劉珺，曹陽，姚健

東方海外大廈空調(diào)節(jié)能改造合同能源管理實踐總結(jié)

劉珺，曹陽，姚健

（中船第九設(shè)計研究院工程有限公司，上海200063）

總結(jié)了東方海外大廈空調(diào)節(jié)能改造合同能源管理項目的實踐過程。實踐過程包括：節(jié)能咨詢分析；能源審計；節(jié)能項目設(shè)計；融資；改造（施工、設(shè)備安裝、調(diào)試）和運行管理。通過改造預(yù)計每年可節(jié)約電耗100萬kWh。

合同能源管理；空調(diào)節(jié)能改造；實踐總結(jié)

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類活動所需要消耗的能源也越來越多，地球的有限資源如何滿足人類對能源的需求成為了日益迫切的問題，節(jié)能減排的技術(shù)及服務(wù)也不斷推進(jìn)和延伸。在我國，節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的戰(zhàn)略更是被提到了前所未有的高度。合同能源管理模式作為推進(jìn)節(jié)能技術(shù)發(fā)展的一種方式也得到了從中央到地方到企業(yè)的大力扶植和推廣。

合同能源管理是指專業(yè)化的節(jié)能服務(wù)公司與用能單位簽訂節(jié)能服務(wù)合同，為其節(jié)能項目提供約定的服務(wù)，用能單位以該節(jié)能項目產(chǎn)生的節(jié)能效益向節(jié)能服務(wù)公司支付服務(wù)費的一種商業(yè)運行模式。

節(jié)能服務(wù)公司提供的服務(wù)包括節(jié)能咨詢、能源審計、節(jié)能項目設(shè)計、融資、改造（施工、設(shè)備安裝、調(diào)試）和運行管理等。

1 項目概述

東方海外大廈位于上海市靜安區(qū)延安中路841號，建于1996年，至今已經(jīng)投入使用達(dá)16年。東方海外大廈共27層，其中地上24層，地下3層。建筑地面高度為99m。建筑總面積40500m2，為大型綜合性商辦樓。業(yè)主以合同能源管理的方式對大樓的空調(diào)冷熱源系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)節(jié)能改造方案

2.1 改造前空調(diào)能源情況

根據(jù)業(yè)主提供的大樓竣工圖、能源審計報告、前期相關(guān)單位的能耗分析及現(xiàn)場走訪了解，目前大樓的空調(diào)能耗基本情況如圖1和圖2所示。從圖中可以看出空調(diào)采暖（包括冷機(jī)、電鍋爐、循環(huán)水泵、冷卻塔和空調(diào)末端）的能耗比重最大，占總能耗的33%；而在空調(diào)能耗中，電鍋爐的能耗最大，年耗電量約150萬kWh，占43%。

圖1 東方海外大廈各項設(shè)備用電比例拆分餅圖

圖2 東方海外大廈空調(diào)系統(tǒng)用電比例拆分餅圖

東方海外大廈空調(diào)系統(tǒng)原有的冷源為3臺離心式冷水機(jī)組，單臺供冷量為1400kW（400RT），輸入功率為260 kW。采暖熱源為2臺電鍋爐，單臺供熱量1080kW?？照{(diào)水系統(tǒng)為二管制，供冷供熱季節(jié)通過機(jī)房閥門切換。原有冷熱源設(shè)備均已使用超過15a，設(shè)備效率已大大降低，零部件損耗嚴(yán)重，尤其是電鍋爐的電熱元件更換頻繁。

2.2 改造方案

目前由于大樓地理位置優(yōu)越，出租情況良好，整個空調(diào)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，能滿足用戶的使用要求，只是空調(diào)的能耗太大，是物業(yè)運營的沉重負(fù)擔(dān)?？照{(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的原則是：既要更新設(shè)備，提高能效，又不影響大樓空調(diào)的正常使用和運行。

