关于完善公共建筑中央空调系统节能评价体系及一些探讨.doc

广州人人搬家公司 中央空调系统是公共建筑耗能大户，中央空调系统的节能对建筑节能和环境保护具有极其重大的意义。而推动中央空调节能技术的发展，必需发展及推广行之有效的行业节能管理方式。目前的节能评价体系侧重于减少于空调用量上，而忽视了中央空系统的平均综合能效。应该把减少空调用量和提高空调系统平均综合能效相结合在一起，才是最为科学合理的中央空调系统节能评价方法。一、公共建筑节能的重要性 当今社会，在经济高速发展的同时，能源短缺与环境压力等问题日益突出，全球都在倡导建设绿色环保的节能型建筑。我们国家对于节能问题也十分重视，目前已经成立了国家节能中心，专门承担着整个国家节能政策研究、节能评估、节能技术推广、培训和宣传等重要任务。节能，已成为当前社会经济发展中的一条主旋律，是倡导低碳城市建设的一项重要举措。 因其高能耗问题，公共建筑的节能一直以来都为人们所关注。而中央空调系统的能耗在公共建筑能耗中至少占据一半的比例，因此，中央空调系统节能在建筑节能中起着举足轻重的作用。二、公共建筑中央空调系统节能管理现状2.1 空调行业遵循节能设计标准，从设计阶段控制空调用量 目前，公共建筑的中央空调系统在设计阶段须遵循国家规范公共建筑节能设计标准GB50189-2005，同时也遵照各地方性的节能标准执行，如广东省标准有广东省实施细则DBJ15-51-2007。 节能设计标准主要是从以下几个方面着手减少空调用量：1、 建筑外围护结构材料必须满足节能标准中的规定，减少进入建筑室内的空调负荷；2、 空调负荷计算必须进行逐时逐项详细的计算，减少不必要的空调容量；3、 对新风量的选取计算进行规定，以减少新风负荷，从而减少空调用量。4、 对选取各空调设备的能效进行规定，减少空调耗电量。2.2 国家建立公共建筑能耗监测系统，对空调用量进行统一监测管理 目前，我国已经建立起一套国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统，主要是对各大型公共建筑能耗分类分项进行逐时、逐日、逐月、逐年统计，作为对公共建筑节能管理和节能改造的指导原则。具体详见国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则。其中，空调用电量作为其中一个分项，包括冷热站用电和空调末端用电共2个子项。建筑的单位空调面积用电量为空调总用电量与总空调面积之比，即空调用电分项指标以“每单位空调面积的耗电量”为评价标准，对各建筑之间的空调能耗进行比较。而建筑之间的能耗比较则以“每单位建筑面积的耗电量”作为评价指标。至于能耗数据采集形式一般为由自动计量装置实时采集，通过自动传输方式按照一定的时间频率实时传输至数据中转站或数据中心，再进行计算汇总。2.3 对于能耗较高的旧建筑的节能改造进行指导 对于很多老式的公共建筑，其能耗问题比较突出，为此，国家专门出台了公共建筑节能改造技术规范 JGJ176-2009,对于公共建筑的节能改造进行指导。其中，对于节能改造后的综合评估，根据该规范中中10.2.1条中的公式， Econ=Ebaseline-Epre+Ecal, 式中，Econ节能措施的节能量； Ebaseline基准能耗，即节能改造前，1年内设备或系统的能耗，也就是改造前的能耗； Epre当前能耗，即改造后的能耗； Ecal调整量。 由公式可知，节能改造是以改造前后1年内的系统用电量减少的多少进行评价。对于中央空调系统而言，就是节能改造前后1年内空调总用电量的差值。