“雙碳”目標下體育中心的綠色升級節能改造研究

＊譚福太 余榮學 謝方靜

（廣州匯錦能效科技有限公司 廣東 510630）

隨著“雙碳”政策的實施，各行業積極響應國家節能減排號召，落實推進能源管理工作。體育中心是培養優秀競技體育人才的搖籃，訓練場地設備設施直接影響到運動員的訓練成果，每一種類型比賽項目對應有不同的場地劃分及布置，同時對照明質量、環境溫度和室內空氣質量等方面也提出了不同的要求。為積極響應國家節能減排號召，努力落實推進能源管理工作，重視節能技改工作，在滿足不同比賽項目訓練場地要求的前提下，對體育中心的空調系統、照明系統、電機系統老舊設備進行綠色升級改造，降低所消耗的用電量，減少能源消耗和溫室氣體排放，對節能減排具有重要意義。

目前，國內外研究人員對體育訓練場地的綠色節能改造開展了大量的研究工作。石勁松等人[1]以高校體育館為例，實施綠色節能通風優化設計，結合計算機模擬技術，提出了最大限度地利用自然風的設計方案，達到了降低能耗的目的；計太等人[2]在原預測平均投票（PMV）模型的基礎上建立了改進的Fanger模型，改進后的Fanger模型可更準確地預測不同熱環境下人體在運動中的熱舒適度，對預防運動中熱損傷的發生和體育館暖通空調系統節能具有重要意義；楊光明等人[3]以城市綜合體育館比賽場地照明工程設計為例，通過照度、均勻度、眩光值、顯色指數和色溫等照明質量參數指標，對場地照明進行設計及模擬計算，為體育館的燈具安裝、調試以及最終場地照明提供了指導；Nizetic等人[4]從技術和經濟方面闡述了克羅地亞體育場館的設計方案，通過正確選擇適當的能源，從而將產生的熱能總成本降低33%，并將二氧化碳排放降低1.8倍；顧卿[5]對上海八萬人體育館原有的中央空調系統進行節能改造，并運用變頻、冷站群控等先進技術，優化了空調系統的運行模式，使得該體育館的空調系統能耗有明顯下降；Josa等人[6]以某體育館屋頂為研究對象，運用多準則決策模型評估了大梁和桁架可持續性，決策過程中綜合考慮了經濟、環境和社會標準，將諸多相關因素納入項目的可持續性評估中，有助于全面了解各因素對項目的影響。然而，目前關于大型體育中心多系統相結合的綠色節能改造研究較為缺乏。

本文以廣東省某體育中心為研究對象，在滿足運動員訓練場地要求的前提下，對空調系統、照明系統、能源資源在線監管平臺和電動汽車充電系統進行綠色升級節能改造。本文探討了“雙碳”背景下大型體育中心綠色節能改造的可行性，為建設同類型綠色節約型場館提供依據。

1.研究對象

選取廣東省某典型體育中心（以下簡稱中心）為研究對象，該中心占地面積22萬平方米，是廣東省最大的體育訓練基地，也是我國最早建立的優秀競技體育人才集訓基地。因中心建設較早，輸配電系統、空調系統、照明系統、電機系統以及其他建筑能耗設備設施陳舊，部分設備服役時間超過30年，設備老化嚴重，存在能效低、能耗高、能源浪費嚴重的問題，故需對其空調系統、照明系統、能源資源在線監管平臺和電動汽車充電系統進行能效提升改造。

2.用能現狀分析

(1)總耗能分析

中心能耗包括電力、天然氣、汽油和柴油，以電力和天然氣為主，兩種能源消耗占比接近99%。中心2019年能源資源消耗如表1所示。

表1 中心2019年能源資源消耗分析表

(2)用能系統能耗問題分析

依據《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能源審計導則》對中心的單位建筑面積電耗、單位建筑面積水耗、單位人數水耗、單位人數電耗指標進行計算，中心各類指標計算結果如表2所示。根據《廣東省人民政府機關事務管理局關于公布2017年度廣東省同類型公共機構能源資源消費平均值的通知》，結合同類型公共機構能源資源消費平均值進行限值或合理區間數值的對標分析比較，比較結果如表3所示。

表2 主要能耗指標數據表

表3 能源消耗指標對標分析

中心的人均綜合能耗和人均水耗均高于公共機構指標平均值，有較大的節能空間。根據中心后勤管理平臺對場館的配電系統、空調系統、電機系統和照明系統的實時分析數據，部分輸配電系統、空調系統、電機系統、照明系統以及其他建筑能耗設備設施陳舊，如表4、表5所示。存在能效低、能耗高、能源浪費嚴重的缺點，具體如下：

表4 體育中心在用電機及其拖動設備表

①照明系統大量使用傳統照明燈具，照明燈具數量多，照明能耗較大；②中央空調系統主機使用時間長久，能效下降幅度大，維修成本高，未配套變頻設備，運行能耗高；③未實現用電分項計量，包括對空調用電、動力用電、照明和插座用電、水泵、電梯、信息中心等主要用電分項計量；④部分電機列入《高耗能落后機電設備（產品）淘汰目錄》或不符合GB 18613-2012《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》的Y系列和Y2系列電機，存在設備老化、漏水嚴重、能效低下等問題。

