上海市某大型超市节能改造前后的评估分析

齐丹丹 周 枫 张晟昊

上海市质量监督检验技术研究院

0 前言

近年来,随着我国经济的快速发展和城市规模的不断扩张,大型超市作为城市经济繁荣的重要标志如雨后春笋般迅速地发展起来。然而大型超市属于高能耗建筑,其巨大的能耗给城市能源环境和商家经营带来了巨大的压力,大型超市的节能已成为商家降低能耗压力、节约成本的主要途径。对大型超市进行能耗分析，实施节能改造，优化其能耗系统，对同类型建筑节能工作的实施具有指导意义。

1 超市简介

该大型超市位于杨浦区，建筑面积约9 000 m2。营业面积10 000 m2。耗能设备正常运营，基本设备配置稳定，能耗数据基本完备。耗能设备主要为：中央空调、冷链系统、照明系统、加工区热水，消耗能源种类为电力。

2 项目改造基本情况

该超市改造前空调系统设备陈旧，系统不能满足使用要求且能耗较大。为了改善空调区域舒适度，同时降低能耗，对空调系统进行了节能改造。超市内改造前公共区域照明系统均为传统照明设备，能耗高。对该部分区域的照明设备进行改造内容：加装能源监控管理平台、空调系统节能改造、照明系统采用LED灯具、冷链系统节能改造。

2.1 能源监控平台

根据智能化管理需求，对超市内各用电回路的用电状况进行全过程连续监测、集中控制、统一调度。系统通过多功能的电力监控装置、通信网络和计算机软件，实现公司供配电系统在运行过程中的数据采集、运行监视、事故预警、事故记录和分析、电能质量检测、三相不平衡监视、继电保护等，完成超市的安全供电、用电管理、设备管理和运行管理。

2.2 中央空调主机智能监控系统CQI

对超市一台水冷螺杆式主机加装智能监控系统，通过软硬件智能收集室外温度，并与中央空调主机设定温度对比调节，自动调节温湿度，从而达到在不影响用户舒适度，不改动原有设备的情况下，智能节约中央空调的电力。

2.3 空调箱风机变频改造

该超市空调箱风机共12台，正常运行11台。其中超市1层风机1台，2层风机5台，3层风机5台。原空调箱风机系统设计为单机大流量，无论外界环境因素如何，都必须开启风机，造成大量浪费。节能改造公司及超市对空调箱风机加装变频装置和控制柜，将定流量控制模式改为动态的大温差变流量控制模式，根据实际进风温度，调整风机功率以达到节能目的。

2.4 空调循环水泵变频改造

该超市中央空调循环系统冷冻水泵4台，常用3台；冷却水泵4台，常用3台。大型超市空调系统为制冷系统，无采暖功能，全年运行时间约为180天。原系统设计为单泵大流量，无论外界环境因素如何，都开启水泵，造成一定程度的浪费。节能改造公司及超市对循环水泵加装变频装置和控制柜，将传统的定流量控制模式改为动态的大温差变流量控制模式。根据进出口水温，调整流量以达到节能目的。水泵型号见表1。

表1 水泵型号

2.5 超市冷链系统节能改造

该超市冷链系统有冷冻机组3台、冷藏机组5台，用于摆放超市速冻食品，蔬果等。由于机组压缩机为简单的压力控制方式，启停频繁，压缩机反复工作在临界区域，使机组耗电量大，影响机组使用寿命。冷凝器由于受到压缩机组工作不稳定的影响，冷凝器的工作效率相应受到影响。节能改造公司及超市经营单位对冷链系统加装压缩机组节能控制设备以控制冷冻压缩机组，对冷凝器加装节能控制器和变频器，在系统层面上可节约能源。

冷冻压缩机组配置见表2。

表2 冷冻压缩机组参数

超市有8组冷冻冷藏展示柜，开放式没有安装玻璃门。通过给敞开式的商品冷冻冷藏展示柜加装隔热玻璃门，起到保温节能作用，有效降低系统冷负荷。

2.6 照明系统LED节能改造

该超市公共区域照明系统均为传统照明设备，能耗高，使用寿命短，节能改造公司及超市对该部分区域的照明设备进行了升级改造。改造范围主要包括卖场灯具、办公室内灯具、仓库灯具，灯具参数见表3。

表3 改造前后灯具数量型号

3 项目采用的节能技术及原理

3.1 能源监控管理平台

能源监控管理平台系统采用分层、分布式系统结构，纵向分为主控层、通讯管理层和现场控制层[1]。系统使用可靠性高的工业控制计算机及软、硬件系统，高性能的现场总线技术及网络通信技术，整个系统运行安全、稳定可靠、使用、维护方便。

监控主站包含监控计算机、网络交换机、打印机、UPS以及Acrel-3000电能管理系统软件，作为运行及专业人员的人机交互窗口，以图形显示、报表打印、音响报警等各种方式对系统运行状况进行实时监视[1，2]。

遥测：通过现场安装的仪表采集配电回路的电流、电压、功率、电能、功率因数、电能质量等电气参数；遥信：通过现场仪表采集开关位置状态，在监控系统界面实时显示断路器的位置状态。此功能实现需要断路器具备辅助接点；通讯控制层包括通讯管理机、光电转换器等通信设备，安装于数据采集箱，在各专用变电所挂墙安装；现场控制层指安装在高低压柜内的多功能仪表完成对配电系统的测量、状态采集和计量功能，对采集的信息通过通讯管理层设备上传至监控计算机。