在此基礎(chǔ)上，確定僅對冷熱源系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，在屋頂設(shè)置高效風(fēng)冷熱泵機(jī)組，替換原有電鍋爐和離心機(jī)組。

根據(jù)對大樓空調(diào)負(fù)荷的計算和大樓空調(diào)運行記錄的實測值（大樓歷年空調(diào)最大冷負(fù)荷為2033kW，冬季最大熱負(fù)荷在1300kW），考慮到氣候逐漸變暖、租戶變化以及設(shè)備組合等因素，確定此次改造的制冷量為2200kW，制熱量為1600kW。

考慮到屋頂?shù)脑O(shè)備位置及吊裝的可行性，選用3臺高能效風(fēng)冷熱泵機(jī)組。每臺制冷量750kW，制熱量720kW。每臺機(jī)組尺寸為8380mm×2260mm×2300mm（h），重量為9054kg。

熱泵機(jī)組及循環(huán)水泵設(shè)置在新搭建的屋面框架梁平臺上，供回水管與大樓原空調(diào)供回水立管相接，通過閥門切換保證空調(diào)水系統(tǒng)的正常運行。由于原空調(diào)冷熱源尚未報廢，可作為備用保留。

熱泵機(jī)組夏季制冷，供回水溫度為7/12℃；冬季制熱，供回水溫度為45/40℃。與原大樓系統(tǒng)保持一致。

空調(diào)改造的熱泵機(jī)組平面布置圖及系統(tǒng)原理圖如圖3、圖4所示。

為配合空調(diào)改造，相應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和電氣專業(yè)的同步配合工作。

結(jié)構(gòu)專業(yè)核算大樓結(jié)構(gòu)承載能力，在屋面架設(shè)鋼平臺作為熱泵機(jī)組及循環(huán)水泵的設(shè)備平臺。電氣專業(yè)從地下一層變電站引兩路380V電源至新增冷熱源系統(tǒng)的配電箱，兩路電源均接在原有電鍋爐和冷水機(jī)組的出線回路上。在改造完成后進(jìn)行切換。

為了保證冷熱源系統(tǒng)運行的可靠，減少運行維護(hù)的工作量，設(shè)置獨立的冷熱源群控系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)大樓空調(diào)負(fù)荷要求自動調(diào)節(jié)熱泵機(jī)組及水泵的運行臺數(shù)、電動閥門的啟閉，保證供回水溫度壓力的穩(wěn)定。群控系統(tǒng)可自動采集冷熱源系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合整理顯示，包括設(shè)備及系統(tǒng)能效比，可以使用戶對系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)有直觀的了解。系統(tǒng)還可以找到熱泵機(jī)組運行較高能效比所對應(yīng)的部分負(fù)荷率，確定不同負(fù)荷時的機(jī)組的運行配置，從而確保熱泵機(jī)組大部分時間處于高效區(qū)運行，最大限度地節(jié)能。系統(tǒng)帶BA接口，可接入大樓BAS系統(tǒng)統(tǒng)一管理。

2.3 改造方案能耗數(shù)據(jù)分析

圖5為業(yè)主提供的2012年逐月用電量統(tǒng)計柱狀圖。

圖3 東方海外大廈空調(diào)改造冷熱源平面布置圖

圖4 東方海外大廈空調(diào)改造冷熱源系統(tǒng)原理圖

從圖中可以看出，東方海外大廈全年用電量的4個高峰，分別為12月、1月、2月和3月，正是大樓的采暖季，其月用電量也超過了8月9月大樓供冷期的用電量?？梢婋婂仩t的能耗特別高。5月份為過渡季節(jié)，空調(diào)需求最低，因此用能量也最低。本次節(jié)能量分析，以2012年的用電統(tǒng)計為基礎(chǔ)，按5月份的用電量為基準(zhǔn)，各月份中的用電量超過5月份的部分即認(rèn)為是空調(diào)能耗電量。