三、现行的公共建筑中央空调系统节能管理体系存在的问题分析3.1 节能设计标准中，对各分项能效标准不统一 在公共建筑节能设计标准GB50189-2005中，对于冷水机组、风冷热泵等主机，采用性能系数COP（Coefficient Of Performance）来评价。COP也就是主机系统的能效比EER(Energy Efficiency Ratio)，它表示主机每耗单位电量所产生的制冷量。对于冷冻水、冷却水输送系统，设计标准中采用输送能效比（ER）来评价，它表示每运输单位制冷量所需的水泵能耗。 对于空调末端系统，节能设计标准中第5.3.26条中，对风系统的单位风量耗功率（Ws）进行要求，以防止风系统作用半径过大导致风机耗电量增加的问题。此处，由于风机盘管系统的能耗另循相关的风机盘管国家标准，因此没有再另行规定。 对于冷却塔系统，冷却塔设备另遵循相关的冷却塔国家标准，因此节能设计标准中也未再重复规定。 由上述可知，节能设计标准中对于中央空调系统各个环节的节能要求不尽相同，但是有一点儿是相同的，就是其中都蕴含了“能效”的概念。3.2 着重于减少空调用量，忽视了系统的综合能效 现行的公共建筑中央空调系统节能管理，着重与对其“年空调耗电量”、 “每单位空调面积的耗电量”进行监测和评价。这样的评价体系，极不利于中央空调系统节能技术的发展。 首先，由于建筑物的所属区域，建筑性质的不同，导致其室外参数条件、空调运行时间等具有很多不同，单纯以“年空调耗电量”来进行评价比较就显得不够全面。 其次，中央空调系统是一个动态的系统，大部分时间都在非设计工况下运行。如何判定一个中央空调系统是否节能，其节能效果如何，以“每单位空调面积的耗电量”来评价显然不够科学。因为，每一种建筑的空调负荷需求情况各不相同，单纯的要求减少空调用电量来进行节能不是真正意义上的空调节能技术。空调系统应该是满足了人们对室内空气品质要求的前提之下，才能谈节能。就像我们在评价一辆汽车的油耗时，不是以该汽车的单位时间的油耗，而是以“每百公里的耗油量”作为标准一样，中央空调系统的节能运行，也应该引进能效的概念来进行评价。 因此，笔者认为，为完善中央空调系统的节能评价管理体系，第一，不仅仅是控制中央空调系统的“年空调耗电量”；第二，不应采用“每单位空调面积的耗电量”来评价，而应代之以“中央空调系统的年平均综合能效”，它表示中央空调系统“1年时间内每单位制冷量的空调平均用电量”。只有将减少“空调用电量”和提高“系统平均综合能效”相结合，才是最为科学合理的节能评价体系。为此，应该建立起一个全新的评价系统，可以自动跟踪收集动态运行中的中央空调系统各瞬时用电数据，并对各监测数据进行统计分析。所有的中央空调系统以此作为统一的评价平台来进行横向与纵向比较。这个全新中央空调能效自动跟踪评价系统不但大大的方便了系统节能运行管理，而且能够很好的促进行业节能技术的发展。四、中央空调系统组成及其能效4.1 中央空调系统组成 总体来说，中央空调系统由五大循环子系统组成，分别为冷水机组制冷循环系统（空调子系统）、冷冻水循环系统（空调子系统）、冷却水循环系统（空调子系统）、空调末端循环系统（空调子系统）和冷却塔循环系统（空调子系统）。空调系统的用电功率用P表示，则 P=P+P+P+P+P （KW）。其中，P 中央空调系统的总功率，KW；P 空调子系统中空调设备总功率，KW；P 空调子系统中空调设备总功率，KW；P 空调子系统中空调设备总功率，KW；P 空调子系统中空调设备总功率，KW；P 空调子系统中空调设备总功率，KW。 显然，当P =0时，系统为水环热泵空调系统，当P =0时，系统为风冷热泵空调系统，当P =P =0时，系统为风冷分体机空调系统，当P =P =P=P=0时，系统为直接蒸发式制冷系统。 空调系统的用电量用W表示，则 W=P*t，（KWh） 其中，t系统运行时间，h。