基于合同能源管理下的空调运行系统节能性分析

冯春善 杨俊兰

天津城建大学能源与安全工程学院

基于合同能源管理下的空调运行系统节能性分析

冯春善 杨俊兰

天津城建大学能源与安全工程学院

本文以中新天津生态城服务中心项目为例，为推动合同能源管理的实际运用，通过分析空调运行系统的模拟数据和实际运行数据，得出其在推行合同能源管理下的建筑节能潜力。

合同能源管理 空调系统 建筑节能

0 引言

随着我国经济的持续快速发展，能源制约日益加剧，国家对节能减排和节能环保产业日趋重视，市场参与主体愈发壮大，合同能源管理正展现出巨大的市场发展潜力。按照《“十二五”节能环保产业发展规划》，合同能源管理被列为八大重点工程之一，未来5～10年，合同能源管理有望步入黄金发展时期。到2015年节能服务业总产值要达到3000亿元。

文献[1]提到：得到建筑的分项能耗对挖掘各个系统的节能潜力是非常关键的，通过对建筑进行能源审计，得到建筑的综合能耗和各分项能耗情况，便于分析节能潜力。所以本文根据能耗监测的数据进行能源分类，找到分项能耗基准线。另外，本文采用的动态能耗模拟软件是由美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）和J.J.Hirsch及其联盟（Associates）共同开发的eQuest能耗模拟软件，其计算核心是目前使用最为广泛的能耗模拟软件DOE2的高级版本DOE2-2，其不仅吸收了DOE-2的优点，而且增加了许多新的功能，简化了建筑建模过程，使结果输出形式更加清晰明了。

1 项目概况

中新天津生态城服务中心项目是生态城内建设的第一个绿色建筑项目。建筑功能性质是政府机关办公楼，最初建筑面积12096m2，整改后在建筑后部加建了一层办公楼，总建筑面积14469m2。项目空调系统的冷热源由土壤源热泵系统提供，空调末端采用风机盘管。按照典型计算年计算全年能耗，其能耗模拟结果和三维效果图如图1、图2所示。

根据物业公司提供的各项数据，得出该建筑的总能耗及单位面积能耗，如表1。由于项目实际运行能耗值包括了最初建设部分和扩建部分的总能源消耗，而设计能耗模拟值是最初建设部分的能耗，故运行能耗与设计能耗的差值较大。本报告在后面的分析中，主要分析建筑的单位面积能耗。

图1 能耗模拟结果

图2 三维效果图

表1 建筑运行能耗与设计能耗

从全口径能耗角度分析，设计单位面积能耗为82.75kWh/(m2·a)，而实际运行单位面积能耗为127.98kWh/(m2·a)，设计能耗与运行能耗相差35.34%。根据节能潜力总体思路分析，把设计能耗作为本项目的能耗基准线，发现服务中心项目的节能潜力很大。基于合同能源管理的重要理念，本文仅就空调系统运行部分，通过将实际运行能耗与能耗模拟值数据比较分析的方法，得出该项目的空调部分节能潜力。

2 HVAC主机能耗分析

本项目冷热源为土壤源热泵机组，机组制冷能效比为5.29，制热能效比为3.64。HVAC主机设计单位面积能耗为17.41kWh/(m2·a)，实际运行能耗为39.4kWh/(m2·a)，运行能耗为设计能耗的2.26倍。其中采暖空调的设计和实际能耗如图3所示。

图3 采暖空调的设计和实际能耗对比

主要原因：

1）空调节能运行管理较差

运行时间较长造成的浪费。地源热泵机组在4月、10月等过渡季节、节假日以及制冷季的非上班时间依然在运行。在过渡季节原则上不需要使用空调，而是采用自然通风达到通风换气的目的，天津生态城规定的空调运行时间为5月15日至9月15日，共120天，采暖时间为11月15日至3月15日，共120天。通过检查其物业公司提供的低压日运行记录表，空调实际运行小时数为1553h，采暖实际运行小时数为4140h，而《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005中建议采暖每天运行24h，空调每天运行12h，通过计算得暖通空调年运行小时数为4320h。如果采用合同能源管理方式，按用户要求实现相应的作息表自动控制及其他优化控制，并可提供多种与上级楼宇通信的接口，控制暖通空调运行时间，则HVAC主机全年单位面积能耗可降至29.78kWh/(m2·a)，节能潜力为24.42%。如表2。

表2 采暖空调运行时间节能潜力分析

采暖系统夜间高温运行造成的浪费。《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005中建议夜间运行温度为12℃，工作时间运行温度为20℃[2]。而通过观察中央空调某一天地源热泵运行能耗，发现全天24h实际采暖能耗相差不大，虽然冬季夜间室外温度较白天低，但由于项目围护结构较好，不会受夜间温度变化造成很大的温降，故实际采暖季夜间并未采取低温方式运行。如果采用合同能源管理方式，通过分析此项目的实际情况，由于其良好的保温效果，机组完全可以停运，只保留水泵运转，即使采用室内12℃低温运行温度，按照采暖室外计算温度-8℃进行计算，也能使建筑采暖能耗降至17.38kWh/(m2·a)，HVAC主机单位面积能耗降至26.88kWh/(m2·a)，节能潜力为7.35%，如表3所示。

