某广电中心中央空调系统能耗分析与节能改造建议

程 峰

(安徽广播电视台，安徽 合肥 230022)

0 引 言

据有关资料，我国大型公共建筑的空调系统能耗约占建筑能耗的50%～60%。广电中心是设备多、能耗大的特殊建筑群，由于管理粗放，节能潜力巨大。为做好节能工作，需对基期能耗进行测算，调研空调系统运行管理存在的问题，提出针对性改造建议。

1 建筑及中央空调系统概况

该广电中心大楼属于大型公共建筑，集综合办公、节目制作、传输覆盖、技术保障和后勤服务于一体，拥有各类演播厅、直播间、录音棚共79个。建筑面积约37万m2，主楼高226.7 m，共 46层，长约816 m。目前投入使用总建筑面积约 31万m2，集中空调供能面积约20万m2。

本项目所在地属夏热冬冷气候区，其中央空调系统具有工艺复杂、设备众多、位置分散，冷热负荷大、日负荷变化大，不同区域控制要求不同的特点。设计夏季峰值冷负荷45 888 kW，冬季峰值热负荷33 140 kW，设计单位冷负荷为117 W/m2，单位热负荷为105 W/m2。

冷热源及水力输配设备共182台，设备总功率为26 890 kW。夏季供冷采用常规电制冷系统(原设计水蓄冷未实施)，能源中心安装按梯次配置的8台制冷主机(5台双机头离心机、2台单机头离心机，1台螺杆机，总装机量为Q=37 500+7 000+1 500=46 000 kW)，冷冻、冷却水泵一对一设置，共39台开式冷却塔，冷冻水设计采用7℃大温差运行，供回水温度为：6.0 C/13.0 C。冬季采用市政蒸汽换热空调形式，外区供热，内区及工艺机房仍供冷(冬季采用冷却塔自然供冷模式)，安装有2组全自动蒸汽换热机组(换热量：6 000 kW/组，供回水设计温度48～58 ℃)。能源中心距本工程冷热负荷最远负荷端为560 m，最大高差为233 m，本项目采用国内较少见的区域三次泵分区、分段输配系统，如图1所示，设计冷水一次泵为定流量，其余为变流量，整个系统配置两管制和四管制两个独立的循环系统。东西区共5个三级泵房，约376间末端空调机房，已安装空调机组388台，新风机组161台，风机盘管2 242台。

图1 中央空调区域三次泵系统示意图

2 运行管理现状

该项目自2014年正式投运以来，因各种原因一直未实施中央空调节能控制系统，除蒸汽换热机组可自动调节运行外，空调冷机和水泵完全依靠人工经验开关机和台数增减运行，人工抄表并设备巡视；控制柜虽已安装变频器，但仍以定流量运行；各级管路旁通无控制导致混水及水力失调现象较严重，夏季主机供水温度7℃时，三级泵房供水温度在10 ℃以上；夏季冷却水存在大流量小温差运行(主机冷凝器设计温差5℃，实际运行温差2～3℃)，在更换冷机时冷却塔容易出现溢流；空调系统安装的全程电子水处理器工作不正常，现采用人工加药方式进行水质处理；末端空调机组通过加装定时器实现定时控制，虽已安装比例积分调节阀，但只能手动调节，无法满足工艺性和舒适度要求。

据近年运行数据统计，制冷机组全年运行约200 d，冬季供暖约130 d，冬季冷却塔自然供冷约150 d，均为24 h运行。夏季高温期最多开3台制冷主机(峰值负荷为18 500 kW)，夜间减少冷机运行台数。夏季非高温期通常运行1～2台制冷主机，当演播厅使用较多时，空调负荷加大，则增加主机和区域水泵台数供冷。

3 基期能耗估算与分析

2015年～2018年该广电中心水、电、蒸汽年度能耗分项统计见表1。

表1 广电中心建筑能耗统计表

由于空调冷热水为闭式循环，冷却水夏季200 d的补水量为2～2.5万t，用能占比较小，暂忽略不计，仅对用电和采暖蒸汽能耗进行测算和分析。

3.1 电能耗估算

对于本项目来说，因缺少空调系统分项计量数据，且600 m2以上各大型演播厅非常态使用，变量太多，为了便于计算，本文在研究空调系统设计安装概况与用能设备参数 、运行控制策略及全年运行时间等情况的基础上，根据详细的值班运行记录和演播厅节目保障单，采用逐日法进行统计。详细核算每天开启的空调设备运行功率、数量及运行时间，参考逐日气温数据，分冷热源、输配系统和末端空调系统逐项分类加权计算(计算过程略)，最终得出中央空调系统逐月用电量数据。

集中空调负荷主要影响因素为室外温湿度、室内设计温度、新风量、人员密度及围护结构等。对集中空调系统能耗影响最大的参数是温湿度。查询近年来该地区夏季高温变化如图2所示。

图2 2011-2019年平均高温和极端高温趋势图

从图2中可以看出2017年为近年来夏季最热年份，首先选取2017年度作为研究对象，调取2017年当地气温趋势数据。根据运行记录，2017年冷机运行228 d，冬季供暖123 d，冷却塔冬季供冷135天，逐月电能耗统计结果见表2。

表2 2017年中央空调系统电能耗测算表(单位：kWh)

从上表可以看出，气温对中央空调用电量影响较大，用电量最少在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)，年度平均占比为43.7%。冷热源及输配系统用电量占总空调用电69.25%。

