天津市某體育館建筑空調系統能耗評價

張嘉悅

天津職業技術師范大學 天津 300222

前言

建筑運行能耗是指建筑物內各種設施、設備運行消耗的能源。其中，空調系統能耗占比較高，約2/3左右。而大型公共建筑因其圍護結構特性和運營特點，單位建筑面積能耗較大，是我們采取節能技術措施和提高運行管理工作的重點。

近些年，有關建筑節能設計標準和規范相繼出臺。對建筑通風空調系統的優化設計和節能運行起到了積極的推動作用。然而，把控大型公共建筑空調系統能耗水平，不僅依賴于系統設計的節能優化程度。同時在運營管理過程中，及時發現問題所在，有的放矢的采取技術措施，提高空調系統能耗水平的意義重大。為了直觀、清晰的反映大型公共建筑空調系統運營管理現狀，提出可行有效的技術措施。筆者于2016年6月～2017年3月對天津市某綜合體育館建筑空調系統運行數據進行了實測、統計和分析。初步掌握了空調系統節能運行的現狀，提供了有參考價值的數據。

1 建筑概況

該體育館位于天津市河西區與津南區交界處。建筑面積25200m2，地上23973m2，地下1227m2。體育館由中心賽館、訓練館和大學生活動中心三部分組成。訓練館主體單層，場地面積1583.6m2。大學生活動中心主體四層，建筑面積8800m2。賽事期間，中心賽館作為比賽核心區域；訓練館作為運動員熱身、檢錄區域；非賽事期間，訓練館作為體育教學區域；

分別由電制冷機組和換熱機組負擔本建筑的冷熱負荷。中心賽館的比賽場地和觀眾席采用全空氣空調系統，頂送下回。其他功能房間采用風機盤管+新風形式。訓練館采用分層全空氣系統。大學生活動中心除二層企業招聘大廳和四層多功能廳采用全空氣系統以外，其余各房間均采用風機盤管+新風形式。

2 能耗監控系統

該建筑物設置能耗監控系統。可以實現空調系統運行參數的監測、記錄和管理。參數包括：制冷機組運行狀態，冷凍水供回水溫度和流量，冷卻水進出水溫度和流量，冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔運行狀態。冬季一次熱源、二次熱源供回水溫度和流量，室外空氣溫度，熱水循環泵工作狀態。

3 空調冷、熱負荷及主要空調設備耗電量

3.1 夏季冷負荷

依據能耗監控系統6月15日至9月15日測量的冷凍水流量，冷凍水供水/回水溫度，可以計算出供冷量。最大單位冷負荷110W/m2，最小冷負荷29W/m2，月平均單位冷負荷60.66W/m2。

實際運行冷負荷低于設計冷負荷，主要原因是：由于各功能區使用管理特性所致，各房間空調末端設備不能同時且滿負荷運行；新風負荷較小；制冷期間，多半時間室外溫度低于夏季空調室外計算干球溫度。

3.2 冬季熱負荷

依據能耗監控系統11月15日至3月15日測量的供熱量。最大單位熱負荷79W/m2，最小熱負荷26W/m2，月平均單位熱負荷56.31W/m2。

實際運行熱負荷低于設計熱負荷，主要原因是：由于各功能區使用管理特性所致，各房間空調末端設備不能同時且滿負荷運行；供熱期間，多半時間室外溫度高于冬季空調室外計算溫度。

3.3 主要空調設備耗電量

根據能耗監控系統測量并記錄的數據，可以計算出制冷機、冷凍水泵、冷卻水泵、熱水循環泵、組合式空調機組和新風機組、風機盤管、冷卻塔等主要設備的耗電量。

夏季工況，制冷機、冷凍水泵、冷卻水泵、組合式空調機組和新風機組、風機盤管、冷卻塔的單位面積耗熱量分別是14.21、2.51、3.77、4.67、1.36和0.18kW?h/m2。

冬季工況，熱水循環泵、組合式空調機組和新風機組、風機盤管的耗電量分別是1.27、6.08、1.77kW?h/m2。

4 空調系統經濟運行評價

4.1 冷水機組運行效率(COP)

該建筑制冷站安裝3臺螺桿式冷水機組，每臺機組制冷量1136kW。根據能耗監控系統測量和記錄的數據，依據GB/T17981-2007《空氣調節系統經濟運行》5.7.1計算公式，計算出冷水機組的COP。冷水機組供/回水溫度基本控制在設計工況范圍內。COP平均值5.68。滿足GB/T17981-2007《空氣調節系統經濟運行》表3相關數據要求。說明冷水機組在部分負荷運行條件下有很好的調節能力。

4.2 部分負荷工況下的循環泵耗電輸冷(熱)比[EC(H)R]

耗電輸送比是衡量空調系統中循環水泵輸送能效高低的重要指標，反映了循環水泵耗電與建筑冷熱負荷的關系。耗電輸送比包括耗電輸冷比（ECR）和耗電輸熱比（EHR）。該指標與冷熱負荷、水泵的流量和揚程、水泵實際工作效率等相關。《天津市公共建筑節能設計標準》（DB29-153-2014）規定了ECH和ECR的限制。結合本建筑空調系統特征參數，查閱《天津市公共建筑節能設計標準》（DB29-153-2014）中表4.4.5-2、表4.4.5-3、表4.4.5-4和表4.4.5-5相關數據計算：

ECR限值=A(B+αΣL)/ΔT=0.02927

EHR限值=A(B+αΣL)/ΔT=0.006679

根據能耗監控系統測量和記錄的數據，分別計算出夏季實際耗電輸冷比ECH實際和冬季實際耗電輸熱比ECR實際，以日期為橫軸，分別以實際耗電輸冷比ECH實際和實際耗電輸熱比ECR實際為縱軸，繪制折線圖。

實際耗電輸冷（熱）比大于ECR限值和EHR限值。尤其系統負荷率較低期間。可見，部分負荷工況下循環水泵能耗效率是節能運行的關鍵。

5 結束語

（1）實際運行單位冷熱負荷最大值分別110W/m2和79W/m2，月平均冷熱負荷分別是60.66W/m2和56.31W/m2，均大于設計值。

（2）制冷主機的COP較高，但部分負荷下的ECR和HER都高于限值。經分析，循環水泵控制系統雖然具備變頻調速功能，但實際運行與冷熱源負荷未匹配，以致未在節能工況下運行。由此可見，大型公共建筑空調系統節能運行關鍵在于循環水泵的節能運行。