空調系統節能改造節能量計算方法探討

上海電力學院 于 峰

上海市合同能源管理委員會辦公室 魏玉劍

0 引言

對節能量測量評估，是采用合同能源管理模式進行節能改造的一個重要環節。合同能源管理(EPC)實質是一種以減少的能源費用來支付節能改造項目全部投資的節能投資方式，由能源服務公司（ESCO）為客戶提供節能改造服務，與客戶分享項目實施后的效益。因此，能否準確度量節能量直接關系到ESCO和客戶雙方的利益[1]。

空調系統的節能改造方式有很多，不同的節能改造項目實際情況也不盡相同，改造技術、項目雙方對測量精度的要求、實際測量能力、對測量成本的考慮等，都將影響到節能量測評方法的選取。當面對不同的節能改造方式時，針對具體的節能量測算條件，選取何種節能量計算方法便顯得極其重要，選擇了正確的計算方法，才能提高節能量測評的合理性、準確性。根據國家出臺的GB/T 13234-2009《企業節能量計算方法》，我們得以確定節能量計算的基本原則以及方法，之后結合節能改造實際情況，選擇具體測算方法。本文通過具體實例，列舉了中央空調系統改造項目在不同邊界條件下最適合采用的節能量計算方法，并且探討了針對不同的項目實際情況該注意的問題。

1 計量統計法

1）對于某些節能改造前后用能單位運營穩定，且設備運行工況沒有發生變化，那么，通過現場測量改造前后設備性能，進行對比計算，便可準確獲得項目節能量。比如，某醫院對其中央空調系統進行節能改造，更換了中央空調系統主要設備，將原先溴化鋰制冷機組更換為水冷式三級壓縮離心式冷水機組，此外，還更換了部分配套的冷卻塔，風機等。該項目的節能量計算便是按照如下公式進行：

節能量=（改造前單位制冷量能耗-改造后單位制冷量能耗）×該年供冷系統供冷量

改造前單位制冷量能耗的測算是根據基準期實際運行記錄以及現場測試數據確定。在空調開始使用的7～10月份內，通過在冷凍水進出口水管安裝測量器具，測量記錄制冷量，以改造前三年中7～10月空調能耗平均值作為基準空調運行能耗。空調改造前單位制冷量能耗的計算方法為：基準空調年運行能耗/溴化鋰機組年提供供冷量。最終確定該醫院中央空調系統改造前單位制冷量能耗為1.3126kgce/RT。

改造后，經現場測量，在整個制冷季，空調系統總共使用電量67.8萬kWh,空調系統平均能效為0.8757kwh/RT，即單位制冷量能耗折合標準煤為0.2627kgce/RT。該年度直至整個制冷季結束，因其制冷77.4萬RT，按照上述計算公式，可得其節約能耗813t標準煤。

2）對于某些較為復雜的大型空調系統節能改造項目，在改造過程中加裝了分項計量設備，可以實現改造后能耗統計及監測，在此類項目中，采用統計計量法來計算節能量，最為準確。如上海某大廈空調系統進行整體節能改造，更換空調系統所有運行水泵，并且為水泵加裝了變頻控制器，此外，還對對機房設備進行群控優化。改造完成之后，節能服務公司為其設立了能源監控管理平臺，對能耗設備進行分項、分設備計量，實現在線監測、實時計量，通過建立網絡化管理系統，來提高能源使用效率。其能耗監測平臺模式如圖1所示：

圖1 能耗監測平臺模式示意圖

該項目基準能耗是根據改造前一整年的逐月能源賬單計算所得。由于上海地區辦公建筑四月份一般不使用中央空調，因此，4月份的用電量是全年最低值。且該大廈除了空調用電之外的辦公用電、動力用電等其他設備用電基本維持不變，所以可以用4月份能耗作為除空調之外其他設備能耗。其他月份的耗電量與四月份耗電量的差值即為各月用于中央空調的能耗。統計數據見表1：

