某廣電中心中央空調系統能耗分析與節能改造建議

程 峰

(安徽廣播電視臺，安徽 合肥 230022)

0 引 言

據有關資料，我國大型公共建筑的空調系統能耗約占建筑能耗的50%～60%。廣電中心是設備多、能耗大的特殊建筑群，由于管理粗放，節能潛力巨大。為做好節能工作，需對基期能耗進行測算，調研空調系統運行管理存在的問題，提出針對性改造建議。

1 建筑及中央空調系統概況

該廣電中心大樓屬于大型公共建筑，集綜合辦公、節目制作、傳輸覆蓋、技術保障和后勤服務于一體，擁有各類演播廳、直播間、錄音棚共79個。建筑面積約37萬m2，主樓高226.7 m，共 46層，長約816 m。目前投入使用總建筑面積約 31萬m2，集中空調供能面積約20萬m2。

本項目所在地屬夏熱冬冷氣候區，其中央空調系統具有工藝復雜、設備眾多、位置分散，冷熱負荷大、日負荷變化大，不同區域控制要求不同的特點。設計夏季峰值冷負荷45 888 kW，冬季峰值熱負荷33 140 kW，設計單位冷負荷為117 W/m2，單位熱負荷為105 W/m2。

冷熱源及水力輸配設備共182臺，設備總功率為26 890 kW。夏季供冷采用常規電制冷系統(原設計水蓄冷未實施)，能源中心安裝按梯次配置的8臺制冷主機(5臺雙機頭離心機、2臺單機頭離心機，1臺螺桿機，總裝機量為Q=37 500+7 000+1 500=46 000 kW)，冷凍、冷卻水泵一對一設置，共39臺開式冷卻塔，冷凍水設計采用7℃大溫差運行，供回水溫度為：6.0 C/13.0 C。冬季采用市政蒸汽換熱空調形式，外區供熱，內區及工藝機房仍供冷(冬季采用冷卻塔自然供冷模式)，安裝有2組全自動蒸汽換熱機組(換熱量：6 000 kW/組，供回水設計溫度48～58 ℃)。能源中心距本工程冷熱負荷最遠負荷端為560 m，最大高差為233 m，本項目采用國內較少見的區域三次泵分區、分段輸配系統，如圖1所示，設計冷水一次泵為定流量，其余為變流量，整個系統配置兩管制和四管制兩個獨立的循環系統。東西區共5個三級泵房，約376間末端空調機房，已安裝空調機組388臺，新風機組161臺，風機盤管2 242臺。

圖1 中央空調區域三次泵系統示意圖

2 運行管理現狀

該項目自2014年正式投運以來，因各種原因一直未實施中央空調節能控制系統，除蒸汽換熱機組可自動調節運行外，空調冷機和水泵完全依靠人工經驗開關機和臺數增減運行，人工抄表并設備巡視；控制柜雖已安裝變頻器，但仍以定流量運行；各級管路旁通無控制導致混水及水力失調現象較嚴重，夏季主機供水溫度7℃時，三級泵房供水溫度在10 ℃以上；夏季冷卻水存在大流量小溫差運行(主機冷凝器設計溫差5℃，實際運行溫差2～3℃)，在更換冷機時冷卻塔容易出現溢流；空調系統安裝的全程電子水處理器工作不正常，現采用人工加藥方式進行水質處理；末端空調機組通過加裝定時器實現定時控制，雖已安裝比例積分調節閥，但只能手動調節，無法滿足工藝性和舒適度要求。

據近年運行數據統計，制冷機組全年運行約200 d，冬季供暖約130 d，冬季冷卻塔自然供冷約150 d，均為24 h運行。夏季高溫期最多開3臺制冷主機(峰值負荷為18 500 kW)，夜間減少冷機運行臺數。夏季非高溫期通常運行1～2臺制冷主機，當演播廳使用較多時，空調負荷加大，則增加主機和區域水泵臺數供冷。

3 基期能耗估算與分析

2015年～2018年該廣電中心水、電、蒸汽年度能耗分項統計見表1。

表1 廣電中心建筑能耗統計表

由于空調冷熱水為閉式循環，冷卻水夏季200 d的補水量為2～2.5萬t，用能占比較小，暫忽略不計，僅對用電和采暖蒸汽能耗進行測算和分析。

3.1 電能耗估算

對于本項目來說，因缺少空調系統分項計量數據，且600 m2以上各大型演播廳非常態使用，變量太多，為了便于計算，本文在研究空調系統設計安裝概況與用能設備參數 、運行控制策略及全年運行時間等情況的基礎上，根據詳細的值班運行記錄和演播廳節目保障單，采用逐日法進行統計。詳細核算每天開啟的空調設備運行功率、數量及運行時間，參考逐日氣溫數據，分冷熱源、輸配系統和末端空調系統逐項分類加權計算(計算過程略)，最終得出中央空調系統逐月用電量數據。

集中空調負荷主要影響因素為室外溫濕度、室內設計溫度、新風量、人員密度及圍護結構等。對集中空調系統能耗影響最大的參數是溫濕度。查詢近年來該地區夏季高溫變化如圖2所示。

圖2 2011-2019年平均高溫和極端高溫趨勢圖

從圖2中可以看出2017年為近年來夏季最熱年份，首先選取2017年度作為研究對象，調取2017年當地氣溫趨勢數據。根據運行記錄，2017年冷機運行228 d，冬季供暖123 d，冷卻塔冬季供冷135天，逐月電能耗統計結果見表2。

表2 2017年中央空調系統電能耗測算表(單位：kWh)

