合同能源管理節能改造項目的經濟性分析

■ 王永科 Wang Yongke

0 前言

近年來，多數既有建筑由于投入使用年限較久、設備老化程度較高、用能增長較快等原因，導致總體能耗呈逐年上升趨勢，能耗總量控制壓力加大。因此，為完成既定的節能減排目標任務，實施節能技術改造迫在眉睫[1]。

合同能源管理是完成節能降耗任務的重要舉措[2]。合同能源管理是節能服務公司與用戶簽訂的能源管理合同，為用戶提供節能診斷、融資、改造等服務，并以節能效益分享方式回收投資并獲得合理利潤，可以大大降低用能單位節能改造的資金和技術風險，充分調動用能單位節能改造的積極性，是行之有效的節能措施[3]。

本文以上海某建筑為例，分析其采用合同能源管理模式實施節能技術改造后的經濟性，為進一步推廣該模式提供數據參考。

1 工程概況

某建筑位于上海市浦東新區，于2002年12月建成使用，建筑類型為辦公建筑，總建筑面積為25 161m2，建筑層數為16層，日常辦公人員約為800人。

1.1 空調系統概況

本建筑采用4臺風冷熱泵機組作為大樓的冷熱源（表1），并配備6臺循環水泵（表2），末端采用變風量空調器和風機盤管（表3）。

1.2 照明系統概況

本建筑的照明燈具主要類型有：18W日光燈、11W節能筒燈、22W環形日光燈、36W日光燈、250W高壓鈉燈等（表4）。

2 節能技術改造

2.1 空調系統改造

本建筑總設計冷負荷3 000kW，熱負荷1 950kW。空調系統改造主要包括：保留原1臺裝機功率較小的風冷熱泵機組，將另3臺風冷熱泵機組更換為1臺水冷螺桿式冷水機組和2臺風冷熱泵機組（表5），并配備相應的輸配系統（表6）。

表1 中央空調系統風冷熱泵機組設備參數表

表2 空調系統循環水泵參數表

表3 空調系統末端設備參數表

表4 照明燈具參數表

表5 新增冷熱源設備

2.2 照明系統改造

本建筑辦公區域原來主要采用普通日光燈作為照明燈具，額定總功率為210kW。

改造時采用LED節能型燈具進行替換，改造后額定總功率為63kW（表7），預計可直接降低辦公區域照明燈具能耗約52%。

3 節能技改經濟性分析

3.1 空調系統改造

本建筑實施空調系統改造后的實際初期投資為2 103 628元。在實施改造后，按空調系統負荷的25%、50%、75%、100%等4個負荷工況點進行能耗計算。

3.1.1 夏季工況下

夏季工況下，每個負荷工況點的平均運行時間為25d，每天運行10h。

（1）當空調系統負荷為設計總負荷的25%（即3 000×25%=750kW）時，為了降低運行費用，我們優先開啟冷水機組供冷，包括冷凍水泵P3、冷卻水泵P4、冷卻塔。此時，根據冷水機組部分負荷性能曲線，制冷量在750kW時，負荷率約為77%，主機能效比為6.2，輸入功率為121kW。由于冷凍水泵和冷卻水泵均為變頻控制，輸入功率為額定功率的77%，則在該負荷點下的空調系統運行能耗為：(121+22×77%+18.5×77%+7.5)×25×10=39 921kWh；電費（按0.92元/kWh）支出為：39 921×0.92 =36 727元。

表6 新增輸配系統設備

表7 改造后照明燈具參數表

（2）當空調系統負荷為設計總負荷的50%（即3 000×50%=1 500kW）時，運行1臺冷水機組和1臺風冷熱泵機組，包括冷凍水泵P1、P3、冷卻水泵P4、冷卻塔。此時，冷水機組滿負荷運行，風冷熱泵機組制冷量為525kW。根據風冷熱泵機組部分負荷性能曲線，主機能效比為4.1，輸入功率約128kW，負荷率約為48%。由于冷凍水泵為變頻控制，風冷熱泵機組對應的一臺冷凍水泵輸入功率為額定功率的48%，則該負荷點下的空調系統運行能耗為：[(178+22+18.5+7.5)+128+22×48%]×25×10=91 140kWh；電費支出為：91 140×0.92 =83 849元。

（3）當空調系統負荷為設計總負荷的75%（即3 000×75%=2 250kW）時，運行1臺冷水機組和2臺風冷熱泵機組，包括冷凍水泵P1、P2、P3、冷卻水泵P4、冷卻塔。此時，冷水機組和其中一臺風冷熱泵機組滿負荷運行，另一臺風冷熱泵機組制冷量為185kW。根據風冷熱泵機組部分負荷性能曲線，此時負荷率約為17%，主機能效比為3.5，輸入功率為53kW。由于冷凍水泵為變頻控制，另一臺空調系統風冷熱泵機組對應的冷凍水泵輸入功率為額定功率的20%，則該負荷下的空調系統運行能耗則為：[(178+22+18.5+7.5)+(320.6+22)+(53+22×20%)]×25×10=156 500kWh；電費支出為：156 500×0.92=143 980元。

（4） 當空調系統負荷為設計總負荷的 100%（即3 000kW）時，運行1臺冷水機組和2臺風冷熱泵機組，包括冷凍水泵P1、P2、P3、冷卻水泵P4、冷卻塔。此時,冷水機組和其中一臺風冷熱泵機組滿負荷運行，另一臺風冷熱泵機組制冷量為935kW。根據風冷熱泵機組部分負荷性能曲線，主機能效比為3.4，該臺機組輸入功率約275kW，負荷率約86%。由于冷凍水泵為變頻控制，另一臺風冷熱泵機組對應的冷凍水泵輸入功率為額定功率的86%，則該負荷點下的空調系統運行能耗為：[(178+22+18.5+7.5)+(320.6+22)+(275+22×86%)]×25×10=215 630kWh；電費支出則為：215 630×0.92=198 380元。

