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

空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造方式有很多，不同的節(jié)能改造項目實際情況也不盡相同，改造技術(shù)、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(jié)能量測評方法的選取。當面對不同的節(jié)能改造方式時，針對具體的節(jié)能量測算條件，選取何種節(jié)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(jié)能量測評的合理性、準確性。根據(jù)國家出臺的GB/T 13234-2009《企業(yè)節(jié)能量計算方法》，我們得以確定節(jié)能量計算的基本原則以及方法，之后結(jié)合節(jié)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(diào)系統(tǒng)改造項目在不同邊界條件下最適合采用的節(jié)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(tǒng)計法

1）對于某些節(jié)能改造前后用能單位運營穩(wěn)定，且設(shè)備運行工況沒有發(fā)生變化，那么，通過現(xiàn)場測量改造前后設(shè)備性能，進行對比計算，便可準確獲得項目節(jié)能量。比如，某醫(yī)院對其中央空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能改造，更換了中央空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)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(jié)能量計算便是按照如下公式進行：

節(jié)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(tǒng)供冷量

改造前單位制冷量能耗的測算是根據(jù)基準期實際運行記錄以及現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)確定。在空調(diào)開始使用的7～10月份內(nèi)，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(diào)能耗平均值作為基準空調(diào)運行能耗。空調(diào)改造前單位制冷量能耗的計算方法為：基準空調(diào)年運行能耗/溴化鋰機組年提供供冷量。最終確定該醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)改造前單位制冷量能耗為1.3126kgce/RT。

改造后，經(jīng)現(xiàn)場測量，在整個制冷季，空調(diào)系統(tǒng)總共使用電量67.8萬kWh,空調(diào)系統(tǒng)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(jié)束，因其制冷77.4萬RT，按照上述計算公式，可得其節(jié)約能耗813t標準煤。

2）對于某些較為復雜的大型空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造項目，在改造過程中加裝了分項計量設(shè)備，可以實現(xiàn)改造后能耗統(tǒng)計及監(jiān)測，在此類項目中，采用統(tǒng)計計量法來計算節(jié)能量，最為準確。如上海某大廈空調(diào)系統(tǒng)進行整體節(jié)能改造，更換空調(diào)系統(tǒng)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(shè)備進行群控優(yōu)化。改造完成之后，節(jié)能服務(wù)公司為其設(shè)立了能源監(jiān)控管理平臺，對能耗設(shè)備進行分項、分設(shè)備計量，實現(xiàn)在線監(jiān)測、實時計量，通過建立網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)，來提高能源使用效率。其能耗監(jiān)測平臺模式如圖1所示：

圖1 能耗監(jiān)測平臺模式示意圖

該項目基準能耗是根據(jù)改造前一整年的逐月能源賬單計算所得。由于上海地區(qū)辦公建筑四月份一般不使用中央空調(diào)，因此，4月份的用電量是全年最低值。且該大廈除了空調(diào)用電之外的辦公用電、動力用電等其他設(shè)備用電基本維持不變，所以可以用4月份能耗作為除空調(diào)之外其他設(shè)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(diào)的能耗。統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1：

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

節(jié)能改造完成之后，空調(diào)系統(tǒng)實際能耗以節(jié)能監(jiān)測平臺實際測量記錄數(shù)據(jù)為準，將其作為節(jié)能量計算過程中的統(tǒng)計報告期能耗。分享期能耗基準則用采暖/制冷度日數(shù)進行調(diào)整。

節(jié)能量計算公式如下：

式中，ΔE為項目節(jié)能量，

Er為統(tǒng)計期基準能耗，

表1 大廈逐月耗電統(tǒng)計

Ea為改造后統(tǒng)計期能耗，

Eb1為基準期空調(diào)采暖能耗，

dr1為統(tǒng)計期采暖度日數(shù)，

db1為基準期采暖度日數(shù)，

Eb2為基準期空調(diào)制冷能耗，

dr2為統(tǒng)計期制冷度日數(shù)，

db2為基準期制冷度日數(shù)。

根據(jù)能源監(jiān)測平臺實際測量記錄數(shù)據(jù)，按照上述計算方法進行計算，該大廈節(jié)能改造項目在完成后的一年內(nèi)，節(jié)省耗電量30萬kWh。

采用計量統(tǒng)計法進行節(jié)能量測評，是目前最為準確的節(jié)能量計算方法，因為這種方法最為直接的測量設(shè)備能耗狀況，并予以統(tǒng)計計算，自然準確。但是該方法需要進行大量的現(xiàn)場測量工作，即便是建立了諸如上述的節(jié)能監(jiān)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(tǒng)較為龐雜時的節(jié)能量計算。

2 總能耗比較法

1）如果節(jié)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(shè)施的能耗水平來確定節(jié)能量，即通過測量總體能耗，分析總表數(shù)據(jù)、電費賬單等來計算節(jié)能量。

