合同能源管理节能改造项目的经济性分析

■ 王永科 Wang Yongke

0 前言

近年来，多数既有建筑由于投入使用年限较久、设备老化程度较高、用能增长较快等原因，导致总体能耗呈逐年上升趋势，能耗总量控制压力加大。因此，为完成既定的节能减排目标任务，实施节能技术改造迫在眉睫[1]。

合同能源管理是完成节能降耗任务的重要举措[2]。合同能源管理是节能服务公司与用户签订的能源管理合同，为用户提供节能诊断、融资、改造等服务，并以节能效益分享方式回收投资并获得合理利润，可以大大降低用能单位节能改造的资金和技术风险，充分调动用能单位节能改造的积极性，是行之有效的节能措施[3]。

本文以上海某建筑为例，分析其采用合同能源管理模式实施节能技术改造后的经济性，为进一步推广该模式提供数据参考。

1 工程概况

某建筑位于上海市浦东新区，于2002年12月建成使用，建筑类型为办公建筑，总建筑面积为25 161m2，建筑层数为16层，日常办公人员约为800人。

1.1 空调系统概况

本建筑采用4台风冷热泵机组作为大楼的冷热源（表1），并配备6台循环水泵（表2），末端采用变风量空调器和风机盘管（表3）。

1.2 照明系统概况

本建筑的照明灯具主要类型有：18W日光灯、11W节能筒灯、22W环形日光灯、36W日光灯、250W高压钠灯等（表4）。

2 节能技术改造

2.1 空调系统改造

本建筑总设计冷负荷3 000kW，热负荷1 950kW。空调系统改造主要包括：保留原1台装机功率较小的风冷热泵机组，将另3台风冷热泵机组更换为1台水冷螺杆式冷水机组和2台风冷热泵机组（表5），并配备相应的输配系统（表6）。

表1 中央空调系统风冷热泵机组设备参数表

表2 空调系统循环水泵参数表

表3 空调系统末端设备参数表

表4 照明灯具参数表

表5 新增冷热源设备

2.2 照明系统改造

本建筑办公区域原来主要采用普通日光灯作为照明灯具，额定总功率为210kW。

改造时采用LED节能型灯具进行替换，改造后额定总功率为63kW（表7），预计可直接降低办公区域照明灯具能耗约52%。

3 节能技改经济性分析

3.1 空调系统改造

本建筑实施空调系统改造后的实际初期投资为2 103 628元。在实施改造后，按空调系统负荷的25%、50%、75%、100%等4个负荷工况点进行能耗计算。

3.1.1 夏季工况下

夏季工况下，每个负荷工况点的平均运行时间为25d，每天运行10h。

（1）当空调系统负荷为设计总负荷的25%（即3 000×25%=750kW）时，为了降低运行费用，我们优先开启冷水机组供冷，包括冷冻水泵P3、冷却水泵P4、冷却塔。此时，根据冷水机组部分负荷性能曲线，制冷量在750kW时，负荷率约为77%，主机能效比为6.2，输入功率为121kW。由于冷冻水泵和冷却水泵均为变频控制，输入功率为额定功率的77%，则在该负荷点下的空调系统运行能耗为：(121+22×77%+18.5×77%+7.5)×25×10=39 921kWh；电费（按0.92元/kWh）支出为：39 921×0.92 =36 727元。

表6 新增输配系统设备

表7 改造后照明灯具参数表

（2）当空调系统负荷为设计总负荷的50%（即3 000×50%=1 500kW）时，运行1台冷水机组和1台风冷热泵机组，包括冷冻水泵P1、P3、冷却水泵P4、冷却塔。此时，冷水机组满负荷运行，风冷热泵机组制冷量为525kW。根据风冷热泵机组部分负荷性能曲线，主机能效比为4.1，输入功率约128kW，负荷率约为48%。由于冷冻水泵为变频控制，风冷热泵机组对应的一台冷冻水泵输入功率为额定功率的48%，则该负荷点下的空调系统运行能耗为：[(178+22+18.5+7.5)+128+22×48%]×25×10=91 140kWh；电费支出为：91 140×0.92 =83 849元。

（3）当空调系统负荷为设计总负荷的75%（即3 000×75%=2 250kW）时，运行1台冷水机组和2台风冷热泵机组，包括冷冻水泵P1、P2、P3、冷却水泵P4、冷却塔。此时，冷水机组和其中一台风冷热泵机组满负荷运行，另一台风冷热泵机组制冷量为185kW。根据风冷热泵机组部分负荷性能曲线，此时负荷率约为17%，主机能效比为3.5，输入功率为53kW。由于冷冻水泵为变频控制，另一台空调系统风冷热泵机组对应的冷冻水泵输入功率为额定功率的20%，则该负荷下的空调系统运行能耗则为：[(178+22+18.5+7.5)+(320.6+22)+(53+22×20%)]×25×10=156 500kWh；电费支出为：156 500×0.92=143 980元。

（4） 当空调系统负荷为设计总负荷的 100%（即3 000kW）时，运行1台冷水机组和2台风冷热泵机组，包括冷冻水泵P1、P2、P3、冷却水泵P4、冷却塔。此时,冷水机组和其中一台风冷热泵机组满负荷运行，另一台风冷热泵机组制冷量为935kW。根据风冷热泵机组部分负荷性能曲线，主机能效比为3.4，该台机组输入功率约275kW，负荷率约86%。由于冷冻水泵为变频控制，另一台风冷热泵机组对应的冷冻水泵输入功率为额定功率的86%，则该负荷点下的空调系统运行能耗为：[(178+22+18.5+7.5)+(320.6+22)+(275+22×86%)]×25×10=215 630kWh；电费支出则为：215 630×0.92=198 380元。

