大型公共建筑冷源系统能耗调查分析

1、大型公共建筑冷源系统能耗调查分析 doc 10页大型公共建筑冷源系统能耗调查和主要问题分析中国建筑科学争论院牛利敏宋业辉曹勇 路宾摘要：本文对四个典型城市多个项目的冷源系统 进行测试、调查，给出了部分测试调查结果，并 对结果进行分析争论， 指出了现有公共建筑冷源系统在系统配置、 运行治理、 自动掌握方面存在的普遍问题和节能潜力， 为空调系统的设计、 运行提出了建议；关键词： 公共建筑建筑节能 冷源系统1 引言目前，建筑节能已成为全社会普遍关注的问题；在全部民用建筑中， 大型公共建筑能耗水平最高，而在大型公建的能耗构成中， 空调能耗约占建筑能耗的 50%；因此公共建筑中心空调系统能耗问题越来越受

2、到人们的重视； 冷源系统能耗一般占空调系统总能耗的40-60%；因此如何提高冷源系统运行效率、 降低冷源系统的能耗， 对于建筑节能特别重要； 冷源系统的实际运行能耗除与冷水机组本身性能有关外，仍受系统设计、 运行治理和爱护保养等诸多因素的影响； 近年来的调查结果显示， 目前我国现有建筑， 特殊是大型公共建筑中由于空调系统设计的不合理、 设备安装的不规范、 运行治理水平低、 爱护保养不到位和运行策略不科学等缘由， 导致冷源系统长期在低效率下运行， 能源铺张严峻； 为了能够把握现有大型公共建筑中冷源系统的实际能耗水平、 系统性能、存在的问题，我们对广州、上海、北 京和沈阳四个典型城市，共20 个公

3、共建筑的冷源系统进行测试和调查； 本文将重点对次测试调查的结果及主要问题进行分析；2 测试项目概况及调查方法2.1 测试项目概况测 试 20 个项目中，建筑面积最小的为10000平方 米，最大为100000平方米；使用功能包括商场6000040634.5a1a2办公66606/a3商场4000054746.4a4商场4900025121.3a5医院9400048741.3a6商场10000024020.4a7综合80000776.5a8办公15600978.2a9办公6211525221.4a10办公14000/b1办公7000024520.8b2办公2370029825.3b3商场30000

4、92178.2b4办公950035730.3b5综合10000/d1酒店8000047140.0d2酒店7800075664.2d3办公30453/e1办公7800015513.2e2医院8500030626.0备注： 1. 表中 a、b、d、e 依次代表北京、上海、广州、沈阳四个城市；2表中划“ / ”的项目没有完整牢靠的运行记录；1000900800）7002.年600/m500jm400（3002001000a1a3a4a5a6a7a8 a9b1b2b3b4d1d2e1e2图 1调查项目单位面积年能耗水平3.2 冷源系统的性能系数空调冷源系统的能耗系数既空调系统产生单 位制冷量所消耗的能

5、源数量， 冷源系统的能耗系数指制冷季冷源系统消耗的能源与制冷季累计冷 负 荷 的 比 值 ， 具 体 计 算 结 果 见 表 2 ；表 2结果所在项目系统典型项目 cec运算所在项目编系统城市编号a1cec1.18城市号cec北京a92.47北京a3a41.051.05上海b1b30.881.31a51.00b41.10a60.99广州d21.46a71.46沈阳e21.23a81.64/备注：1. 表中未列项目均没有运行记录，其余项目的cec值是依据整个制冷季数据运算结果；2. 项目 a9 办公大楼空调系统运行治理人员技术水平低，运行方式不科学是造成其能耗系数偏大的主要缘由；从表中可以看出典

6、型项目的能耗系数差别 较大，最大的为 2.47 ，最小的值为 0.88 ，一般都在 1 1.5 之间；2.521.5ecc10.50a1a3a4a5a6a7a8a9b1b3b4d2e2图 2调查项目冷源系统 cec3.3 主机性能系数测试不同形式的主机性能系数分别为： 水冷冷水机组的 cop在 3.3 6.1 之间，差别比较大， 造成性能系数差别的缘由很多， 包括测试当天的负荷情形、机组使用年限、热源的温度等；直燃 式冷水机组实际性能系数在0.97 1.37 之间， 多联式 空调 系 统测 试期 间平 均性 能系 数在2.77 3.34 之间，具体测试结果不再详述；3.4输送性能输送系数是指输

7、送系统输送冷量 （热量） 的才能，是输送冷量（热量）与消耗能量的比值， 调查项目冷源系统输送系数具体见表3；从测试结果可以看出，调查20 个项目中有17 个为水冷冷水系统，每个项目水系统输送系数差别很大，冷冻水系统输送系数最小的为 4.3 ，输送系数最大的为 63.9 ，调查项目空调系统冷冻侧平均数送系数为22；冷却水系统输送系数最小的只有 3.0 ，最大值为 64.6 ，调查项目冷源系统冷却侧平均输送系数为28；水系统输送系数越小说明水系统的输送才能差， 能耗相对来说较多；影响水利输送系数最主要的就是其系统配置和运行模式， 水利输送系数很小的冷源系统说明其输送设备的配置或运行模式极不合理；表

