馮春善 楊俊蘭

天津城建大學能源與安全工程學院

基于合同能源管理下的空調運行系統(tǒng)節(jié)能性分析

馮春善 楊俊蘭

天津城建大學能源與安全工程學院

本文以中新天津生態(tài)城服務中心項目為例，為推動合同能源管理的實際運用，通過分析空調運行系統(tǒng)的模擬數(shù)據(jù)和實際運行數(shù)據(jù)，得出其在推行合同能源管理下的建筑節(jié)能潛力。

合同能源管理 空調系統(tǒng) 建筑節(jié)能

0 引言

隨著我國經濟的持續(xù)快速發(fā)展，能源制約日益加劇，國家對節(jié)能減排和節(jié)能環(huán)保產業(yè)日趨重視，市場參與主體愈發(fā)壯大，合同能源管理正展現(xiàn)出巨大的市場發(fā)展?jié)摿?。按照《“十二五”?jié)能環(huán)保產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，合同能源管理被列為八大重點工程之一，未來5～10年，合同能源管理有望步入黃金發(fā)展時期。到2015年節(jié)能服務業(yè)總產值要達到3000億元。

文獻[1]提到：得到建筑的分項能耗對挖掘各個系統(tǒng)的節(jié)能潛力是非常關鍵的，通過對建筑進行能源審計，得到建筑的綜合能耗和各分項能耗情況，便于分析節(jié)能潛力。所以本文根據(jù)能耗監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行能源分類，找到分項能耗基準線。另外，本文采用的動態(tài)能耗模擬軟件是由美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）和J.J.Hirsch及其聯(lián)盟（Associates）共同開發(fā)的eQuest能耗模擬軟件，其計算核心是目前使用最為廣泛的能耗模擬軟件DOE2的高級版本DOE2-2，其不僅吸收了DOE-2的優(yōu)點，而且增加了許多新的功能，簡化了建筑建模過程，使結果輸出形式更加清晰明了。

1 項目概況

中新天津生態(tài)城服務中心項目是生態(tài)城內建設的第一個綠色建筑項目。建筑功能性質是政府機關辦公樓，最初建筑面積12096m2，整改后在建筑后部加建了一層辦公樓，總建筑面積14469m2。項目空調系統(tǒng)的冷熱源由土壤源熱泵系統(tǒng)提供，空調末端采用風機盤管。按照典型計算年計算全年能耗，其能耗模擬結果和三維效果圖如圖1、圖2所示。

根據(jù)物業(yè)公司提供的各項數(shù)據(jù)，得出該建筑的總能耗及單位面積能耗，如表1。由于項目實際運行能耗值包括了最初建設部分和擴建部分的總能源消耗，而設計能耗模擬值是最初建設部分的能耗，故運行能耗與設計能耗的差值較大。本報告在后面的分析中，主要分析建筑的單位面積能耗。

圖1 能耗模擬結果

圖2 三維效果圖

表1 建筑運行能耗與設計能耗

從全口徑能耗角度分析，設計單位面積能耗為82.75kWh/(m2·a)，而實際運行單位面積能耗為127.98kWh/(m2·a)，設計能耗與運行能耗相差35.34%。根據(jù)節(jié)能潛力總體思路分析，把設計能耗作為本項目的能耗基準線，發(fā)現(xiàn)服務中心項目的節(jié)能潛力很大?；诤贤茉垂芾淼闹匾砟?，本文僅就空調系統(tǒng)運行部分，通過將實際運行能耗與能耗模擬值數(shù)據(jù)比較分析的方法，得出該項目的空調部分節(jié)能潛力。

2 HVAC主機能耗分析

本項目冷熱源為土壤源熱泵機組，機組制冷能效比為5.29，制熱能效比為3.64。HVAC主機設計單位面積能耗為17.41kWh/(m2·a)，實際運行能耗為39.4kWh/(m2·a)，運行能耗為設計能耗的2.26倍。其中采暖空調的設計和實際能耗如圖3所示。

