广州某通信大楼空调系统节能改造

程文辉

( 南方电网综合能源有限公司，广州 510075 )

广州某通信大楼空调系统节能改造

程文辉

( 南方电网综合能源有限公司，广州 510075 )

[摘要]通过对广州某通信调度大楼空调系统节能诊断，发现该大楼存在主机效率偏低、水泵流量偏大及扬程偏高、风机能耗过大、运行管理落后等问题。针对以上问题，结合空调节能新技术提出了改造方案。改造后实测年节能率达到了36.8%，每年可节省电耗57万kWh。

[关键词]通信大楼；空调系统；节能改造；广州地区

收稿日期：2015-8-28

作者简介：程文辉(1965-)，男，工程师，主要从事建筑节能方面的研究。Email：gzcwh888@163.com

文章编号：ISSN1005-9180(2015)04-060-05

中图分类号：TU831

文献标识码:B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.04.011

Abstract：Diagnosis for energy-saving of a telecommunication building heating air-conditioning systems in Guangzhou,low efficiency of screw chiller Air-conditioner,high pump and fan energy consumption and poorly managed had been discovered.A modification scheme was put forward for solving the above problems.After the alteration,the measured annual energy saving rate is more than 36.8% and the electric power consumption decreases 0.57 million kW per year after.

Air Conditioning System Renovation for Energy Efficiency of a

Telecommunication Building Heating Air-conditioning

Systems in Guangzhou

CHENG Wenhui

( China Southern Power Grid Synthesis Energy Co.Ltd.,Guangzhou 510075,China )

Key words:Telecommunication building；Air Conditioning System；Energy saving reconstruction；Guangzhou area

0建筑与空调系统概况

广州某调度通信大楼建筑面积约4万平方米，空调面积约2.5万平方米，建筑顶标高为97米。建筑层高4.2米，地上21层，其中1层为大堂，2～3层为厨房及餐厅，5～9层、11层为通信、计算机房、电力调度及交易中心，其余楼层为办公及会议室；地下3层，为设备用房和车库。建筑物外立面以石材为主，局部为玻璃幕墙。

该大厦夏季空调设计负荷为3150kW，空调系统冷源采用3台1055kW(300RT)螺杆式水冷机组。空调系统为两管制，办公室末端为风机盘管加新风，信息机房、会议及餐饮为全空气系统。夏季供水设计温度为7/12℃，冷水循环采用一次泵系统，系统共设4台冷冻泵，其中1台备用。

1通信大楼能耗分析

1.1通信大楼总能耗分析

根据通信大楼低压侧计量系统记录结果，得到了2006～2011全年逐月总电耗，如图1所示。

图1　2006～2011年全楼逐月总电耗

从图1可知，自2006年以来，通信大楼的总耗电量不断增长，从2006年的758.9万kWh增长到2011年的1067.9万kWh，涨幅达到40.7%。并且逐月总电耗总体上呈现夏季最高，过渡季最低，冬季居中的趋势。

2011年，全年总电耗1067万kWh，折合单位建筑面积电耗262 kWh/m2·年，需要特别指出，该大楼作为调度通信指挥中心，有大量24小时连续运行的数据通信机房设备电耗及其专用恒温恒湿空调电耗(441万kWh)，按生产能耗或特殊功能电耗计。扣除该部分特殊功能电耗，该调度通信大楼常规电耗部分每年为619万kWh，折合单位建筑面积153 kWh/m2·年，仍高于广州市大型办公建筑全年电耗120～140 kWh/m2「1」，具有较大的节能空间。

1.2空调系统能耗拆分

通过对调度通信大楼空调系统各用电支路测试，各设备的年运行能耗占比如图2所示。由图可见，螺杆式冷水机组运行费用最高,占空调系统总能耗的54%；其次是输配系统，包括冷冻水泵及冷却水泵,占空调系统总能耗的比例在37%左右。因此，将重点从冷机系统及输配系统挖掘节能潜力。

