天津某大型公共建筑节能改造案例分析
天津某大型公共建筑节能改造案例分析
天津大学环境科学与工程学院周思宇*朱能
摘要我国大型公共建筑仅占城镇建筑面积的5%，其能耗却超过了城镇建筑能耗的1/5，且近年来还有不断快速上升的趋势。采暖空调系统的低效运行是大型公共建筑能耗巨大的主要原因之一，因而准确找到大型公共建筑采暖空调系统能效低下的原因对于实现全社会的建筑节能有着重要的意义。本文以天津地区某大型办公建筑为例，对其空调水系统的运行效果进行了分析诊断，找出了导致系统低效运行的相关原因，并提出了相应的改造方案。在节能改造工程完成后，通过对该建筑节能改造前后制冷季能耗以及运行费用的对比分析，论证了上述诊断结论和节能改造方案的合理性。
关键词大型公共建筑运行效果分析能耗对比
大型公共建筑是指单体面积超过2万平方米且采用中央空调的公共建筑，其单位面积建筑能耗是不采用中央空调的普通公共建筑能耗的5至8倍[1]。由于采暖空调系统在大型公共建筑能耗中占有重要比例，因而分析找出低效运行的采暖空调系统高能耗的原因并加以节能改造是降低大型公共建筑能耗的有效手段之一。
1 概况
本文选取的大型办公建筑位于天津市，建筑面积41000平方米，建筑高度99.8米，地上31层，地下2层。该建筑空调系统采用三台吸收式溴化锂冷水机组，每台530冷吨；供暖系统采用三台2t/h燃气锅炉。燃气锅炉生成的高温蒸汽送到换热站与循环水进行换热，加热后的循环热水由循环泵送到各楼层进行供暖。建筑一层至五层采用全空气系统，其余楼层采用风机盘管加新风的半集中式系统。
2 空调采暖系统运行分析
2.1 溴化锂冷水机组运行效果分析
通过对其中一台吸收式溴化锂冷水机组运行工况的连续监测，得到其冷冻水侧、冷却水侧进出口温度见表2-1。
从监测结果可知，溴化锂机组冷冻水供回水温差远小于设计值5℃，冷却水供回水温差远小于设计值6℃。由于现有水泵没有台数控制以及变频调节策略，当溴化锂冷水机组部分负荷运行时，水泵运行工况不能根据冷冻水和冷却水的进出水温及时调整，从而导致了水泵始终处于大流量的不节能运行状态。除此之外，造成上述现象的其它可能原因可归纳为以下几点：
①水泵选型不合理，所选水泵流量过大，导致冷冻水、冷却水难以与机组进行充分换热，从而引起了大流量、小温差的现象，不仅影响了溴化锂主机的正常运行，还降低了水泵效率、增大了水泵能耗。
②所选水泵设计流量合理，但所选水泵的扬程与实际管网不匹配，导致水泵实际运
*周思宇，男，1987年10月生，在读研究生，300072，天津市南开区卫津路92号第六教学楼308室，138********，zsyhm1015@https://www.wendangku.net/doc/4015528482.html,
行工况点偏离了设计点，从而引起了水泵实际运行流量的增大。
为了证实上述分析，笔者接下来对冷冻水系统和冷却水系统分别进行了分析。
2.2 冷冻水系统分析
（1）冷冻水泵与冷水机组匹配性校核
该建筑空调系统主机为三台吸收式溴化锂冷水机组，每台冷水机组对应两台冷冻水泵和两台冷却水泵，冷冻水泵和冷却水泵详细参数见表2-1。若按照设计工况计算，每台溴化锂冷水机组在额定工况下的流量应为320m3/h，而对应的两台冷冻水泵的额定流量合计为400m3/h，因而冷水机组冷冻水额定流量仅为两台冷冻水泵额定流量的80%，因而该系统所选冷冻水泵流量相对于冷水机组来说偏大，这是导致冷冻水系统小温差大流量运行的原因之一。
表2-1 冷冻水泵和冷却水泵技术参数
（2
表2-2 冷冻水泵运行工况表
中可以看出，冷冻水泵的实际运行工况明显偏离了设计工况。水泵的实际平均流量为设计流量的1.38倍，扬程仅为设计值的56%，实际效率为水泵额定效率的77%。根据《民用建筑能效测评标识技术导则》[2]要求，采暖和空调系统循环泵的实际运行效率应不低于设计和设备铭牌值的80%，因而该水泵的实际运行效率不满足技术导则的相关要求。根据《公共建筑节能设计标准》[3]相关要求，空气调节冷热水系统的输送能效比（ER）不得大于0.0241。从表2-2的计算结果可以看出，冷冻水泵的设计ER略大于标准要求，而该水泵的实际运行ER远远超出了标准要求。水泵实际运行效果不理想的原因分析如下：
①根据水泵特性曲线分析可知，导致实际运行工况严重偏离设计工况的原因为水泵选型不合理，所选水泵过高的扬程导致了水泵流量的偏大和效率的低下。
②水泵运行时间将近十年，缺乏有效的维护，运行效率下降在所难免。
