東方海外大廈空調節能改造合同能源管理實踐總結

劉珺，曹陽，姚健

東方海外大廈空調節能改造合同能源管理實踐總結

劉珺，曹陽，姚健

（中船第九設計研究院工程有限公司，上海200063）

總結了東方海外大廈空調節能改造合同能源管理項目的實踐過程。實踐過程包括：節能咨詢分析；能源審計；節能項目設計；融資；改造（施工、設備安裝、調試）和運行管理。通過改造預計每年可節約電耗100萬kWh。

合同能源管理；空調節能改造；實踐總結

0 前言

隨著科學技術的迅猛發展，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，節能減排的技術及服務也不斷推進和延伸。在我國，節約能源和保護環境的戰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節能技術發展的一種方式也得到了從中央到地方到企業的大力扶植和推廣。

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

節能服務公司提供的服務包括節能咨詢、能源審計、節能項目設計、融資、改造（施工、設備安裝、調試）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延安中路841號，建于1996年，至今已經投入使用達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。業主以合同能源管理的方式對大樓的空調冷熱源系統進行改造。

2 空調冷熱源系統節能改造方案

2.1 改造前空調能源情況

根據業主提供的大樓竣工圖、能源審計報告、前期相關單位的能耗分析及現場走訪了解，目前大樓的空調能耗基本情況如圖1和圖2所示。從圖中可以看出空調采暖（包括冷機、電鍋爐、循環水泵、冷卻塔和空調末端）的能耗比重最大，占總能耗的33%；而在空調能耗中，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備用電比例拆分餅圖

圖2 東方海外大廈空調系統用電比例拆分餅圖

東方海外大廈空調系統原有的冷源為3臺離心式冷水機組，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。空調水系統為二管制，供冷供熱季節通過機房閥門切換。原有冷熱源設備均已使用超過15a，設備效率已大大降低，零部件損耗嚴重，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越，出租情況良好，整個空調系統的運行穩定，能滿足用戶的使用要求，只是空調的能耗太大，是物業運營的沉重負擔。空調系統節能改造的原則是：既要更新設備，提高能效，又不影響大樓空調的正常使用和運行。

在此基礎上，確定僅對冷熱源系統進行節能改造，在屋頂設置高效風冷熱泵機組，替換原有電鍋爐和離心機組。

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

考慮到屋頂的設備位置及吊裝的可行性，選用3臺高能效風冷熱泵機組。每臺制冷量750kW，制熱量720kW。每臺機組尺寸為8380mm×2260mm×2300mm（h），重量為9054kg。

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

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

空調改造的熱泵機組平面布置圖及系統原理圖如圖3、圖4所示。

為配合空調改造，相應進行結構和電氣專業的同步配合工作。

結構專業核算大樓結構承載能力，在屋面架設鋼平臺作為熱泵機組及循環水泵的設備平臺。電氣專業從地下一層變電站引兩路380V電源至新增冷熱源系統的配電箱，兩路電源均接在原有電鍋爐和冷水機組的出線回路上。在改造完成后進行切換。

為了保證冷熱源系統運行的可靠，減少運行維護的工作量，設置獨立的冷熱源群控系統，系統根據大樓空調負荷要求自動調節熱泵機組及水泵的運行臺數、電動閥門的啟閉，保證供回水溫度壓力的穩定。群控系統可自動采集冷熱源系統的運行數據，進行綜合整理顯示，包括設備及系統能效比，可以使用戶對系統的運行數據有直觀的了解。系統還可以找到熱泵機組運行較高能效比所對應的部分負荷率，確定不同負荷時的機組的運行配置，從而確保熱泵機組大部分時間處于高效區運行，最大限度地節能。系統帶BA接口，可接入大樓BAS系統統一管理。

2.3 改造方案能耗數據分析

圖5為業主提供的2012年逐月用電量統計柱狀圖。

圖3 東方海外大廈空調改造冷熱源平面布置圖

圖4 東方海外大廈空調改造冷熱源系統原理圖

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。可見電鍋爐的能耗特別高。5月份為過渡季節，空調需求最低，因此用能量也最低。本次節能量分析，以2012年的用電統計為基礎，按5月份的用電量為基準，各月份中的用電量超過5月份的部分即認為是空調能耗電量。