图2　空调系统各设备年运行电耗占比

2空调系统节能诊断

2.1制冷主机性能测试

通信大楼冷站采用3台1055kW(300RT)制冷主机，额定电功率194 kW，额定COP为5.44。通过分析运行记录和实际电耗数据，得到2#制冷主机2011年平均COP为4.0，且加载的最高负荷仅为85%，1#和3#制冷主机效率较高，可达到4.8。

2.2水泵性能测试

本系统中冷冻泵的额定扬程为42mH2O，额定流量为182m3/h，额定功率37kW，额定效率57.4%。通过现场测试冷冻泵的实际曲线与实际运行参数，结果如图3所示。结果表明，冷冻泵的实际运行流量为380m3/h，远高于冷冻泵的额定流量；冷冻泵的实际运行扬程则低于额定扬程，冷冻泵实际运行工作点偏离最高效率点，这是工程中典型的小温差、大流量现象，将会造成水泵能耗的增加。

图3　冷冻水泵性能曲线

图4　冷却水泵性能曲线

冷却泵的性能测试结果如图4所示。冷却泵的额定流量为227m3/h，其实际流量为272m3/h，明显高于额定流量。更严重的问题是冷却泵效率偏低。冷却泵的额定效率为61.4%，但其实际运行效率低于35%，造成了严重的能耗浪费。冷却泵流量偏大，造成冷却泵能耗偏高，存在较大的节能空间。

2.3地下室排风系统测试

现场调研发现，地下送排风风机兼消防使用，风量大且定速运行，故有较大节能空间。地下室共B1、B2、B3三层，每层设送、排风系统，主要负责地下车库通风。目前的运行模式是地下室送、排风机由消防中心统一控制启停。运行时间为每天的7∶00～22∶00。通过对车库测试发现CO的平均浓度和最大浓度见表2，根据《公共建筑节能设计标准》规定，车库允许CO浓度在30～50ppm。可见车库CO浓度远低于标准值。

表1CO测试结果

B1层B2层B3层CO平均浓度(ppm)465CO最高浓度(ppm)91010

2.4冷站BA系统

在现场诊断过程中，发现该通信大楼冷站BA系统设备运行状态、水压、水温、水流量等参数或明显错误，或实测值相差较大。且BA系统几乎不能自动运行，现场主机、水泵等启停主要由运维人员就地操作。楼宇控制系统对建筑能源管理具有非常重要的作用。利用优秀的控制策略，控制系统可以实现冷站的完全自控，且能保证时刻运行在高效。系统中存储的历史数据也有助于了解冷站的运行状况，及时改进运行。

3空调系统改造方案

3.1制冷主机改造

由于主机使用年限较短，且效率尚可，故本次仅更换2号主机的机头，提高主机的效率及负载率。

3.2水泵节能改造

3.2.1冷冻泵变频控制

针对冷冻水泵存在大流量、小温差现象，对3台冷冻泵加装水泵变频器，控制策略如图5所示：

图5　冷冻泵控制策略

通过比较压差设定值与实际压差，将结果输入至通用的PID控制器，PID控制器输出相应的水泵频率。采用水泵变频，虽然水泵效率较最高效率点略有下降，但是水泵流量和扬程均下降，水泵功耗会显著下降。考虑到主机最低流量要求，变频器变频范围设置为35～50Hz，当水泵频率为35Hz时，系统压力仍过大且未到减机条件时，此时压差旁通阀开启，旁通部分流量。

3.2.2更换高效冷却水泵

冷却泵效率严重偏低，选择更换高效水泵，其额定工作点的流量为250m3/h，扬程为20mH2O，电机为二级能效，实物如图6所示。

图6　冷却水泵更换实物图

3.3排风系统改造

针对排风量过大的情况，风机能耗偏高，在地下车库排风系统每层增加2个CO传感器，通过探测车库CO浓度来控制排烟(风)风机的启停。具体控制逻辑如图7所示。

图7　排风系统控制逻辑图

为了避免风机频繁启停与保证空气质量，设定为CO浓度大于25ppm时，排风机开启，当CO浓度小于10ppm排风机关闭。当发生火灾时，由消防中心优先发出指令，智能排风系统不起作用。

