高校圖書館中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造效益分析

劉勁松 張萌 李雄圖

上海大學(xué)

引言

目前我國高校數(shù)量已超過2000所，全國校園能耗占到社會(huì)總能耗的8%【1】，隨著辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大及辦學(xué)水平的提高，這一比例有可能進(jìn)一步增大。高校建筑因其使用人群眾多、時(shí)間周期長(zhǎng)、能源管理粗放使得能源利用效率較低。調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前我國高校生均能耗和單位建筑面積能耗均高于全國人均水平和全國居民建筑單位面積能耗【2】，可見高校建筑存在較大的節(jié)能潛力。

我校于2014年對(duì)寶山校區(qū)圖書館空調(diào)系統(tǒng)利用合同能源管理模式進(jìn)行了節(jié)能改造，現(xiàn)對(duì)其改造后三年的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)價(jià)其改造效果，探討合同能源管理模式在節(jié)約型校園建設(shè)中的應(yīng)用可行性，為我校及其他高校的節(jié)約型校園建設(shè)提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

該建筑位于上大路99號(hào)上海大學(xué)寶山校區(qū)內(nèi)，1999年建成后投入使用，總建筑面積39176㎡，地上8層，地下1層。改造前圖書館集中冷熱源由2臺(tái)直燃式溴化鋰機(jī)組提供，系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)如表1所示。直燃式溴化鋰機(jī)組單臺(tái)額定制冷量為1750 kW；額定制熱量為1550 kW。空調(diào)水系統(tǒng)為兩管同程式，夏季制冷供回水設(shè)計(jì)溫度為7℃/12℃，冬季供暖供回水設(shè)計(jì)溫度為45℃/40℃。空調(diào)輸配系統(tǒng)共有4臺(tái)冷熱水循環(huán)泵，4臺(tái)冷卻水泵，8臺(tái)水泵型號(hào)相同，額定流量為200 m3/h，額定揚(yáng)程32 m，額定功率30 kW。空調(diào)末端均為組合式空調(diào)箱，每層三臺(tái)，分別承擔(dān)相應(yīng)區(qū)域的新風(fēng)需求及熱濕負(fù)荷。

表1 圖書館空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)表

圖書館自1999年投入使用以來,空調(diào)系統(tǒng)使用費(fèi)用逐年增加。于是,學(xué)校多次組織有關(guān)專家深入運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、分析、論證,一致認(rèn)為該系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用增加的主要原因有以下幾個(gè)方面。

(1)能源價(jià)格上漲

圖書館空調(diào)主機(jī)為直燃式溴化鋰機(jī)組，使用0#柴油。由于0#柴油價(jià)格從2000年-2013年整體呈上漲趨勢(shì)，造成在相同條件下，空調(diào)主機(jī)的能源費(fèi)用持續(xù)增加。

(2)空調(diào)系統(tǒng)效率下降

直燃式溴化鋰空調(diào)主機(jī)自1999年投入使用至2013年已連續(xù)使用了14年，工作效率下降，在滿足圖書館空調(diào)需求的情況下，空調(diào)主機(jī)的能源消耗量增加。

(3)設(shè)備的維護(hù)成本增加

圖書館空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過十幾年的運(yùn)行，設(shè)備逐漸老化，效率開始降低，空調(diào)主機(jī)、水泵、冷卻塔及組合式空調(diào)箱的維護(hù)費(fèi)用逐年增加。

(4)運(yùn)行管理不夠科學(xué)

圖書館空調(diào)系統(tǒng)雖有專門的人員進(jìn)行管理，但由于運(yùn)行管理體制缺陷、缺少空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)，致使系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)不夠科學(xué)、精細(xì)、準(zhǔn)確,存在能源浪費(fèi)現(xiàn)象。