考虑最热年份后，再考察和选择一个不冷不热年度作为研究对象。2018年8月1日-2019年7月31日处于近几年来夏季平均高温和暖冬年份(蒸汽用量仅6 830 t)，且变电所技改后可导出该年度能源中心空调设备逐月实际用电量，仅需对外围三级泵和末端空调用电量进行估算，从电力公司调取广电中心逐月总用电量数据，可更准确地得到该年度电能耗比例数据：

2019年4月份空调电能耗仍为最少，2018年8月份占比仍为最大，年度中央空调用电量占比为39.15%，如图3所示。冷热源及输配系统用电量占空调总用电量的62.54%。

图3 2018-2019年度中央空调用电量比例图

3.2 蒸汽能耗分析

蒸汽能耗统计见表3。

表3 2015-2018年冬季采暖蒸汽能耗统计表(自然年度)

根据图3、表3可知，2015～2018年度的平均值约为1万t。2016年1月因遭遇了30年不遇极寒天气，蒸汽用量最大。

3.3 节能空间估算

根据2017 年能耗测算数据，折算标煤后各能耗比例如图4所示。据相关空调系统节能改造工程经验，改造后可实现水泵节能40%～70%(水泵轴功率与频率的三次方成正比)，冷水机组节能10%～20%，蒸汽节能10%左右。若本项目实施节能改造，保守估算综合节能率为21.4 %，电价按2019年1-7月平均电价0.69元/kWh，蒸汽按当前单价265元/t计算，年节省费用约176.5万元。

图4 2017年广电中心用能量比例图(折算标煤)

同理，以2018年8月-2019年7月年度测算数据分析，中央空调节能改造后，综合节能率在22.4%左右，年节省费用约144.9万元。

4 结论

中央空调系统节能改造后，保守估算年节省费用为145万～175万元，若按照年平均700t标煤节能量计算，单位面积年能耗可下降7.8%左右。

5 节能改造建议

安徽省政府颁布的《“十三五”节能减排实施方案》要求公共机构以2015年能源消费为基数，2020年人均综合能耗下降11%、单位建筑面积能耗下降10%，广电中心作为大型公共建筑，节能减排工作任重而道远，因此建议尽快实施中央空调节能控制系统，并按照“实时控制、合理输送、按需生产、综合集成”的技术路线，实现空调负荷动态控制，高效节能运行，设备自动监测及故障报警，保障广播电视安全播出，提高设备运行管理水平的目标。针对本项目特点，提出具体改造建议如下：

(1)改造设计方案须符合相关国家规范，满足技术成熟、安全可靠、简洁实用、经济节能、系统开放、扩展灵活的综合要求。

(2)同期建设能耗综合监测平台，可实时完成各受控设备用能计量，动态生成系统COP曲线，提供节能报表，为实际节能量的测量和验证提供依据，为制定节能优化运行策略打下基础。

(3)广电中心演播厅多，用能时间不规律，人工管理随意性大，三次泵空调系统更为复杂，时滞、时变和非线性特征使负荷难以预测，该系统建设重点应放在冷热源和水力输配系统的节能控制。为保障项目成功，建议选用质量可靠、控制策略先进的软硬件控制方案。在评估项目可行性和可靠性时，参考建筑体量及工艺复杂程度类似的成功案例。

(4)要在保证供能品质的前提下实现节能。除根据实际负荷自适应调节冷水机组等设备台数，采用水泵变频自动控制，实现水力平衡外，还可设置气候补偿节能装置，实现供能水温与室外温度变化的自动补偿和分时分温控制功能。

(5)广电中心安全等级要求高，必须加强施工风险防控，减少对正常办公的影响，更不能影响安全播出。在管道上开孔安装温度、压力、流量传感器时，需在短暂的过渡季节放水施工，或采用带压在线安装工艺，对施工技术要求较高。控制系统网络为设备管理专用网，一般不与外网联网。若采用空调能源管理云系统，需按照等保建设要求进行网络建设和维护管理。

(6)为节约投资，易于维护，末端空调机组应按照保障重要性程度考虑不同的控制配置方案，对于不必要功能，能简化尽量简化，满足最基本温控、新风、定时运行、手自动切换即可。

(7))冬季采暖产生的蒸汽冷凝水，温度为50～60℃，目前水箱回收后通过水泵直接排放存在浪费。建议敷设400 m保温管道，引至职工餐厅后堂使用。

(8)水质保养管理不当产生粘泥、结垢、水藻易造成盘管堵塞、管路附件腐蚀，降低换热效率，增加能耗，建议加装2套自动加药装置。

(9)既有建筑空调系统的节能改造流程包括：空调系统调研与测试，能耗分析，节能改造措施的提出，节能潜力分析计算，节能改造决策实施，节能量测量与验证等。由于节能改造费用高、启动资金落实难等诸多因素，导致节能工作受到制约，而合同能源管理是解决这一问题的有效途径之一，也是各级政府以奖代补推动的方式，只要通过规范流程操作实施，就能减小风险，保证项目成功。

6 结束语

本文采用逐日法初步统计该广电中心的中央空调能耗并分析节能空间，虽然存在一定误差，但在立项阶段不失为一种简单可行的方法。管理节能和技术节能相辅相成，但科技是第一生产力，只有通过技术节能才能更好地推动节能降耗工作，为节能减排做出贡献。