通過對圖5中數據的整理及計算，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組，經過十幾年的運行，冷水機組、冷卻塔及水泵的效率已大大降低，零部件損耗嚴重，因此預計系統改造后的制冷能效比與原系統相比并沒有明顯的改善。

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

同時改造后會減少設備維護的費用。由于原空調冷熱源系統較復雜，且設備老化嚴重，每年的設備維護費用很大，而改造后熱泵機組系統簡單，集成度高，自動化程度高，可以減少管理操作人員數量，大大節約維護成本。

圖5 2012年逐月用電量統計值

3 改造實測結果

3.1 節能量統計的確認

此次冷熱源節能改造的目標是必須達到國家節能規范《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005和上海市節能規范《公共建筑節能設計標準》DGJ08-107-2012規定的各項指標要求。在此基礎上確保風冷螺桿式熱泵機組在額定工況下的制冷制熱性能系數均不低于3.0。系統安裝調試完成后，分別對改造前后的空調系統進行測試對比，確保改造后大樓的空調系統滿足正常使用的需要，冷熱源系統的各項能效指標達到本次改造的目標。

節能量統計的確認一般由節能服務公司和用能單位聯合執行，節能量確認期間，應盡量使大樓內的所有設備運行狀況與基準期內運行狀況基本一致，測量和記錄的參數方法一致。

由于辦公樓目前的出租率及物業運行均非常穩定，本次改造是大樓當年的唯一節能改造。經與業主溝通確認，項目節能量確認的方案是以2012年8月～2013年7月為基準期，以此期間大樓全年耗電量為基礎，通過空調節能改造，統計改造后空調正常運行1a的大樓全年耗電量，其中減少的能耗電量即認為是本次改造的節能量。根據分析，預計全年節能率大于15%。

3.2 改造實測結果

改造工程經過施工圖設計、專業分包單位的確定、鋼結構平臺施工、設備吊裝、冷熱源系統設備管道的安裝施工和調試等過程后，于2013年7月完成。通過閥門切換實行節能改造后的系統運行，改造后已完成一個年度完整的制冷及制熱周期運行，結果顯示系統運行正常穩定，滿足大樓的供冷供熱需求，全年空調用電量明顯下降，節能達到預期效果。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，全年節約用電19%。按平峰綜合平均電價約0.88元/kWh計，全年節省采暖用電費用為88.5萬元。

熱泵機組的運行工況參數滿足設計要求。表1分別列出了幾種典型工況下系統的運行參數：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。（表格內數據均為現場測試數據）

由表1數據可知，熱泵機組在極端工況①、②及額定工況③、④的平均COP值均滿足設計要求。

圖6 改造前后的逐月用電量統計值

表1 不同工況下熱泵運行參數

4 合同能源管理項目的經濟分析

合同能源管理項目驗收合格，設備能效指標達到約定要求后，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

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

項目作為樣板工程，節能量的統計作為節能效果的參考依據而未作為回報付款的依據，既減小了節能服務單位實施本項目的投資風險，又積累了節能服務單位在合同能源管理方面的經驗，為下一步全面開展合同能源管理項目的推進奠定了一定的基礎。

項目已經通過了上海市節能示范項目的評審。

5 結語

節能服務產業在中國正在成為國家戰略性新興產業之中市場化程度高、又極具成長性、充滿活力、特色鮮明的朝陽行業。“十二五”期間，國家將進一步落實財政、稅收和金融等扶持政策，引導專業化的節能服務公司采用合同能源管理方式為用能單位實施節能改造。

合同能源管理作為傳統設計單位涉足節能服務產業的一項開拓，符合國家的政策引導和設計單位的發展方向，設計人員可以利用自身的技術優勢，積極拓展，更好地適應社會發展的需求。

[1]孫紅.合同能源管理實務[M].北京：中國經濟出版社，2012.

[2]中華人民共和國建設部，GB50189-2005，公共建筑節能設計標準[S].

[3]上海市城鄉建設和交通委員會，DGJ08-107-2012，公共建筑節能設計標準[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，從事暖通設計工作。