表格所列的空調能耗中，5月份到10月份能耗為空調制冷能耗，其他月份能耗為空調采暖能耗（4月份除外）。

節能改造完成之后，空調系統實際能耗以節能監測平臺實際測量記錄數據為準，將其作為節能量計算過程中的統計報告期能耗。分享期能耗基準則用采暖/制冷度日數進行調整。

節能量計算公式如下：

式中，ΔE為項目節能量，

Er為統計期基準能耗，

表1 大廈逐月耗電統計

Ea為改造后統計期能耗，

Eb1為基準期空調采暖能耗，

dr1為統計期采暖度日數，

db1為基準期采暖度日數，

Eb2為基準期空調制冷能耗，

dr2為統計期制冷度日數，

db2為基準期制冷度日數。

根據能源監測平臺實際測量記錄數據，按照上述計算方法進行計算，該大廈節能改造項目在完成后的一年內，節省耗電量30萬kWh。

采用計量統計法進行節能量測評，是目前最為準確的節能量計算方法，因為這種方法最為直接的測量設備能耗狀況，并予以統計計算，自然準確。但是該方法需要進行大量的現場測量工作，即便是建立了諸如上述的節能監測平臺，其初始投資也將提高。因此該方法適合用于項目比較大，改造系統較為龐雜時的節能量計算。

2 總能耗比較法

1）如果節能改造項目較為復雜或著相互有交叉，無法單獨隔離計算，則可以通過測試整個設施的能耗水平來確定節能量，即通過測量總體能耗，分析總表數據、電費賬單等來計算節能量。

例如，上海某賓館空調系統進行節能改造，采用余熱回收的節能冷熱源系統，把制冷、制暖合并為一個系統。賓館拆除了鍋爐單冷中央空調、冷卻塔和熱交換器，通過安裝的雙效節能冷熱源回收機組來保證全年生活熱水的供給，同時，機組在生產生活熱水時制造出來的冷氣，則進入中央空調系統使用。如此，空調還是中央空調，生活熱水還是55℃以上的生活熱水，而運行成本卻減去了40%。

在此節能改造項目中，中央空調系統和生活供暖系統交叉改造，難以將其拆分開來計算節能量，而且改造之后節能幅度較大，節能改造節省的耗能將是構成賓館能源費用變化的主要因素。對于采用總能耗比較法估算節能量造成的小量誤差，項目雙方都能接受。因此，本項目最終節能量的確定，便采用了比較節能改造前后總能耗的方法。

項目節能量監測采用的能源計量方式是按照電力局總電表計量用電量的方式。根據該賓館2008年～2011年能源消耗明細，整理計算出數據為：2010年4月～9月能耗總量是409.78 t標煤，2011年4月～9月能耗總量是320.29 t標煤，2008年～2010年能耗總量平均值是942.01 t標煤。

改造后的系統于2011年4月份開始正式使用。由于項目審核是在該年的9月，因此只有改造后使用的部分數據。改造前，即2010年得4月份到9月份，賓館共消耗能源405.78噸標準煤；改造后，即2011年賓館4月份至9月份共消耗標準煤320.29噸。由此計算出此次節能改造的節能率為：21.07%[（405.78-320.29）/405.78]。

2008年至2010年這三年內，賓館平均年消耗能源折合標準煤942 t。將改造前2008至2010年全年的平均值能耗作為基準值，以節能率乘以基準值便可得年節能量：198.48 t標準煤（942×21.07%）。

根據2008年到2010年賓館的實際運行記錄，該賓館節能改造前能源消耗總量較為穩定，各耗能設備能耗量起伏不大，用能結構并無明顯改變，且賓館近年來經營狀況穩定，每年客流量無較大變化，因此采用節能改造前3年能耗平均值作為計算節能量的基準值，能較好的反映改造前賓館的真實能耗情況。在這種節能量計算影響因素比較少的情況下，通過直接比較改造前后總能耗來確定節能量，是一個非常可取的計算方法。

2）復雜的空調改造，對節能量影響條件過多，那么，在采用總能耗比較法進行節能量計算的時候，還可以引入調整因數，設計合理的計算公式，對節能量進行估算。

比如，某酒店對其空調系統進行節能改造，采用高效的螺桿式風冷熱泵機組替換現有的活塞式風冷熱泵機組，更換設備的同時，根據酒店業務需要，部分客房功能改變，導致空調負荷較原先增加，并且酒店空調新風量要求增加。此外，改造雙方協定，在進行節能量計算的時候，要綜合考慮到未來酒店業務量變化對節能量的影響，因此，雙方決定按照如下公式進行節能量計算：