综上可得夏季工况下，空调系统运行能耗约为：39 921+91 140+156 500+215 630=503 191kWh；运行费用为：503 191×0.92=462 936元。

3.1.2 冬季工况下

冬季工况下，每个负荷工况点的平均运行时间为20d，每天运行10h。

（1）当空调系统负荷为设计总负荷的25%（即1 950×25%=487.5kW）时，运行1台风冷热泵机组，包括冷冻水泵P1。此时，根据风冷热泵机组部分负荷性能曲线，制热量在487.5kW时，输入功率约为117kW，负荷率约为42%。由于冷冻水泵为变频控制，输入功率为额定功率的42%，则在该负荷点下的采暖系统运行能耗为：(117+22×42%)×20×10=25 248kWh；电费支出为：25 248×0.92=23 228元。

（2）当空调系统负荷为设计总负荷的50%（即1 950×50%=975kW）时，运行1台风冷热泵机组，包括冷冻水泵P1。此时，根据风冷热泵机组部分负荷性能曲线，制热量在975kW时，输入功率约为256kW，负荷率约为84%。由于冷冻水泵为变频控制，输入功率为额定功率的84%，则在该负荷点下的采暖系统运行能耗为：(256+22×84%)×20d×10=54 896kWh；电费支出为：54 896×0.92=50 504元。

（3）当空调系统负荷为设计总负荷的75%（即1 950×75%=1 462.5kW）时，运行2台风冷热泵机组，包括冷冻水泵P1、P2。此时，其中一台风冷热泵机组满负荷运行，另一台风冷热泵机组制热量为307.5kW。根据风冷热泵机组部分负荷性能曲线，制热量在307.5kW时，输入功率约为87kW，负荷率约为27%。由于冷冻水泵为变频控制，另一台冷冻水泵输入功率为额定功率的27%，则在该负荷点下的采暖系统运行能耗为：(302.4+87+22+22×27%)×20×10 =83 468kWh； 电费支出为：83 468×0.92=76 791元。

（4）当空调系统负荷为设计总负荷的100%（即1 950kW）时，运行2台风冷热泵机组，包括冷冻水泵P1、P2。此时，一台风冷热泵机组满负荷运行，另一台风冷热泵机组制热量为795kW，根据风冷热泵机组部分负荷性能曲线，制热量在795kW时，输入功率约为2 23kW，负荷率约为69%。由于冷冻水泵为变频控制，另一台冷冻水泵输入功率为额定功率的69%，则在该负荷点下的采暖系统运行能耗为：(302.4+223+22+22×69%)×20×10 =112 516kWh；电费支出为：112 516×0.92=103 515元。

综上可得冬季工况下，采暖系统运行能耗为：25 248+54 896+83 468+112 516=276 128kWh； 运行费用为：276 128×0.92=254 038元。

3.1.3 改造后的经济性

空调系统的全年能耗为：503 191+276 128=779 319kWh；运行费用为：779 319×0.92=716 973元。

如按上一年度本建筑总用电量（978 040.8kWh）作为测算基数，则预计改造后，空调系统每年可节约电量978 040.8-779 319=198 721.8kWh；可节约电费198 721.8×0.92 =182 824元。

3.2 照明系统改造

本建筑实施照明系统改造的实际初投资为613 616元。根据测算，按每天运行时间10h，每年工作日250d计算。

（1）改造前照明系统用电量为：210×10×250=525 000kWh；电费支出为：525 000×0.92 =483 000元。（2）改造后照明系统用电量为：63×10×250=157 500kWh；电费支出为：157 500×0.92 =144 900元。

如按上一年度本建筑总用电量（978 040.8kWh）作为测算基数，预计改造后照明系统可节约电量（210-63）×10×250=367 500kWh；可节约电费367 500×0.92=338 100元。

4 节能效益分享

本建筑节能技术改造包括空调系统改造和照明系统改造，初投资总金额为2 717 244元（表8）。根据汇总，项目节能情况如表9。采用合同能源管理中的效益分享模式，初投资费用全部由节能服务机构承担，效益分享期为10年，每年可分享金额520 924元，则节能服务机构可获得效益分享的总金额为5 209 240元，投资回收期为5.22年。

5 结语

表8 节能改造初投资表

表9 节能量汇总表

采用合同能源管理模式进行节能技术改造是目前对于降低建筑能源资源消耗，改变传统粗放型的用能方式，提高整体用能水平的一个行之有效的措施[4]。通过对本案例的分析，笔者认为，合同能源管理模式对推进节能减排和降低投资成本的重要意义，它对于今后创新节能减排方式，打造节能环保的新兴支柱产业，加快构建清洁、高效、安全、可持续的现代能源体系具有重要的促进作用。因此，在建筑能耗日趋增长的环境下，应鼓励用能单位最大限度地发挥社会融资能力，努力实现“零成本”投入的节能技术改造，为节能减排贡献力量。

参考文献：

[1]陈晓春,唐嘉．合同能源管理的激励政策研究[J]．求索 ,2016(06)：55-56．

[2]宋应乾,曾艺,龙惟定．合同能源管理在中国的发展与分析 [J]．建筑热能通风空调 ,2011(02)：20-21．

[3]叶倩,王晛,刘伟,卢超．合同能源管理服务的实践与思考 [J]．建设科技 ,2010(16)：43-45．

[4]李鹏程．《合同能源管理技术通则》解读[J]．建设科技,2010(16)：39-41．