖6。本項目群控系統(tǒng)設計有以下功能：

(1)接入風冷熱泵主機通訊接口，實現(xiàn)主機的遠程啟停和供水溫度調節(jié)；

(2)根據(jù)末端負荷需求，自動調配控制模塊機及水泵運行投入數(shù)量；

(3)運行模式編組切換功能：通過新舊系統(tǒng)管路安裝電動閥門組，并通過群控軟件預先編制不同運行模式下閥門間的切換關系，實現(xiàn)新舊熱源系統(tǒng)制冷聯(lián)合/獨立運行、制熱聯(lián)合/獨立運行的模式聯(lián)動切換；(4)主機、閥門、水泵之間實現(xiàn)連鎖啟?？刂?；(5)異常故障報警、歷史數(shù)據(jù)記錄功能等。

4 改造效果及意義

4.1 改造效果

本項目針對業(yè)主資金難題，采用合同能源管理模式實施節(jié)能改造，改造投入由節(jié)能公司全額承擔，并負責合同期內設備運行維護，徹底緩解業(yè)主資金壓力。

改造主要由三部分組成：高效風冷熱泵替換、水泵更換、冷熱源群控。項目于2018年2月正式調試完成并投入運行，對完整采暖季（2018年12月～2019年3月）運行能耗數(shù)據(jù)進行實際效益分析，得出年節(jié)電55．6萬kWh，折標煤160t，實際節(jié)能率為62%，節(jié)能效果見表3。

圖6 群控系統(tǒng)改造效果

表3 實際運行效果分析

4.2 改造意義

本次合同能源管理模式的節(jié)能改造響應國家節(jié)能降耗政策號召，在減少各用能系統(tǒng)設備的直接運行能耗的同時，也降低了物業(yè)單位對空調系統(tǒng)運行的間接管理投入，降低了設備維護成本，經(jīng)濟效益顯著，有助于推動節(jié)能與循環(huán)經(jīng)濟建設。本節(jié)能改造項目可進一步爭創(chuàng)公共建筑節(jié)能改造示范項目，有利于宣傳先進節(jié)能理念、樹立節(jié)能辦公形象。

5 結語

（1）既有建筑空調冷熱源改造并不完全摒棄原有系統(tǒng)形式，方案設計應充分考慮新舊系統(tǒng)的兼容性，最大程度利用原有設備系統(tǒng)，實現(xiàn)新舊系統(tǒng)的融合。

（2）既有建筑改造面臨設備定位、管路及系統(tǒng)對接等實施難題。結合建筑現(xiàn)狀對實施方案進行充分調研論證，選擇最合理、安全、可靠、經(jīng)濟的實施方式。

（3）采用熱泵機組替換電熱水鍋爐進行節(jié)能改造，不僅提高了供熱系統(tǒng)的安全性，且進一步提高了系統(tǒng)運行能效，取得較大的節(jié)能效果，本項目實測節(jié)能率達60%以上。

（4）本項目所有改造投入由節(jié)能單位承擔，解決業(yè)主資金難題、保障后期節(jié)能效益。所采用的改造實施方案及合同能源管理模式，可為同類型改造項目提供參考。