3.4机房BA系统改造

通信调度大楼机房原BA系统已经瘫痪，不能实现空调系统的优化管理，本次进行升级改造。本BA系统可实现以下功能：

监测功能：1)制冷机组内部状态参数及相关设备的工作状态通过通讯接口上传到BA系统，如机组功率、冷冻水供/回水温度、冷却水供/回水温度、进/出口压力、COP值动态变化、运行状态等均可在上位机显示，但制冷机组本身的控制和安全保护，由制冷机组控制装置完成。2)冷站总制冷量、EER、冷冻输送系数、冷却输送系数以及冷塔输送系数等。3)水泵的运行状态、功率、扬程、效率以及流量动态变化；4)冷却塔的运行状态、功率、效率以及冷却进出水温动态变化。

联动功能：BA系统收到数据后，可对冷冻机组设备进行优化管理，冷冻机群控器根据空调负荷运行情况，对冷冻机组、冷冻/却水泵、冷却塔台数及频率进行优化控制，综合能耗管理系统通过控制策略完成对各系统的最优控制。

3.5建筑能效监测系统

目前，建筑领域仍缺少有效的手段来监测管理系统，而能效监测系统对企业降低生产成本、提高用能效率具有极大的意义。能效监测系统包括能耗分项计量、管理工作站、监测管理软件等数个方面，具有采集、传输、储存、分析、报警及故障诊断及管理优化等各方面功能，如图8所示。

本项目共安装智能电表112块，采用RS485通讯设备将测点数据传输到互联网服务器，数据采集间隔设为15分钟一次。其中38块安装在冷站配电室，用于监测机房空调系统能耗。另外典型楼层选取5个房间，各装1套舒适度传感器，包括温湿度、照度和CO2浓度。通过对比电量、以及舒适性参数的变化情况，及时发现运行管理中的问题，进行及时改进。同时还可以跟同类建筑进行比较，发现问题，缩小差距。同时可为国家建筑能耗大数据平台提供数据支持。

图8　建筑能效管理系统功能

4空调系统改造后节能效果

改造结束后，通过能效监测系统的监测结果来看，典型办公区域的温湿度均满足国家规范要求。对用户随访，用户观感良好，舒适性与改造前无异。

通过对能效监测系统监测电量结果分析表明，2013年全年空调系统冷站及地下室排风机的能耗为98万kWh，较改造前减少了约57万kWh，节电率高达36.8%。具体分项见表2。

表22011年与2013年冷站用电量对比

冷水主机冷冻水泵冷却水泵冷却塔排风机总计2011年(kWh)7796493776521652782526320560015534422013年(kWh)6109621112149285039181127942982149节电量(kWh)16868726643872428-1391877658571293节电率(%)21.6%70.5%43.8%-55.1%37.7%36.8%

冷却塔的用电量较2011年有较大增加，这是因为在运行策略上，优先冷却塔全负荷运行，降低冷却水温，从而提高主机的运行效率。

5结论

通过对广州某调度通信大楼节能诊断，提出了针对该大楼的改造方案：1)对主机机头进行了更换，提高了负载率及效率。2)增设冷冻水泵变频措施；3)更换冷却水泵；4)增设地下车库智能排风系统；5)机房BA系统升级改造；6)增设能效监测系统。通过以上方案改造，2013年，该调度通信大楼减少了空调系统能耗约57万kWh/a，节电率高达36.8%。该节能改造案例的成功实践，可为广州地区其它类似大型公共建筑的节能改造起到借鉴与指导作用。

参考文献6

[1] 李志生,李冬梅,刘旭红，等.广州市20栋大型公共建筑能耗特征分析[J].建筑科学，2009,25(8):34-38

[2] 郭林文.广州某办公楼空调系统现状检测及节能改造建议[J].制冷，2013，32(2)：55-58