4.2 中央空调系统的能效 中央空调系统的能效EER(Energy Efficiency Ratio)，它表示系统每单位制冷量所需的用电功率。 五个空调循环子系统的能效分别为：EER= q/P（KW/KW）；EER= q/P（KW/KW）；EER= q/P（KW/KW）；EER= q/P（KW/KW）；EER= q/P（KW/KW）。 其中，q 中央空调系统的制冷量，KW。在此，我们忽略各子系统之间的内部传热损耗，把各子系统的制冷量等同于系统的制冷量。 而对于整个系统，其总能效为：EER= q/P = q/(P+P+P+P+P) =1/(1/ EER+ 1/EER+1/ EER+1/ EER+ 1/EER)。 EER即通常我们所讲的冷水机组的COP值。目前国家规定冷水机组的能效等级有5级，1级能效值最高为6.1，最低的能效限定值为3.8。 EER为冷冻水系统的能效，EER为冷却水系统的能效。按照国家现行的公共建筑节能设计标准，空调冷水管道的ER值（为EER值的倒数）最大不能超过0.0241，即EER、EER不能低于41.5。 EER为空调末端设备的能效。按照国家现行的公共建筑节能设计标准，空调末端设备的单位风量耗功率WS限值最低为0.42，因此综合估算的EER限值一般不应低于23.8。 EER为冷却塔系统的能效。按照国家现行的机械通风工业冷却塔产品技术要求，单塔冷却水量不小于1000m3/h的大型冷却塔，耗电比不应大于0.045KW/m3/h；单塔冷却水量小于1000m3/h的中小型冷却塔，耗电比不应大于0.035KW/m3/h。假设主机的COP值为5，冷却水供回水温差为5，冷却塔耗电比取0.04KW/m3/h，则EER计算值约为175。 由此可知，在满足国家规范的要求下，一个正常的中央空调系统在设计工况下的综合能效必需满足以下计算限值，EER0=1/(1/ EER+ 1/EER+1/ EER+1/ EER+ 1/EER) =1/(1/ 5+1/41.5+1/41.5+1/23.8+1/175) =3.38。 而实际运行中的中央空调系统，其运行的综合能效大都低于EER0，有时甚至低于分体机空调系统的能效。这就是为什么中央空调往往给人耗电大户的感觉，人们往往将中央空调系统与“费电”画等号，甚至感觉“用不起冷气”。但同时，这也意味着中央空调系统中蕴含着巨大节能潜力。 很多情况下，人们往往只关注能源站部分的能效，即其中四个循环子系统的综合能效， EER0=1/(1/ EER+ 1/EER+1/ EER+1/EER)。 满足节能要求的前提下，能源站部分的设计综合能效应为3.9以上。五、中央空调能效自动跟踪评价系统5.1系统说明及组成 中央空调能效自动跟踪评价系统，是对动态运行中的中央空调系统的实时制冷量q、各空调用电设备的实时功率P、实时用电量W、实时能效EER、历史平均综合能效EER、实时负荷率f、历史平均负荷率f等各项数据进行跟踪、监测、统计并显示。 除了对整个系统的上述各项数据进行实时监测统计外，对应空调系统的五大循环子系统，能效自动跟踪评价系统也分成五大自动跟踪评价子系统，分别对空调五大循环子系统的用电数据、能效等进行实时监测，并对历史数据进行统计分析并显示。这样做的好处是，我们可以熟知每一个空调子循环的运行情况，并对子系统的能效情况进行具体分析，找到不断提高系统能效的方法。此外，对于检验大型的空调设备，如冷水机组、水泵、冷却塔等的实际运行性能，也具有十分重要的意义。 建立该系统的目的，是要完善的整个中央空调系统节能评价管理体系。不断提高系统能效的过程，也就是不断减少空调用电量的过程。