上海市某商業(yè)辦公樓空調(diào)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(shù)服務(wù)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(shè)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(diào)系統(tǒng)設(shè)備超齡運行尤為顯著，近10年來隨著空調(diào)設(shè)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(jié)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。總建筑面積40 000m2。

大樓空調(diào)冷源由3臺螺桿式冷水機組全年供應(yīng)，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(shè)備參數(shù)見表1。機組位于地下2層空調(diào)機房內(nèi)，所有設(shè)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(quán)歸屬問題，業(yè)主對設(shè)備更換意見難以統(tǒng)一，設(shè)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(diào)系統(tǒng)主設(shè)備性能參數(shù)

2 能耗分析

結(jié)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)熱水，從能耗形式上屬于直接將高品位的電能轉(zhuǎn)化為低品位熱能，經(jīng)濟性較差。由于設(shè)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(dǎo)致冬季采暖能耗占全年空調(diào)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(jié)合鍋爐設(shè)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(shè)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(shè)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(guān)參數(shù)見表2-2，同時對水管流程進行調(diào)整效果圖見圖4，增設(shè)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(shè)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(diào)水系統(tǒng)關(guān)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(diào)系統(tǒng)整體運行效率，見圖6。本項目群控系統(tǒng)設(shè)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(diào)節(jié)；

(2)根據(jù)末端負荷需求，自動調(diào)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(yù)先編制不同運行模式下閥門間的切換關(guān)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)連鎖啟停控制；(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(nèi)設(shè)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(diào)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(yīng)國家節(jié)能降耗政策號召，在減少各用能系統(tǒng)設(shè)備的直接運行能耗的同時，也降低了物業(yè)單位對空調(diào)系統(tǒng)運行的間接管理投入，降低了設(shè)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(shè)。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(jié)語

（1）既有建筑空調(diào)冷熱源改造并不完全摒棄原有系統(tǒng)形式，方案設(shè)計應(yīng)充分考慮新舊系統(tǒng)的兼容性，最大程度利用原有設(shè)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(shè)備定位、管路及系統(tǒng)對接等實施難題。結(jié)合建筑現(xiàn)狀對實施方案進行充分調(diào)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。