圖3 采暖空調的設計和實際能耗對比

主要原因：

1）空調節(jié)能運行管理較差

運行時間較長造成的浪費。地源熱泵機組在4月、10月等過渡季節(jié)、節(jié)假日以及制冷季的非上班時間依然在運行。在過渡季節(jié)原則上不需要使用空調，而是采用自然通風達到通風換氣的目的，天津生態(tài)城規(guī)定的空調運行時間為5月15日至9月15日，共120天，采暖時間為11月15日至3月15日，共120天。通過檢查其物業(yè)公司提供的低壓日運行記錄表，空調實際運行小時數(shù)為1553h，采暖實際運行小時數(shù)為4140h，而《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189-2005中建議采暖每天運行24h，空調每天運行12h，通過計算得暖通空調年運行小時數(shù)為4320h。如果采用合同能源管理方式，按用戶要求實現(xiàn)相應的作息表自動控制及其他優(yōu)化控制，并可提供多種與上級樓宇通信的接口，控制暖通空調運行時間，則HVAC主機全年單位面積能耗可降至29.78kWh/(m2·a)，節(jié)能潛力為24.42%。如表2。

表2 采暖空調運行時間節(jié)能潛力分析

采暖系統(tǒng)夜間高溫運行造成的浪費?！豆步ㄖ?jié)能設計標準》GB50189-2005中建議夜間運行溫度為12℃，工作時間運行溫度為20℃[2]。而通過觀察中央空調某一天地源熱泵運行能耗，發(fā)現(xiàn)全天24h實際采暖能耗相差不大，雖然冬季夜間室外溫度較白天低，但由于項目圍護結構較好，不會受夜間溫度變化造成很大的溫降，故實際采暖季夜間并未采取低溫方式運行。如果采用合同能源管理方式，通過分析此項目的實際情況，由于其良好的保溫效果，機組完全可以停運，只保留水泵運轉，即使采用室內12℃低溫運行溫度，按照采暖室外計算溫度-8℃進行計算，也能使建筑采暖能耗降至17.38kWh/(m2·a)，HVAC主機單位面積能耗降至26.88kWh/(m2·a)，節(jié)能潛力為7.35%，如表3所示。

表3 夜間低溫運行節(jié)能潛力分析

夏季室內溫度較低、冬季室內溫度較高造成的浪費?！豆步ㄖ?jié)能設計標準》GB50189-2005中建議夏季室內溫度為26℃、冬季室內溫度為20℃，但在實際運行時，常常會出現(xiàn)夏季運行溫度過低、冬季運行溫度過高的現(xiàn)象。本項目的夏季室內溫度最低可達20℃。冬季可達26℃，造成能源上的浪費。如果通過合同能源管理方式，保證室內溫度與設計值溫差偏差不大，或者設定最低/最高溫度，用戶調節(jié)溫度不能超過此范圍，則HVAC主機的能耗能降低至22.79kWh/ (m2·a)，節(jié)能潛力為10.39%，如表4所示。

表4 室內溫度節(jié)能潛力分析

除了上述提到的中央空調運行時間和溫度管理之外，節(jié)能服務公司還會提供其他的空調運行管理服務，主要包括空調運行人員管理、空調節(jié)能策略管理、空調節(jié)能檢查管理和空調節(jié)能維護保養(yǎng)管理四大部分，可將空調能耗降到最低。對運行人員管理是空調系統(tǒng)節(jié)能運行的重要內容，運行管理人員必須持證上崗，參加一定的節(jié)能培訓；空調節(jié)能策略管理就是在空調運行中采取行之有效的節(jié)能措施來達到降低運行費用的目的，常用的措施主要有控制主機運行曲線盡量滿足最佳特性曲線，使之效率最高、能耗最小，減少冷凍水、冷卻水的隱形損失，加強排污閥、旁通閥的監(jiān)測和檢修以及根據(jù)室外氣候參數(shù)的變化制定空調系統(tǒng)節(jié)能運行的全年調節(jié)策略，確定相應的風、水系統(tǒng)的質、量調節(jié)方式，空調設備的開啟臺數(shù)、水系統(tǒng)供回水溫度、風系統(tǒng)的送風溫度等；空調節(jié)能檢查管理是指及時發(fā)現(xiàn)設備的運行故障，及時解決；空調節(jié)能維護保養(yǎng)管理主要內容是空調系統(tǒng)的節(jié)能維修保養(yǎng)和節(jié)能維護保養(yǎng)[3]。