表3 夜间低温运行节能潜力分析

夏季室内温度较低、冬季室内温度较高造成的浪费。《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005中建议夏季室内温度为26℃、冬季室内温度为20℃，但在实际运行时，常常会出现夏季运行温度过低、冬季运行温度过高的现象。本项目的夏季室内温度最低可达20℃。冬季可达26℃，造成能源上的浪费。如果通过合同能源管理方式，保证室内温度与设计值温差偏差不大，或者设定最低/最高温度，用户调节温度不能超过此范围，则HVAC主机的能耗能降低至22.79kWh/ (m2·a)，节能潜力为10.39%，如表4所示。

表4 室内温度节能潜力分析

除了上述提到的中央空调运行时间和温度管理之外，节能服务公司还会提供其他的空调运行管理服务，主要包括空调运行人员管理、空调节能策略管理、空调节能检查管理和空调节能维护保养管理四大部分，可将空调能耗降到最低。对运行人员管理是空调系统节能运行的重要内容，运行管理人员必须持证上岗，参加一定的节能培训；空调节能策略管理就是在空调运行中采取行之有效的节能措施来达到降低运行费用的目的，常用的措施主要有控制主机运行曲线尽量满足最佳特性曲线，使之效率最高、能耗最小，减少冷冻水、冷却水的隐形损失，加强排污阀、旁通阀的监测和检修以及根据室外气候参数的变化制定空调系统节能运行的全年调节策略，确定相应的风、水系统的质、量调节方式，空调设备的开启台数、水系统供回水温度、风系统的送风温度等；空调节能检查管理是指及时发现设备的运行故障，及时解决；空调节能维护保养管理主要内容是空调系统的节能维修保养和节能维护保养[3]。

2）空调选型不合理

目前，很多建筑的空调设备都达不到满负荷运行，机组选型偏大，造成大马拉小车的能源浪费，在夏季最高负荷时，运行电流占额定电流的比例应在90%以上，否则机组容量就偏大。通过分析此项目，其最高负荷出现在7月25日16:00，压缩机运行电流为118.3A。根据单台土壤源冷水机组制冷额定功率为89kW，电压为380V，功率系数为0.85，按照P=UIcosΦ计算机组额定电流为160A，最大负荷运行电流与额定电流之比仅为73.94%，说明机组选型偏大。

再有，本项目采用地源热泵为该建筑物夏季提供冷源，冬季提供热源，选用地源热泵机组2台。建筑设计总冷负荷为962kW，设计总热负荷为750kW，选用两台地源热泵机组，额定制冷量为962kW，额定制热量为902kW。但是在实际运行中，始终是一台机组在运行，也证实了机组偏大。

空调水系统也普遍存在大流量小温差的现象，最大负荷出现的时间很少，基本都在部分负荷下运行，实际温差小于设计温差。服务中心项目的冷却水温度以及蒸发器的进出水温差都小于设计值5℃，导致机组运行效率较差。

通过以上分析，发现此项目的选型机组偏大，导致水泵容量过大，虽然机组在实际运行中采用单台运行的模式，但单台机组也没有满负荷运行，出现大流量小温差的现象。如果采用合同能源管理的模式，对机组循环水泵、冷水机组运行曲线，以及土壤源冷水机组的制冷量匹配上进行节能改造，可以达到7.48%的节能量。则HVAC主机全年单位面积能耗为19.84KWh/ (m2·a)，如表5所示。

表5 机组匹配优化后节能潜力

3 结论

本文以中新天津生态城服务中心项目为例，运用eQUEST能耗模拟软件计算其设计能耗。通过分析其设计和运行阶段的空调单位面积能耗值，得出其在推行合同能源管理的模式下空调运行管理和空调设备选型对建筑节能的重要性。另外，该项目的研究，不仅可以为本地区其他项目树立标杆和典范，更具有典型的现实意义和社会效益。

[1]龙惟定,白玮.能源管理与节能[M].北京:中国建筑工业出版社,2011

[2]公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)[S].北京:中国建筑工业出版社,2005

[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册(第2版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2008

The Ene rgy Cons e rva tion Ana lys is of Air Conditioning Ope ra ting Sys te m ba s e d on Ene rgy Ma na ge m e nt Contra c t

FENG Chun-shan,YANG Jun-lan
Energy and Safety Engineering Institute,Tianjin Urban Construction College

To promote the practical application of energy management contract,based on the Tianjin Eco City Service Center project as an example,the analysis of the simulated data and the actual operation data of the Air-conditioning system was carried,and the building energy saving potential under the energy management contract was gotten out.

energy management,contract air-conditioning,building energy saving

1003-0344（2015）05-060-3

2014-4-3

冯春善（1987～）男，硕士研究生；天津市西青区津静路26号天津城建大学能源与安全工程学院（300384）；E-mail:hncj.fcs@163.com