從上表可以看出，氣溫對中央空調用電量影響較大，用電量最少在4月(3月14日-4月13日)，最大月份在8月(7月14日-8月13日)，年度平均占比為43.7%。冷熱源及輸配系統用電量占總空調用電69.25%。

考慮最熱年份后，再考察和選擇一個不冷不熱年度作為研究對象。2018年8月1日-2019年7月31日處于近幾年來夏季平均高溫和暖冬年份(蒸汽用量僅6 830 t)，且變電所技改后可導出該年度能源中心空調設備逐月實際用電量，僅需對外圍三級泵和末端空調用電量進行估算，從電力公司調取廣電中心逐月總用電量數據，可更準確地得到該年度電能耗比例數據：

2019年4月份空調電能耗仍為最少，2018年8月份占比仍為最大，年度中央空調用電量占比為39.15%，如圖3所示。冷熱源及輸配系統用電量占空調總用電量的62.54%。

圖3 2018-2019年度中央空調用電量比例圖

3.2 蒸汽能耗分析

蒸汽能耗統計見表3。

表3 2015-2018年冬季采暖蒸汽能耗統計表(自然年度)

根據圖3、表3可知，2015～2018年度的平均值約為1萬t。2016年1月因遭遇了30年不遇極寒天氣，蒸汽用量最大。

3.3 節能空間估算

根據2017 年能耗測算數據，折算標煤后各能耗比例如圖4所示。據相關空調系統節能改造工程經驗，改造后可實現水泵節能40%～70%(水泵軸功率與頻率的三次方成正比)，冷水機組節能10%～20%，蒸汽節能10%左右。若本項目實施節能改造，保守估算綜合節能率為21.4 %，電價按2019年1-7月平均電價0.69元/kWh，蒸汽按當前單價265元/t計算，年節省費用約176.5萬元。

圖4 2017年廣電中心用能量比例圖(折算標煤)

同理，以2018年8月-2019年7月年度測算數據分析，中央空調節能改造后，綜合節能率在22.4%左右，年節省費用約144.9萬元。

4 結論

中央空調系統節能改造后，保守估算年節省費用為145萬～175萬元，若按照年平均700t標煤節能量計算，單位面積年能耗可下降7.8%左右。

5 節能改造建議

安徽省政府頒布的《“十三五”節能減排實施方案》要求公共機構以2015年能源消費為基數，2020年人均綜合能耗下降11%、單位建筑面積能耗下降10%，廣電中心作為大型公共建筑，節能減排工作任重而道遠，因此建議盡快實施中央空調節能控制系統，并按照“實時控制、合理輸送、按需生產、綜合集成”的技術路線，實現空調負荷動態控制，高效節能運行，設備自動監測及故障報警，保障廣播電視安全播出，提高設備運行管理水平的目標。針對本項目特點，提出具體改造建議如下：

(1)改造設計方案須符合相關國家規范，滿足技術成熟、安全可靠、簡潔實用、經濟節能、系統開放、擴展靈活的綜合要求。

(2)同期建設能耗綜合監測平臺，可實時完成各受控設備用能計量，動態生成系統COP曲線，提供節能報表，為實際節能量的測量和驗證提供依據，為制定節能優化運行策略打下基礎。

(3)廣電中心演播廳多，用能時間不規律，人工管理隨意性大，三次泵空調系統更為復雜，時滯、時變和非線性特征使負荷難以預測，該系統建設重點應放在冷熱源和水力輸配系統的節能控制。為保障項目成功，建議選用質量可靠、控制策略先進的軟硬件控制方案。在評估項目可行性和可靠性時，參考建筑體量及工藝復雜程度類似的成功案例。

(4)要在保證供能品質的前提下實現節能。除根據實際負荷自適應調節冷水機組等設備臺數，采用水泵變頻自動控制，實現水力平衡外，還可設置氣候補償節能裝置，實現供能水溫與室外溫度變化的自動補償和分時分溫控制功能。

(5)廣電中心安全等級要求高，必須加強施工風險防控，減少對正常辦公的影響，更不能影響安全播出。在管道上開孔安裝溫度、壓力、流量傳感器時，需在短暫的過渡季節放水施工，或采用帶壓在線安裝工藝，對施工技術要求較高?？刂葡到y網絡為設備管理專用網，一般不與外網聯網。若采用空調能源管理云系統，需按照等保建設要求進行網絡建設和維護管理。

(6)為節約投資，易于維護，末端空調機組應按照保障重要性程度考慮不同的控制配置方案，對于不必要功能，能簡化盡量簡化，滿足最基本溫控、新風、定時運行、手自動切換即可。

(7))冬季采暖產生的蒸汽冷凝水，溫度為50～60℃，目前水箱回收后通過水泵直接排放存在浪費。建議敷設400 m保溫管道，引至職工餐廳后堂使用。

(8)水質保養管理不當產生粘泥、結垢、水藻易造成盤管堵塞、管路附件腐蝕，降低換熱效率，增加能耗，建議加裝2套自動加藥裝置。

(9)既有建筑空調系統的節能改造流程包括：空調系統調研與測試，能耗分析，節能改造措施的提出，節能潛力分析計算，節能改造決策實施，節能量測量與驗證等。由于節能改造費用高、啟動資金落實難等諸多因素，導致節能工作受到制約，而合同能源管理是解決這一問題的有效途徑之一，也是各級政府以獎代補推動的方式，只要通過規范流程操作實施，就能減小風險，保證項目成功。

6 結束語

本文采用逐日法初步統計該廣電中心的中央空調能耗并分析節能空間，雖然存在一定誤差，但在立項階段不失為一種簡單可行的方法。管理節能和技術節能相輔相成，但科技是第一生產力，只有通過技術節能才能更好地推動節能降耗工作，為節能減排做出貢獻。