通過對圖5中數(shù)據(jù)的整理及計算，可以得出：2012年全年總用電量5404164 kWh，其中年度供暖總用電量為2516137 kWh。

由于原夏季供冷的冷源為離心式冷水機(jī)組，經(jīng)過十幾年的運行，冷水機(jī)組、冷卻塔及水泵的效率已大大降低，零部件損耗嚴(yán)重，因此預(yù)計系統(tǒng)改造后的制冷能效比與原系統(tǒng)相比并沒有明顯的改善。

而電鍋爐的效率很低，熱源系統(tǒng)（含循環(huán)水泵）的性能系數(shù)只有0.8，改造后的風(fēng)冷熱泵熱水系統(tǒng)（含循環(huán)水泵）的性能系數(shù)為2.9。制熱能效比有明顯提高，采暖能耗預(yù)計可降低約70%（節(jié)能量僅按供暖季1～3月和12月計算）。

同時改造后會減少設(shè)備維護(hù)的費用。由于原空調(diào)冷熱源系統(tǒng)較復(fù)雜，且設(shè)備老化嚴(yán)重，每年的設(shè)備維護(hù)費用很大，而改造后熱泵機(jī)組系統(tǒng)簡單，集成度高，自動化程度高，可以減少管理操作人員數(shù)量，大大節(jié)約維護(hù)成本。

圖5 2012年逐月用電量統(tǒng)計值

3 改造實測結(jié)果

3.1 節(jié)能量統(tǒng)計的確認(rèn)

此次冷熱源節(jié)能改造的目標(biāo)是必須達(dá)到國家節(jié)能規(guī)范《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2005和上海市節(jié)能規(guī)范《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》DGJ08-107-2012規(guī)定的各項指標(biāo)要求。在此基礎(chǔ)上確保風(fēng)冷螺桿式熱泵機(jī)組在額定工況下的制冷制熱性能系數(shù)均不低于3.0。系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，分別對改造前后的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行測試對比，確保改造后大樓的空調(diào)系統(tǒng)滿足正常使用的需要，冷熱源系統(tǒng)的各項能效指標(biāo)達(dá)到本次改造的目標(biāo)。

節(jié)能量統(tǒng)計的確認(rèn)一般由節(jié)能服務(wù)公司和用能單位聯(lián)合執(zhí)行，節(jié)能量確認(rèn)期間，應(yīng)盡量使大樓內(nèi)的所有設(shè)備運行狀況與基準(zhǔn)期內(nèi)運行狀況基本一致，測量和記錄的參數(shù)方法一致。

由于辦公樓目前的出租率及物業(yè)運行均非常穩(wěn)定，本次改造是大樓當(dāng)年的唯一節(jié)能改造。經(jīng)與業(yè)主溝通確認(rèn)，項目節(jié)能量確認(rèn)的方案是以2012年8月～2013年7月為基準(zhǔn)期，以此期間大樓全年耗電量為基礎(chǔ)，通過空調(diào)節(jié)能改造，統(tǒng)計改造后空調(diào)正常運行1a的大樓全年耗電量，其中減少的能耗電量即認(rèn)為是本次改造的節(jié)能量。根據(jù)分析，預(yù)計全年節(jié)能率大于15%。

3.2 改造實測結(jié)果

改造工程經(jīng)過施工圖設(shè)計、專業(yè)分包單位的確定、鋼結(jié)構(gòu)平臺施工、設(shè)備吊裝、冷熱源系統(tǒng)設(shè)備管道的安裝施工和調(diào)試等過程后，于2013年7月完成。通過閥門切換實行節(jié)能改造后的系統(tǒng)運行，改造后已完成一個年度完整的制冷及制熱周期運行，結(jié)果顯示系統(tǒng)運行正常穩(wěn)定，滿足大樓的供冷供熱需求，全年空調(diào)用電量明顯下降，節(jié)能達(dá)到預(yù)期效果。圖6為2012年8月～2013年7月與2013年8月～2014年7月同期逐月用電量統(tǒng)計值的比較。