8、 3典型项目冷冻侧和冷却侧输送系数典型项目编号城市冷冻侧输送系数冷却侧输送系数a1a215.6/37.9/a39.911.3a434.911.6a524.522.6a619.532.3a711.712.3a814.27.2北京a9a10b1 b24.3/ 30.6/3.0/ 24.2/b327.740.2b423.248.8b5/d112.89.8d263.964.6d39.99.2e115.772.8e240.524.0上海广州沈阳备注：1. 冷冻水系统能耗运算包括冷冻水一次泵和二次泵（二次泵系统），不包括末端设备能耗；2. 冷却水系统能耗运算包括冷却泵和冷却塔，深井泵（水源热泵系统） ；4

9、 主要问题及分析4.1 系统配置不合理通过对多个空调系统的测试和调查，发觉大多公共建筑冷源系统配置存在如下问题；4.1.1 容量过大一方面冷源容量配置过大， 公共建筑单位空调面积设计冷负荷大都在 100 300w/m2之间；冷源挑选时没有充分考虑负荷的特点和设备的特性，测试调查项目中有较多项目空调系统都达 不到满负荷运行， 即使在最热的月份， 仍有制冷机组闲置，甚至多台冷水机组闲置，图4 和表 4是调查 13 个项目冷源系统配置负荷与实际运行负荷的对比情形， 从表中明显看出， 大部分系统实际运行最大负荷都远小于冷源配置负荷， 系统最大负荷率最小的只有21，只有少数最大负荷率在 70以上；300

10、250200m2）w/150（100500a1a3a4a5a6a7a8a9b1b3b4d1e2配置冷负荷指标运行峰值负荷运行平均负荷图 4典型项目单位空调面积装机容量和运行负荷比较表 4测试调查冷源配置情形及实际运行情形对比项目编号装机容量kw运行平均冷最大负荷负荷kwa169785313340176%a367954390214965%a435163176162590%a551443545194569%a674403654226949%a7202560459230%a8171045130426%a95700117862421%b187904727250254%b361053119178851%

11、b41745114887166%d16978229688733%e293045562359360%kw系统最大负荷率备注：表中负荷率指系统最大负荷与配置负荷的比值；测试调查项目中，只有25%的项目在最大负荷工况运行时没有闲置机组， 75%的项目都存在机组备用的情形， 甚至存在多台机组常年闲置的情形；配置容量过大一方面造成冷源系统初投资 的增加， 另外也铺张了机房的使用空间， 而且造成治理爱护费用的增加；另一方面帮助设备配置过大，主要指冷冻水 泵和冷却水泵配置过大， 典型项目中很多项目由于输送设备选型过大，又缺乏相应的调剂手段， 造成系统“小温差、大流量”运行，使输送设备 能耗增加； 由能耗构成

12、比例可以看出， 有些项目输送设备的能耗占系统总能耗比例高达60， 这样就大大降低了系统的能效比；4.1.2 配置不敏捷主要指系统冷源设备和输送设备配置没有 充分考虑部分负荷运行工况的调剂才能，比如， 空调系统设计负荷为 1000 冷吨，可以挑选一台1000 冷吨的冷水机组，也可以挑选两台 500 冷吨的冷水机组， 从掌握的敏捷性上来说， 后者要比前者更合理一些； 由于，实际上空调系统大部分时间都是在部分负荷下运行， 而一般主机在较低的负荷率下性能衰减严峻， 对于空调负荷较低的情形下后者可以保持机组较高的运行性能； 另外对于输送设备也一样， 假如系统水量不能随负荷的变化进行调剂， 同样造成输送设

13、备的能耗增加；4.2 自动掌握水平低冷源系统的自动掌握，包括监测和掌握；一 般制冷主机本身带有自动掌握系统， 可以依据循环水温的变化自动加减载， 也可以监测流量、 压差等信号，在系统运行显现反常时实施自我爱护 措施；冷源系统的自动掌握系统， 是对冷源系统全部设备运行参数进行监测和掌握， 实施自动掌握可以达到以下目的： 1. 可以依据负荷的变化准时调整冷热源系统的供回水温度和流量， 保持室内舒服性； 2. 自动开启、 调整或停止系统各个设备，简化了操作治理，削减人为操作，同时可以 提高设备的运行效率， 节省能耗； 3. 确保设备的安全运行， 防止设备事故， 降低系统设备的修理费用；目前公共建筑空