例如，上海某賓館空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能改造，采用余熱回收的節(jié)能冷熱源系統(tǒng)，把制冷、制暖合并為一個系統(tǒng)。賓館拆除了鍋爐單冷中央空調(diào)、冷卻塔和熱交換器，通過安裝的雙效節(jié)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(chǎn)生活熱水時制造出來的冷氣，則進入中央空調(diào)系統(tǒng)使用。如此，空調(diào)還是中央空調(diào)，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(jié)能改造項目中，中央空調(diào)系統(tǒng)和生活供暖系統(tǒng)交叉改造，難以將其拆分開來計算節(jié)能量，而且改造之后節(jié)能幅度較大，節(jié)能改造節(jié)省的耗能將是構(gòu)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(jié)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(jié)能量的確定，便采用了比較節(jié)能改造前后總能耗的方法。

項目節(jié)能量監(jiān)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(jù)該賓館2008年～2011年能源消耗明細，整理計算出數(shù)據(jù)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(tǒng)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(shù)據(jù)。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(jié)能改造的節(jié)能率為：21.07%[（405.78-320.29）/405.78]。

2008年至2010年這三年內(nèi)，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(jié)能率乘以基準值便可得年節(jié)能量：198.48 t標準煤（942×21.07%）。

根據(jù)2008年到2010年賓館的實際運行記錄，該賓館節(jié)能改造前能源消耗總量較為穩(wěn)定，各耗能設(shè)備能耗量起伏不大，用能結(jié)構(gòu)并無明顯改變，且賓館近年來經(jīng)營狀況穩(wěn)定，每年客流量無較大變化，因此采用節(jié)能改造前3年能耗平均值作為計算節(jié)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(jié)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(jié)能量，是一個非常可取的計算方法。

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

比如，某酒店對其空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能改造，采用高效的螺桿式風冷熱泵機組替換現(xiàn)有的活塞式風冷熱泵機組，更換設(shè)備的同時，根據(jù)酒店業(yè)務(wù)需要，部分客房功能改變，導致空調(diào)負荷較原先增加，并且酒店空調(diào)新風量要求增加。此外，改造雙方協(xié)定，在進行節(jié)能量計算的時候，要綜合考慮到未來酒店業(yè)務(wù)量變化對節(jié)能量的影響，因此，雙方?jīng)Q定按照如下公式進行節(jié)能量計算：

式中，ΔE是節(jié)省的能耗量，

E0是基準總能耗，

ΔEc是由于空調(diào)負荷增加所增加的能耗，

E是當前總能耗。

C1表示酒店業(yè)務(wù)量對空調(diào)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(yè)并保證一定的業(yè)務(wù)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(yè)主準備增加空調(diào)系統(tǒng)的新風量，所以在計算節(jié)能費用的時候也必須考慮新風量對空調(diào)運行能耗的影響。C2表示新風量變化對節(jié)能量的影響，定義如下：

其中0.4是一個經(jīng)驗系數(shù)，表示新風負荷在建筑空調(diào)負荷中的比重。

由于酒店某功能區(qū)用途調(diào)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(diào)負荷÷COP×運行天數(shù)×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(diào)整系數(shù)以0.8計算，由氣溫變化引起的系數(shù)以0.5計算,由此計算空調(diào)能耗增加量ΔEc。

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

采用比較總能耗來計算節(jié)能量的優(yōu)點是簡單明了，節(jié)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(diào)動其節(jié)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(jié)能效果不明顯，則很有可能出現(xiàn)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(shè)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(yè)主對節(jié)能效果產(chǎn)生懷疑[2]。

3 能耗軟件模擬法

由于節(jié)能量計算需要通過比較改造前后的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，便可以采用軟件模擬的方法來確定節(jié)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(jié)果進行分析從而計算出改造所得節(jié)能量。

采用軟件模擬的方法可以有效地在可收集的數(shù)據(jù)不是很完整的時候計算出項目的節(jié)能量，而且由于程序化的計算流程，能夠節(jié)省計算節(jié)能量所花費的時間。但是采用軟件模擬的方法來計算節(jié)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(shù)值解法、模型算法，計算采用參數(shù)的偏差和計算誤差的累積，使得不同軟件計算的結(jié)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(shù)就可以在很大程度上影響計算結(jié)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(jié)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(jié)

中央空調(diào)的節(jié)能改造形式多種多樣，對其進行節(jié)能量測量評估時不能一概而論。當多項改造技術(shù)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(shù)據(jù)無法采集，或者運行時間過短，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，則計量統(tǒng)計法較為簡捷準確。總之，根據(jù)不同的項目實施實際情況，選取最合適的節(jié)能量測評方法，才能做到合理，準確的計算節(jié)能量。

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

[2]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。