從圖6可以看出，改造后夏季制冷用電量變化不大，冬季制熱則節(jié)電效果明顯，2014年冬季用電量1449216 kWh，比2013年冬季用電量減少了969804kWh，節(jié)約用電40%，改造前全年用電量5249790 kWh，改造后全年用電量為4243950 kWh，全年節(jié)約用電19%。按平峰綜合平均電價約0.88元/kWh計，全年節(jié)省采暖用電費用為88.5萬元。

熱泵機(jī)組的運行工況參數(shù)滿足設(shè)計要求。表1分別列出了幾種典型工況下系統(tǒng)的運行參數(shù)：①最低室外溫度時；②最高室外溫度時；③制熱名義工況時；④制冷名義工況時。（表格內(nèi)數(shù)據(jù)均為現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)）

由表1數(shù)據(jù)可知，熱泵機(jī)組在極端工況①、②及額定工況③、④的平均COP值均滿足設(shè)計要求。

圖6 改造前后的逐月用電量統(tǒng)計值

表1 不同工況下熱泵運行參數(shù)

4 合同能源管理項目的經(jīng)濟(jì)分析

合同能源管理項目驗收合格，設(shè)備能效指標(biāo)達(dá)到約定要求后，按照合同約定，項目回報采用的是固定期限（5年）等比例等額付款，表2為本項目的投資回報分析。

表2 能源合同管理投資回報分析

項目的建設(shè)投資為515.3萬元，按10%作為內(nèi)部收益率計算，每年業(yè)主付款回報136萬元，分5年付款完成。

項目作為樣板工程，節(jié)能量的統(tǒng)計作為節(jié)能效果的參考依據(jù)而未作為回報付款的依據(jù)，既減小了節(jié)能服務(wù)單位實施本項目的投資風(fēng)險，又積累了節(jié)能服務(wù)單位在合同能源管理方面的經(jīng)驗，為下一步全面開展合同能源管理項目的推進(jìn)奠定了一定的基礎(chǔ)。

項目已經(jīng)通過了上海市節(jié)能示范項目的評審。

5 結(jié)語

節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)在中國正在成為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之中市場化程度高、又極具成長性、充滿活力、特色鮮明的朝陽行業(yè)?！笆濉逼陂g，國家將進(jìn)一步落實財政、稅收和金融等扶持政策，引導(dǎo)專業(yè)化的節(jié)能服務(wù)公司采用合同能源管理方式為用能單位實施節(jié)能改造。

合同能源管理作為傳統(tǒng)設(shè)計單位涉足節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)的一項開拓，符合國家的政策引導(dǎo)和設(shè)計單位的發(fā)展方向，設(shè)計人員可以利用自身的技術(shù)優(yōu)勢，積極拓展，更好地適應(yīng)社會發(fā)展的需求。

[1]孫紅.合同能源管理實務(wù)[M].北京：中國經(jīng)濟(jì)出版社，2012.

[2]中華人民共和國建設(shè)部，GB50189-2005，公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會，DGJ08-107-2012，公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

Summary the Practice Process of the Orient Oversea Mansion Air-condition Energy Saving Reconstruction by Contract Energy Management

LIU Jun，CAO Yang，YAO Jian
（China Shipbuilding NDRI Engineering Co.，Ltd，Shanghai 200063，China）

Summary the practice process of the orient oversea mansion air-condition energy saving reconstruction by contract energy management.The practice process including：energy saving consulting analysis；energy audit；energy saving project design；financing；reconstruction（construction、equipment installation、testing）and operation management.Annually save one million kWh power consumption after reconstruction。

contract energy management；air-condition energy saving reconstruction；practice summary

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.01.015

F206

B

2095-3429（2015）01-0061-05

2014-11-03

修回日期：2015-03-25

劉珺（1974-），女，上海人，本科，工程師，從事暖通設(shè)計工作。