5.2系统监测手段 为监测能效系统所需数据，我们在空调系统内安装一系列的电子元件，如温度变送器、湿度变送器、流量变送器、功率变送器等来收集系统信息，通过计算可以得到所需各项统计数据。监测系统可用下面的树状结构表示。5.3中央空调系统评价方法 设置了中央空调能效自动跟踪评价系统，我们就可以对中央空调系统进行正确的评价。1、年平均综合能效EERy 我们知道，不同季节不同的天气状况对中央空调系统的能效具有重要影响。一般我们取年平均综合能效EERy，即跟踪了一年时间的系统平均综合能效，来作为一个系统的最重要的评价指标。EERy值越大，说明该空调系统越节能。2、节能率和节能系数 对于系统之间的能效比较，我们用节能率和节能系数来说明，其公式如下：=( 1EERy-2EERy)/ 1EERy，(%)；=(1EERy-2EERy)/2EERy，(0间的无量纲数)； 其中，1EERy中央空调系统1年平均综合能效值；2EERy中央空调系统2年平均综合能效值；1EERy2EERy。 节能率和节能系数用来表示中央空调系统1相对于中央空调系统2的节能比较效果。 为0100%之间的数，最大不超过100%，为0间的数值。与数值越大，说明中央空调系统1相对于中央空调系统2越节能。5.4应用实例 下面通过两个已经应用了中央空调能效自动跟踪评价系统的工程实例，来进一步阐述怎样通过能效自动跟踪评价系统对中央空调系统进行正确的评价和比较。 工程一为一办公大楼，装机容量590RT，主机为2台260RT及1台70RT的水冷螺杆式冷水机组组合使用，冷冻水供回水温度设计为7/12。冷冻水泵3台，冷却水泵为5台（其中70RT主机单独配备2台冷却水泵），冷却塔3台。冷冻水冷却水系统均采用定流量系统。 工程二为一酒店大楼，装机容量450RT，主机为1台300RT及1台150RT的水冷螺杆式冷水机组组合使用，冷冻水供回水温度设计为7/12。冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔各为3台。冷冻水冷却水系统均采用一次泵变流量系统。并且采用了热回收系统设计，采用螺杆式双效高温水水热泵热水机组，回收空调余热提供酒店的卫生用热水。 两个能效自动跟踪评价系统投入运行的时间点差不多一致，选取同一个时间点，两个能效自动跟踪评价系统的显示如下图所示。由于酒店的中央空调系统为24小时不停歇，由图中也可以看出，酒店空调系统累计运行小时数是办公空调系统的2倍。通过对工程一和工程二的运行监控，我们可以知道： （1）、 综合平均能效，2EER =3.53 1EER=2.37，说明节能效果上工程二的空调系统优于工程一的空调系统。空调系统二相对空调系统一来说，节能率=(3.53-2.37)/ 3.53=32.8%，节能系数=(3.53-2.37)/ 2.37=0.49。我们可以知道，工程二采用现在的空调系统形式，在系统投入运行这么长时间来，比其采用工程一的空调系统形式已经节约的用电量为*W=0.49*272883.8=133713KWh。 （2）、 冷冻水综合平均温差，2TD=5.61TD=2.3，显然，工程二的冷冻水供回水温差大于设计温差，而工程一的冷冻水供回水温差还不到设计温差的一半，出现了工程上普遍存在的小温差大流量现象。 （3）、 P/P的数值工程一为15%，而工程二仅为2.9%，P/P的数值工程一为15.8%，而工程二仅为3.5%，这是因为一次泵变流量系统很好的解决了输送问题，而定流量系统则在水泵输送上浪费大量能源。我们可以看到，工程二的系统虽然运行时间是工程一的两倍，然而冷冻水泵的总功率W工程二仅为工程一的W的1/4， 冷却水泵的总功率W工程二仅为工程一的W的1/3。因此，空调子循环和子循环的能效，工程一（EER=16