14、调冷源系统的自动掌握系统水平差别较大， 调查项目没有一个能够实现冷源系统完全的自动掌握；有些系统岁月较为久远， 全部设备的启停都需要人为操作， 有些基本可以实现主机和帮助设备的连锁启动， 但对各个设备运行参数没有相应的监测措施， 变工况运行时没有相应的调剂手段； 有些项目空调系统即使安装了较为完善的自动掌握装置， 也是形同虚设， 没有达到敏捷调剂、优化运行的目的；4.3 运行治理水平低冷源系统运行治理主要涉及两个因素一个是运行治理人员，另一个是治理制度；4.3.1 运行治理人员机房运行治理员岗位是有肯定的技术含量 的，而不只是简洁的开关电源，记录数据等，管理人员应当懂得空调系统基本的工作原理，

15、 系统的流程，简洁故障的处理及通过对系统运行数据 的监测总结出合理的运行方案， 另外要求治理人员有较强的责任心；通过对多个项目冷源系统测试调查， 发觉目前各工程的运行治理水平参差不齐； 有些项目的机房治理人员对制冷系统明白透彻， 且对系统的运行数据具有肯定的分析才能， 主动总结逐年的运行数据及能耗， 争论节能运行策略， 并把看法反馈给相关负责人，以便做出合理的调整；有些项目的值班人员工作就是开关电源，从不查看机组运行情形； 有的只知道依据气候的不同开关机组和水泵，却不切换相应的水路阀门， 从而降低了其它机组的运行效率， 严峻时影响机组的正常运行； 有的值班室离机房很远， 而且对系统的运行没有任

16、何监控措施， 根本无法准时发觉问题；北京某政府办公大楼制冷机房配置运行 治理人员技术水平较低， 不懂得运行节能， 系统在长期小负荷运行的情形下， 输送设备却始终处于满负荷运行，因此造成该冷源系统运行性能极 低，各项指标也较差；4.3.2 治理制度完善的机房治理制度，是制冷系统安全、可 靠、节能运行的基本保证； 治理包括人员治理和技术资料治理，一般包括下面内容：1）对人员技术才能的要求及操作范畴的限制；2）制冷系统基本操作规程； 3）操作中主要问题的规定； 4） 突发问题的处理； 另外，一般要求运行治理人员对制冷系统的运行状态和运行参数做具体的记录，运行参数的记录， 一方面可以积存系统运行的数据

17、，以便对数据进行分析， 明白系统的性能；有些公共建筑没有冷源系统的运行记录，或 者记录数据过于简洁， 信息量太少， 也有个别项目虽然对运行参数做了记录，却没有按要求记 录，造成记录信息不行靠、没有参考意义；4.4 其他另外从技术层面上看，一些项目的运行方式不够科学合理；4.4.1 运行模式图 5 是调查共建能耗冷源系统能耗构成比例， 由此可以看出有些建筑冷源系统的能耗构成比例极不合理，输送设备能耗比例达到60以上， 其主要缘由就是系统运行方式不合理； 该项目采纳地下水源热泵系统，水源侧采纳二次泵系统， 即冷却水系统包括深井泵和二次泵， 该系统共设10 台相同冷量的热泵机组，而从整个制冷季的运行

18、记录看， 06 年制冷季都是只开 2 台机组， 而冷冻水泵全部开启，冷却水泵开启2/3 ，深井泵开启 1/2 ，这种运行方式必定造成输送设备能耗的铺张；100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%a1a3a4a5a6a7a8a9b1b3b4d1d2d3e1e2机组（ %）冷冻侧（ %）冷却侧（ %）图 5调查公建冷源系统能耗构成比例4.4.2 小负荷运行从能耗构成比例来看， 输送设备所占能耗比例较大的冷源系统， 冷源配置都缺乏对输送设备的调剂， 一方面输送设备配置过大， 另一方面没有变频装置；特殊是冷源系统设计冷负荷远远高于实际冷负荷时，系统长期处于小负荷运行状 态，造成

19、“大马拉小车”的现象，不利于空调系统的节能运行；5 节能潜力中心空调系统的节能运行，涉及到各个环节，包括设计的合理性、施工质量、运行治理的牢靠性等，在此着重从设计和运行两个方面来 说；5.1 设计系统容量配置过大，已经成为冷源系统存在 的普遍问题， 问题的主要缘由是系统的冷负荷估算过大；一些暖通空调工程在设计的过程中， 盲目地用单位冷负荷指标对制冷系统的冷负荷估算，再加上肯定比例的保险系数， 使设计冷负荷总是偏大， 从而导致设备主机容量过大、 输送设备和输送管路偏大、 末端设备也偏大， 形成了系统消耗能量大大增加； 另外，在设备选型的过程中也会产生把空调负荷再次加大的情形， 仍会由于冷源设备、输送设备配置不敏捷而造成系统在部分