2 改造模式及改造方案

2.1 改造模式

經(jīng)大量調(diào)查研究,參考國內(nèi)外圖書館先進(jìn)節(jié)能管理經(jīng)驗(yàn),并進(jìn)行多種節(jié)能改造模式的方案比較。最終選定以合同能源管理模式對(duì)圖書館空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造,具體合作模式如下:

(1)節(jié)能服務(wù)公司負(fù)責(zé)對(duì)圖書館的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造,節(jié)能改造的費(fèi)用由節(jié)能服務(wù)公司承擔(dān)，節(jié)能效益分享期為7年，分享期后所有設(shè)備的產(chǎn)權(quán)歸屬校方;

(2)在節(jié)能效益分享期內(nèi)由協(xié)議委托的節(jié)能服務(wù)公司對(duì)圖書館的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行能源管理;

(3)對(duì)圖書館空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)、泵組、冷卻塔等設(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù)保養(yǎng);

(4)保證圖書館的空調(diào)供應(yīng),如不能按時(shí)保證,會(huì)承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。

2.2 優(yōu)勢(shì)分析

該合同能源管理模式優(yōu)點(diǎn)如下:

(1)節(jié)能服務(wù)商為圖書館空調(diào)系統(tǒng)提供檢測(cè)、改造和管理全過程服務(wù),免去校方在維護(hù)管理方面的開支和風(fēng)險(xiǎn),提高空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命；

(2)通過對(duì)空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化改造,有效降低能耗,通過降低能耗使甲、乙雙方直接獲得效益；

(3)前期的節(jié)能改造費(fèi)用由節(jié)能服務(wù)商承擔(dān),緩解了學(xué)校改造資金緊張狀況。

2.3 改造方案

(1)空調(diào)冷熱源更換。

拆除圖書館原有的兩臺(tái)直燃式溴化鋰空調(diào)主機(jī)，安裝兩臺(tái)型號(hào)為MHS291ST3風(fēng)冷螺桿熱泵及一臺(tái)型號(hào)為WMC290D的水冷磁懸浮變頻離心機(jī)組，性能參數(shù)如表2所示。

表2 新裝空調(diào)主機(jī)參數(shù)表

改造完成后，制熱季由風(fēng)冷熱泵和磁懸浮水冷機(jī)組聯(lián)合為圖書館供冷；冬季由風(fēng)冷熱泵單獨(dú)為圖書館供熱。

(2)空調(diào)輸配系統(tǒng)改造。

為配合圖書館新的空調(diào)冷熱源模式，對(duì)原有的空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改造，具體包括：①對(duì)圖書館空調(diào)水管進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)三組空調(diào)立管均能獨(dú)立運(yùn)行，分別控制；②屋頂安裝新的集、分水器；③拆除地下室原本的2臺(tái)冷卻水泵及2臺(tái)循環(huán)泵移至屋頂，供風(fēng)冷熱泵使用。

(3)安裝空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

對(duì)圖書館空調(diào)系統(tǒng)安裝自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)、水泵及末端聯(lián)控，通過優(yōu)化運(yùn)行策略實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書館空調(diào)系統(tǒng)的科學(xué)化、精細(xì)化管理，在保障圖書館空調(diào)使用效果的同時(shí)，有效的節(jié)約了能源。

(4)水泵變頻改造。

對(duì)原有的8臺(tái)水泵進(jìn)行變頻節(jié)能改造，降低水泵能耗。

3 效益分析

3.1 能耗分析

圖書館空調(diào)系統(tǒng)自2015年1月改造完成后進(jìn)入節(jié)能效益分享期，經(jīng)過三年的運(yùn)行，對(duì)其改造前后的節(jié)能效益分析(由于改造前圖書館未裝有電力分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)，這里僅對(duì)空調(diào)主機(jī)節(jié)能效益進(jìn)行分析)。