式中，ΔE是節省的能耗量，

E0是基準總能耗，

ΔEc是由于空調負荷增加所增加的能耗，

E是當前總能耗。

C1表示酒店業務量對空調能耗的影響，定義如下：

按照合同的約定，甲方應當確保正常營業并保證一定的業務量，因此C1最小值取0.7，如果公式(4)的計算值小于0.7，則C1取為0.7。

由于業主準備增加空調系統的新風量，所以在計算節能費用的時候也必須考慮新風量對空調運行能耗的影響。C2表示新風量變化對節能量的影響，定義如下：

其中0.4是一個經驗系數，表示新風負荷在建筑空調負荷中的比重。

由于酒店某功能區用途調整，冷熱負荷增加，由此會造成能源費用提升。由于負荷增加導致的能耗增量的計算式子如下：

ΔEc=空調負荷÷COP×運行天數×運行時間×0.8×0.5。平均電價以0.9元/kWh計算，由全天負荷變化引起的調整系數以0.8計算，由氣溫變化引起的系數以0.5計算,由此計算空調能耗增加量ΔEc。

采用這個計算公式進行節能量計算，便能綜合考慮到空調負荷增加，新風量增加，天氣狀況、酒店營業情況等各個因素，較為準確的計算出項目的節能量。

采用比較總能耗來計算節能量的優點是簡單明了，節省了大量的測算成本，同時，通過比較，能耗的直接減少便一目了然，令用能單位信服，會調動其節能改造的積極性。但是這種方法的選用也有很多局限性，如果改造項目的節能效果不明顯，則很有可能出現改造后能耗比改造前的能耗還要高的情況。雖然能耗增加的原因大多是其他原因造成的，比如改造項目以外其他能耗設備運行狀況改變導致能耗增加等，但能耗增加的事實卻會使業主對節能效果產生懷疑[2]。

3 能耗軟件模擬法

由于節能量計算需要通過比較改造前后的數據來確定，如果在項目實施前要進行可行性分析，無法獲得改造前后的能耗數據，便可以采用軟件模擬的方法來確定節能量。用能耗模擬軟件建立模型，并對其改造前后的能耗和運行狀況進行標準化模擬，對模擬結果進行分析從而計算出改造所得節能量。

采用軟件模擬的方法可以有效地在可收集的數據不是很完整的時候計算出項目的節能量，而且由于程序化的計算流程，能夠節省計算節能量所花費的時間。但是采用軟件模擬的方法來計算節能量也存在許多弊端，比如，由于不同的計算軟件采用不同的數值解法、模型算法，計算采用參數的偏差和計算誤差的累積，使得不同軟件計算的結果會有很大的差別。此外，整個模擬過程是一個“黑箱”，簡單改變一兩個參數就可以在很大程度上影響計算結果，因此需要有一個對能耗模擬和分析軟件校準和驗證的標準，但是我國迄今沒有一部能耗分析軟件校準的國家標準。[2]能耗軟模擬法可以在項目進行之前，做可行性分析時采用，但是最終進行節能量審核時，由于其具有較大的不確定性，因此不予推薦。

4 總結

中央空調的節能改造形式多種多樣，對其進行節能量測量評估時不能一概而論。當多項改造技術相互交叉而不便測量時，可以采用總能耗比較法；如果項目改造前后的數據無法采集，或者運行時間過短，數據不齊全，則可以采用能耗軟件模擬；如果能夠準確測量改造前后功率等數據，則計量統計法較為簡捷準確。總之，根據不同的項目實施實際情況，選取最合適的節能量測評方法，才能做到合理，準確的計算節能量。

[1]李揚,蘇宜強,劉驍.節能量的測量及其不確定度的研究[J].電力需求側管理,2010,12(4)∶11-14

[2]龍惟定，白瑋。能源管理與節能【M】.北京：中國建筑工業出版社，2011。