2.3 冷却水系统分析
（1）冷却水泵与冷水机组匹配性校核
根据相关技术参数，该系统每台吸收式溴化锂冷水机组冷却水的额定流量为520m3/h，而对应的两台冷却水泵的额定流量合计为800m3/h，因而冷水机组冷却水额定流量仅为冷却水泵额定流量的65%，因而所选冷却水泵流量相对于冷水机组来说过大，这就造成了冷却水系统的小温差大流量现象。
（2）冷却水泵工作效率检测
通过对其中一台冷却水泵的连续监测，得到其实际流量和扬程见表2-3。从表2-3可以看出，冷却水泵的实际运行工况与设计工况仍然有一定差异。水泵的实际平均流量为设计值的85%，实际扬程略大于设计扬程，水泵的实际运行效率满足《民用建筑能效测评标识技术导则》的要求，但水泵的实际ER值不满足标准要求。针对冷却水泵效率以及实际运行ER 值较低的情况，其原因总结为如下几点：
①在确定了设计流量的前提下，所选冷却水泵的扬程略小，实际运行工况点发生改变，因而导致了实际运行时水泵实际流量小于设计值；
②水泵及其管网长期运行，缺乏必要的维护清洗，造成其内部生锈、氧化现象严重，从而导致系统阻力增加，管网特性曲线改变。
3 空调采暖系统问题总结及节能改造方案
3.1 问题总结
（1）冷热源形式不合理，能源转换次数较多
本建筑的冷热源系统在夏季制冷工况和冬季制热工况均采用燃气锅炉制备蒸汽：夏季制得的蒸汽驱动蒸汽溴化锂冷水机组，为建筑提供冷量；冬季制得的蒸汽与循环水经汽水换热器换热，承担大厦的热负荷。由燃气制得蒸汽，再通过蒸汽转换获得冷量和热量，能源转换次数过多，大大降低了系统的能效。
（2）水泵选型不合理，缺乏台数控制和变频调节策略
该建筑设有3台溴化锂冷水机组，对应了6台冷冻水泵和6台冷却水泵。由前面的计算可知，冷冻水泵和冷却水泵选型过大，其设计流量明显大于溴化锂冷水机组所需的流量，再加上在冷水机组部分负荷时水泵没有台数控制和变频调节的应用，从而引发了冷冻水侧和冷却水侧的大温差小流量现象。这不仅影响了冷水机组的正常运行，还大幅增加了水泵能耗。除此之外，冷冻水泵扬程的选择不当不仅降低了其本身的运行效率，同时也进一步的加剧了冷水机组冷冻水侧的大流量小温差现象。
3.2 节能改造方案
（1）选用三台直燃型溴化锂冷热水机组代替原冷热源形式，其技术参数见表3-1。
（2
匹配，其技术参数见表3-2。
（3）在控制系统中实现机组运行台数调节及水泵变频调节相结合，提高设备的利用率，降低系统的能耗。
4 节能改造效果分析
4.1 节能改造前后能耗对比
根据改造前后该建筑空调系统运行记录和能耗数据，对建筑空调系统制冷季节能效果进
行分析。改造前后各项能耗对比见表4-1。表4-1中，改造前选取的时间段是指2009年5月至9月的制冷季，改造后选取的时间段是2010年5月至9月的制冷季；耗电量仅指空调系统在制冷季总耗电量，不包括其它用电系统耗电；天然气消耗量仅指用于空调系统的耗气量，其改造前为燃气锅炉耗气量，改造后为吸收式直燃溴化锂冷热水机组耗气量；总能耗为电力与天然气两种能源形式消耗量折合成的标准煤。从表中数据看出，对建筑采暖空调系统进行节能改造后，其能耗显著降低，制冷季的总节能率达到48.1%，其中制冷季电耗节能率达到60.4%，气耗量节能率达到30.6%。
1.33千克标准煤[4]。②节能率=节能量/改造前总能耗
4.2 节能改造前后费用对比
天津地区一般工商业及其他用电单价为0.8593元/kWh，天然气价格为3.15元/m3。从表4-2可以看出，制冷季空调系统节省能耗费用共计38.3万元。
表4-2 节能改造前后能耗费用对比
5 总结
从节能改造前后建筑能耗以及能耗费用的对比分析结果可知，节能改造取得了良好的节能节费效果，建筑空调系统在制冷季的总节能率为48.1%，共计节省能耗费用38.3万。从以上分析可知，上述节能改造方案是有效可行的，也从侧面论证了前文关于冷热源以及采暖空调水系统能效分析诊断的正确性。
参考文献
[1]江亿杨秀朱颖心.中国建筑节能年度发展研究报告2010[M].北京:中国建筑工业
出版社.2009
[2]中国建筑科学研究院.民用建筑能效测评标识技术导则[S].北京:中华人民共和
国住房与城乡建设部.2008
[3]中国建筑工业出版社.公共建筑节能设计标准[S].北京:中华人民共和国住房与城
乡建设部.2005
[4]国家发展和改革委员会能源所.综合能耗计算通则[S].北京:中国国家标准化委员
会.2008