改造前空調(diào)主機(jī)的能源為0#柴油，根據(jù)圖書館能源臺(tái)賬，2012年空調(diào)系統(tǒng)消耗0#柴油180010升，2013年消耗198735升，以兩年0#柴油消耗量的平均值，即189372．5升/年，作為圖書館空調(diào)系統(tǒng)年能耗基準(zhǔn)值。按照?qǐng)D書館空調(diào)每年使用7個(gè)月計(jì)算（即1月-3月、7月-9月、12月），則平均每月消耗基準(zhǔn)值為27053．21升0#柴油，以上海市發(fā)改委公布的每月1號(hào)0#柴油市場(chǎng)價(jià)格乘以當(dāng)月能耗基準(zhǔn)值作為月能耗費(fèi)用基準(zhǔn)值（見表3）。

表3 圖書館空調(diào)主機(jī)2015-2017逐月能耗費(fèi)用基準(zhǔn)值

改造結(jié)束后圖書館安裝分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)，2015年-2017年空調(diào)主機(jī)逐月能耗情況(見圖1、表4)。

圖1 2015-2017圖書館逐月耗電量

表4 圖書館空調(diào)主機(jī)2015-2017逐月耗電量（kW·h）

3.2 節(jié)能效益

由表3、表4可以發(fā)現(xiàn)，圖書館空調(diào)主機(jī)年能耗基準(zhǔn)量為0#柴油189372．50升，折合標(biāo)煤220．75t；2015年-2017年相應(yīng)的空調(diào)主機(jī)年電力消耗量分別為 12656662．72 kW·h、1315030．82 kW·h 及1236217．48 kW·h，折合標(biāo)煤為155．46 t、161．53 t及151．84 t，(見表5)。

表5 空調(diào)主機(jī)節(jié)能效益表

則圖書館空調(diào)主機(jī)2015年-2017年節(jié)能率分別為29．58%、26．83%及31．22%，三年平均年節(jié)能率為29．21%，節(jié)能效益達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

由表3可知，圖書館空調(diào)主機(jī)2015年-2017年能耗基準(zhǔn)費(fèi)分別為1088080．11元、1018012．29元及1125143．00元，按照學(xué)校電價(jià)0．636元/kW·h計(jì)算，則2015年-2017年圖書館空調(diào)主機(jī)實(shí)際能耗費(fèi) 用 分 別 為 804961．49 元 、836359．60 元 及786234．32元，(見表6)。

表6 空調(diào)主機(jī)節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益表

圖書館空調(diào)主機(jī)經(jīng)過節(jié)能改造后，2015年-2017年年均節(jié)約能源費(fèi)用267893．33元，平均能耗費(fèi)用節(jié)省率24．87%。如果加上圖書館空調(diào)主機(jī)的日常管理費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、保養(yǎng)費(fèi)用等，經(jīng)濟(jì)效益將更加顯著。

4 結(jié)語

經(jīng)過三年的運(yùn)行,我校對(duì)這種合同能源管理模式較為滿意,取得了以下幾個(gè)方面的管理效益:(1)能源成本大幅度下降;(2)空調(diào)系統(tǒng)的管理得到有效保證,空調(diào)效果有明顯提高;(3)設(shè)備通過專業(yè)的維護(hù)保養(yǎng),設(shè)備的壽命得以延長(zhǎng)。實(shí)踐進(jìn)一步證明,上海大學(xué)寶山校區(qū)圖書館采取的中央空調(diào)合同能源管理創(chuàng)新模式,切合用戶實(shí)際,管理模式科學(xué),節(jié)能效果顯著，合作雙方均能從中取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

[1]譚洪衛(wèi)，徐鈺琳，胡承益，等．全球氣候變化應(yīng)對(duì)與我國高校校園建筑節(jié)能監(jiān)管[J]．建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2010．29（1）：36-40

[2]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心．中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2007[M]．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007:22-26

[3]教育部發(fā)展規(guī)劃司副司長(zhǎng)宋德民談中國高校后勤社會(huì)化改革[J]．高校后勤研究，2005（5）