3.綠色升級節能改造及效果分析

(1)綠色照明節能改造

中心照明主要采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、T8熒光燈等傳統照明燈具和少量LED照明燈具。對比高壓鈉燈光效75～100lm/W，金鹵燈光效60～90lm/W，熒光燈光效約60～80lm/W，LED燈具光效≥120lm/W[7]。與傳統光源相比，LED可使照明能耗減少50%～75%[8]，故中心采用節能高效的LED燈具更換傳統照明燈具，實現綠色照明節能改造。LED的組成材料主要以環保材料為主，同時，LED的熱量輻射較少，有效減少有害氣體的排放和揮發，在使用過程中能夠有效減少對周圍環境的污染[9]。此外，LED的使用材料一般可以被回收利用，從而實現資源的循環利用[10]。由于運動員訓練場地的特殊性，依據JGJ 153-2016《體育場館照明設計及檢測標準》對體育館場地照明進行分級，在滿足照明分級的基礎上進行節能改造。中心作為競技體育人才綜合性訓練基地，照明等級需滿足專業訓練場地的標準，因此改造后LED燈具照度不低于Ⅱ級，如表5所示。

表5 體育場館Ⅱ級場地照明標準值

對中心9828盞傳統照明燈具進行替換，如表6所示。燈具按平均每天照明時間10h，平均每年照明270d。節能改造計算公式（1）～（2）如下：

表6 改造節能燈具節能效益計算表

其中，△Ex為不同系統改造的節能量（kWh）；Ex1為改造前系統能耗（kWh）；Ex2為改造后系統能耗（kWh）；Qx為節省電費（元）；0.65為平均電價（元/kWh）。

采用高效節能的LED燈具對原有投光燈、工礦燈以及T5、T8日光燈等共計9828盞傳統照明燈具進行升級改造，改造后的照度達到國家Ⅱ級專業訓練場地要求。經計算，實施綠色照明節能改造后預計節能率可達到54%，節省電力82.65萬kWh/a，節省電費53.72萬元/年（按平均電價0.65元/kWh計算），二氧化碳減排量495.92t/a。

(2)體育館空調系統能效提升改造

中心以JGJ 176-2009《公共建筑節能改造技術規范》[11]及JGJ/T 177-2009《公共建筑節能檢測標準》[12]為依據對中心空調系統進行節能改造，同時滿足訓練場地對于溫度、濕度、風量、風速、噪聲的要求，減少空調負荷的形成[13]。關于空調系統的具體節能改造措施如下：

①更換高效高效變頻冷水機組

充分考慮空調冷負荷受季節及訓練的人數影響較大，全年有較多的時間主機運行在部分負荷的狀態，更換效率更高的變頻冷水機組有較為可觀的節能量，能耗低，降低碳排放，成就綠色建筑[14]。

②冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔變頻改造

中心冷凍水泵和冷卻水泵均為工頻運行，中央空調大部分時間在部分負荷下運行，通過對水泵加裝變頻控制，根據配置的冷水機組，將冷凍水泵、冷卻水泵以及冷卻塔更換成高效設備，根據負荷自動調節水泵的頻率，降低水泵的運行能耗。

③配備中央空調智能節能控制系統

目前中心通過管理人員手動調節機房設備配合運行。安裝系統群控系統，把空調冷源系統所有設備及閥門涵蓋在一個整體中可以優化系統中設備的運行，提高機房的能效，如圖1所示。

圖1 智能節能控制系統

對中心進行空調系統能效提升改造。預計整體節能率可達30%以上，節省電力26.4萬kWh/a，節省電費17.15萬元/年，二氧化碳減排量158.4t/a。

(3)綠色充電樁

隨著國家積極推廣新能源汽車，2022年1—5月，全國充電基礎設施增量為96.3萬臺，同比增長409.5%，月均新增公共類充電樁約4.5萬臺[15]，中心部分員工購買電動汽車，具有一定的電動汽車充電需求。依據《國務院辦公廳關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》，公共機構新建和既有停車場要規劃建設配備充電設施（或預留建設安裝條件）比例不低于10%[16]。

針對中心員工對充電樁的需求及充電樁綠色環保的優點，中心綠色節能改造中配置4套20kW交流充電樁，同時為避免充電樁安裝位置不合理、充電耗時久等問題，利用現有充足的停車場資源進行充電樁的布局，充電樁布局如圖2所示。

圖2 充電樁布局平面圖

充電基礎設施建設項目保守估計按平均每天每個充電樁充電90kWh，預計年充電量12萬度。相比傳統燃油汽車，電動汽車在節能環保方面要遠強于燃油汽車，從百公里油耗和百公里電耗上估算，預計可節省能耗近80%[17-19]，故在中心配置充電樁后預計可節省電力9.6萬kWh/a，節省電費6.2萬元/年，二氧化碳減排量57.6t/a。

(4)能源資源在線監管平臺

中心搭建節約能源資源在線監管平臺，通過安裝智能電表258個、智能水表43個，搭建起能源管理平臺中心，實現對設備能耗進行監控，發現低效率運轉及能源消耗異常的用電設備，降低峰值用電水平，解決能耗過高、能源利用率低、能源成本偏高的問題[20]，如圖3所示。

圖3 能源資源在線監管平臺

通過能源管理系統進行能源分析，并結合相關的能源管理措施，預計可減少5%左右的建筑能耗，節省電力10萬kWh/a，節省電費6.5萬元/年，二氧化碳減排量60t/a。

4.結論

本文針對廣東省某體育中心提出了綜合綠色節能改造方案，其中綠色照明節能改造、空調系統能效提升改造、搭建能源資源在線監管平臺以及配置綠色充電樁預計實現82.65萬kWh/a、26.4萬kWh/a、10萬kWh/a、9.6萬kWh/a的節能效果，總節電量達128.65萬kWh/a，可減少二氧化碳排放730.74t/a。