网络拓扑示意图见图1。

图1 网络拓扑示意图

3.2 中央空调主机智能监控系统CQI

CQI中央空调智能节电系统通过软硬件智能收集室外温度，并与中央空调主机设定温度对比调节，从而达到在不影响用户体感，不改动原有设备的情况下，智能节约中央空调使用电力，年平均节电率可达到12%。适用于大型酒店、商场、银行、医院、商用写字楼等用户。空调主机(螺杆机)系统架构示意图见图2。

图2 空调主机系统架构图

3.3 水泵变频控制

智能节能控制柜内配置内嵌触摸式工业控制机、专用变频器、多套通信协议转换单元、多套数字量接口单元、保护单元以及系统软件组态控制软件，用于控制水泵。

智能节能控制柜与水泵控制柜的通信，通过对空调系统全面的参数采集，实现对空调系统运行的实时监测、控制和管理。柜内配置的变频器，频率根据供回水温度自动调节。

3.4 冷冻系统节能控制

压缩机组节能控制设备控制冷冻压缩机组，节能控制设备根据外界的温度变化、柜内的温度、湿度变化等自动控制压缩机组的工作压力、调整压力值、调整工作循环周期、机组启动次序[3]。有效节能，延长机组寿命，减少维护费用，起到自动运行的目的。

冷凝器在现有的冷冻系统中，由于受到压缩机组工作不稳定的影响，冷凝器的工作效率相应受到影响。通常情况下，冷凝器在冷凝压力高于一定值时才开启，压力低于一定值后关闭。但是，由于现有压缩机组的设备工作状态频繁变化和启动，造成从压缩机组排出的气体压力不断变化，同样造成了冷凝器的频繁开启和关闭。同时，冷凝器的冷凝面积一定，冷凝风扇功率一定，其冷凝效率并不能随着需求的改变而改变，由此容易使冷凝过程也进入震荡区域，浪费较多的能源。

采用冷凝器节能控制器和变频器，使用先进的PID控制算法，通过变频器最大程度地调节和稳定冷凝压力，不仅提升了冷凝器的工作效率，还稳定了整个系统的最佳运行条件，同时在春秋季、冬季，利用冷凝风扇全部低速工作，可以充分利用冷凝器的散热面积，在系统层面上节约更多的能源。冷冻系统节能控制系统见图3。

图3 冷冻系统节能控制系统

3.5 立风柜加门

1）加门后立风柜压缩机工作频率降低，保温性能明显提升，节能效果提高25～35个百分点。

2）加门后柜内食品安全卫生方面得到全面提高。

3）产品整体外观为铝合金及钢化玻璃组成，加门后美观大方。铝合金和玻璃均为电加热方式，手感温度适宜，可防止结露起雾等现象，使顾客购买产品时一目了然。

4）产品门体部分有90°限位及自动回弹功能，方便取货及补货。

3.6 LED照明

LED灯具有节能、环保、无频闪，使用寿命长等优点。LED灯是半导体材料，无灯丝及其它附加材料，抗震性好。LED光源照明灯的显色指数可达到80以上[4]，比较接近于自然光，人眼在此情况下更易辨别事物，有利于照明环境柔和。

传统的节能灯光源是采用汞蒸汽的机制发光，因此，废旧光源的处理也是目前全世界亟待解决的问题。同时，传统光源的发光机制决定了它会发出对人体有害的紫外线。LED光源是固态照明，没有有害物质如汞等元素，也不会发出紫外线。因此，LED光源是环保的光源。在光学系统内，传统的节能灯光源是全向发光，有一半的光线是需通过反射器反射出来的，而反射器是需要吸收部分光线，因此光线损失比较大[4]。

LED是单向发光，光线的利用率比传统灯高。传统灯的配光曲线是由反射器决定，因此具有一定的局限性，而LED光源是一种分布式光源，可以通过各个电光源的设计，使灯具光源呈理想的蝙蝠翼形，通过合理控制光的分布，使光斑呈矩形，在有效的照射范围内，获得较高的照明均匀度。

4 节能量

4.1 改造前后耗能量

本项目改造范围涉及空调主机、循环水泵、空调箱风机、冷链系统和照明系统，能源消耗为电力。因此，节能量根据改造前后该大型超市电费账单上的耗电量进行计算，改造前基准期和改造后核定期的原始能耗数据均来自上海市电力公司电费账单和自行抄表数据，见表4。

表4 超市改造前后逐月用电量

超市所在建筑在改造后新增了电信基站、联通基站和移动基站，基站不在该项目审核范围内，用电量应当扣除。基站用电量为年底结算，共53 051 kWh，该超市核定期内的年用电量约为158.32万 kWh。

4.2 节能量计算方法及结果

1）节能量计算公式如下：

ΔE1——项目年节能量，tce；

E0——改造前项目边界内总能耗，万kWh；

E1——改造后项目边界内总能耗，万kWh；

k——电力折标系数，2.88 tce/万kWh；

2）节能量计算过程及结果

E0=219.29万kWh

E1=158.32万kWh

ΔE1=( )E0-E1×k

=(219.29-158.32)万 kWh×2.88 tce/万 kWh

=175.59 tce

ΔE1——项目年节能量，tce；

E0——改造前项目边界内总能耗，万kWh；

E1——改造后项目边界内总能耗，万kWh；

k——电力折标系数，2.88 tce/万kWh

经计算，此次节能改造项目年节能量为175.59 tce。

5 结论

大型超市已遍布在各个社区，传统设备的耗能量大，主要消耗的能源为电力，存在很大的节能空间。此次改造采用中央空调变频技术和智能控制技术，照明系统LED节能改造，冷冻冷藏系统变频和智能控制，冷藏柜加装隔热玻璃等节能技术，改造后，提高人体舒适度，改善购物体验，降低能耗，年节能量达175.59 tce,节能率达27.8%，节能效果十分明显，节能技术具有可推广性。