綜上可得夏季工況下，空調系統運行能耗約為：39 921+91 140+156 500+215 630=503 191kWh；運行費用為：503 191×0.92=462 936元。

3.1.2 冬季工況下

冬季工況下，每個負荷工況點的平均運行時間為20d，每天運行10h。

（1）當空調系統負荷為設計總負荷的25%（即1 950×25%=487.5kW）時，運行1臺風冷熱泵機組，包括冷凍水泵P1。此時，根據風冷熱泵機組部分負荷性能曲線，制熱量在487.5kW時，輸入功率約為117kW，負荷率約為42%。由于冷凍水泵為變頻控制，輸入功率為額定功率的42%，則在該負荷點下的采暖系統運行能耗為：(117+22×42%)×20×10=25 248kWh；電費支出為：25 248×0.92=23 228元。

（2）當空調系統負荷為設計總負荷的50%（即1 950×50%=975kW）時，運行1臺風冷熱泵機組，包括冷凍水泵P1。此時，根據風冷熱泵機組部分負荷性能曲線，制熱量在975kW時，輸入功率約為256kW，負荷率約為84%。由于冷凍水泵為變頻控制，輸入功率為額定功率的84%，則在該負荷點下的采暖系統運行能耗為：(256+22×84%)×20d×10=54 896kWh；電費支出為：54 896×0.92=50 504元。

（3）當空調系統負荷為設計總負荷的75%（即1 950×75%=1 462.5kW）時，運行2臺風冷熱泵機組，包括冷凍水泵P1、P2。此時，其中一臺風冷熱泵機組滿負荷運行，另一臺風冷熱泵機組制熱量為307.5kW。根據風冷熱泵機組部分負荷性能曲線，制熱量在307.5kW時，輸入功率約為87kW，負荷率約為27%。由于冷凍水泵為變頻控制，另一臺冷凍水泵輸入功率為額定功率的27%，則在該負荷點下的采暖系統運行能耗為：(302.4+87+22+22×27%)×20×10 =83 468kWh； 電費支出為：83 468×0.92=76 791元。

（4）當空調系統負荷為設計總負荷的100%（即1 950kW）時，運行2臺風冷熱泵機組，包括冷凍水泵P1、P2。此時，一臺風冷熱泵機組滿負荷運行，另一臺風冷熱泵機組制熱量為795kW，根據風冷熱泵機組部分負荷性能曲線，制熱量在795kW時，輸入功率約為2 23kW，負荷率約為69%。由于冷凍水泵為變頻控制，另一臺冷凍水泵輸入功率為額定功率的69%，則在該負荷點下的采暖系統運行能耗為：(302.4+223+22+22×69%)×20×10 =112 516kWh；電費支出為：112 516×0.92=103 515元。

綜上可得冬季工況下，采暖系統運行能耗為：25 248+54 896+83 468+112 516=276 128kWh； 運行費用為：276 128×0.92=254 038元。

3.1.3 改造后的經濟性

空調系統的全年能耗為：503 191+276 128=779 319kWh；運行費用為：779 319×0.92=716 973元。

如按上一年度本建筑總用電量（978 040.8kWh）作為測算基數，則預計改造后，空調系統每年可節約電量978 040.8-779 319=198 721.8kWh；可節約電費198 721.8×0.92 =182 824元。

3.2 照明系統改造

本建筑實施照明系統改造的實際初投資為613 616元。根據測算，按每天運行時間10h，每年工作日250d計算。

（1）改造前照明系統用電量為：210×10×250=525 000kWh；電費支出為：525 000×0.92 =483 000元。（2）改造后照明系統用電量為：63×10×250=157 500kWh；電費支出為：157 500×0.92 =144 900元。

如按上一年度本建筑總用電量（978 040.8kWh）作為測算基數，預計改造后照明系統可節約電量（210-63）×10×250=367 500kWh；可節約電費367 500×0.92=338 100元。

4 節能效益分享

本建筑節能技術改造包括空調系統改造和照明系統改造，初投資總金額為2 717 244元（表8）。根據匯總，項目節能情況如表9。采用合同能源管理中的效益分享模式，初投資費用全部由節能服務機構承擔，效益分享期為10年，每年可分享金額520 924元，則節能服務機構可獲得效益分享的總金額為5 209 240元，投資回收期為5.22年。

5 結語

表8 節能改造初投資表

表9 節能量匯總表

采用合同能源管理模式進行節能技術改造是目前對于降低建筑能源資源消耗，改變傳統粗放型的用能方式，提高整體用能水平的一個行之有效的措施[4]。通過對本案例的分析，筆者認為，合同能源管理模式對推進節能減排和降低投資成本的重要意義，它對于今后創新節能減排方式，打造節能環保的新興支柱產業，加快構建清潔、高效、安全、可持續的現代能源體系具有重要的促進作用。因此，在建筑能耗日趨增長的環境下，應鼓勵用能單位最大限度地發揮社會融資能力，努力實現“零成本”投入的節能技術改造，為節能減排貢獻力量。

參考文獻：

[1]陳曉春,唐嘉．合同能源管理的激勵政策研究[J]．求索 ,2016(06)：55-56．

[2]宋應乾,曾藝,龍惟定．合同能源管理在中國的發展與分析 [J]．建筑熱能通風空調 ,2011(02)：20-21．

[3]葉倩,王晛,劉偉,盧超．合同能源管理服務的實踐與思考 [J]．建設科技 ,2010(16)：43-45．

[4]李鵬程．《合同能源管理技術通則》解讀[J]．建設科技,2010(16)：39-41．