2）空調選型不合理

目前，很多建筑的空調設備都達不到滿負荷運行，機組選型偏大，造成大馬拉小車的能源浪費，在夏季最高負荷時，運行電流占額定電流的比例應在90%以上，否則機組容量就偏大。通過分析此項目，其最高負荷出現(xiàn)在7月25日16:00，壓縮機運行電流為118.3A。根據(jù)單臺土壤源冷水機組制冷額定功率為89kW，電壓為380V，功率系數(shù)為0.85，按照P=UIcosΦ計算機組額定電流為160A，最大負荷運行電流與額定電流之比僅為73.94%，說明機組選型偏大。

再有，本項目采用地源熱泵為該建筑物夏季提供冷源，冬季提供熱源，選用地源熱泵機組2臺。建筑設計總冷負荷為962kW，設計總熱負荷為750kW，選用兩臺地源熱泵機組，額定制冷量為962kW，額定制熱量為902kW。但是在實際運行中，始終是一臺機組在運行，也證實了機組偏大。

空調水系統(tǒng)也普遍存在大流量小溫差的現(xiàn)象，最大負荷出現(xiàn)的時間很少，基本都在部分負荷下運行，實際溫差小于設計溫差。服務中心項目的冷卻水溫度以及蒸發(fā)器的進出水溫差都小于設計值5℃，導致機組運行效率較差。

通過以上分析，發(fā)現(xiàn)此項目的選型機組偏大，導致水泵容量過大，雖然機組在實際運行中采用單臺運行的模式，但單臺機組也沒有滿負荷運行，出現(xiàn)大流量小溫差的現(xiàn)象。如果采用合同能源管理的模式，對機組循環(huán)水泵、冷水機組運行曲線，以及土壤源冷水機組的制冷量匹配上進行節(jié)能改造，可以達到7.48%的節(jié)能量。則HVAC主機全年單位面積能耗為19.84KWh/ (m2·a)，如表5所示。

表5 機組匹配優(yōu)化后節(jié)能潛力

3 結論

本文以中新天津生態(tài)城服務中心項目為例，運用eQUEST能耗模擬軟件計算其設計能耗。通過分析其設計和運行階段的空調單位面積能耗值，得出其在推行合同能源管理的模式下空調運行管理和空調設備選型對建筑節(jié)能的重要性。另外，該項目的研究，不僅可以為本地區(qū)其他項目樹立標桿和典范，更具有典型的現(xiàn)實意義和社會效益。

[1]龍惟定,白瑋.能源管理與節(jié)能[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011

[2]公共建筑節(jié)能設計標準(GB50189-2005)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005

[3]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊(第2版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008

The Ene rgy Cons e rva tion Ana lys is of Air Conditioning Ope ra ting Sys te m ba s e d on Ene rgy Ma na ge m e nt Contra c t

FENG Chun-shan,YANG Jun-lan
Energy and Safety Engineering Institute,Tianjin Urban Construction College

To promote the practical application of energy management contract,based on the Tianjin Eco City Service Center project as an example,the analysis of the simulated data and the actual operation data of the Air-conditioning system was carried,and the building energy saving potential under the energy management contract was gotten out.

energy management,contract air-conditioning,building energy saving

1003-0344（2015）05-060-3

2014-4-3

馮春善（1987～）男，碩士研究生；天津市西青區(qū)津靜路26號天津城建大學能源與安全工程學院（300384）；E-mail:hncj.fcs@163.com