203重慶公共建筑中央空調(diào)的行為節(jié)能研究

1、重慶公共建筑中央空調(diào)的行為節(jié)能研究重慶大學(xué) 唐華宇 盧軍 摘要: 本文根據(jù)重慶地區(qū)公共建筑能耗調(diào)查的結(jié)果，歸納了中央空調(diào)系統(tǒng)能耗特點，概括了行為節(jié)能的內(nèi)涵和作用。本文簡要介紹了行為節(jié)能的技術(shù)措施,著重分析不同主體對中央空調(diào)行為節(jié)能工作產(chǎn)生的影響和作用，得出了現(xiàn)行建筑能耗管理體制無力實現(xiàn)行為節(jié)能的結(jié)論。本文分析了EMC這一新型能源管理模式，認為EMC是解決現(xiàn)有管理弊端的有效辦法。關(guān)鍵詞:公共建筑；中央空調(diào)；行為節(jié)能；EMC1 公共建筑能耗調(diào)查概述2005年和2006年,重慶市對數(shù)十棟采取電制冷方式的公共建筑進行了能耗調(diào)查, 調(diào)查結(jié)果表明:本市辦公室建筑的平均電耗指標在115149 kWh/m2之

2、間，商場建筑的平均電耗指標在259307 kWh/ m2之間，酒店建筑的平均電耗指標在100142 kWh/ m2之間1。在各類型公共建筑中,中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電量,在總耗電量中所占比例都接近或達到50%(圖1)。這充分說明未來重慶市公共建筑節(jié)能工作應(yīng)該從中央空調(diào)系統(tǒng)打開突破口。電梯2.1%空調(diào)46.7%給排水3.9%照明24.0%其它23.3%電梯及損耗7.7%空調(diào)47.2%照明45.1%電梯8.1%通風5.9%辦公設(shè)備13.4%給排水1.5%照明16.6%空調(diào)50.7%其它3.8%圖1 重慶市商場（左）、辦公建筑（中）和酒店（右）的電耗構(gòu)成2 行為節(jié)能的內(nèi)涵及意義中央空調(diào)系統(tǒng)的用能單位由制冷

3、機組、水系統(tǒng)泵組、末端設(shè)備構(gòu)成。隨著季節(jié)變化，這些設(shè)備參與系統(tǒng)運行的頻度不同。以某酒店(圖2)為例，其制冷主機和水泵、末端的能耗曲線的變化趨勢是不一致的。此外，在同一季節(jié)內(nèi)，不同工作日的氣象環(huán)境、建筑使用頻度所產(chǎn)生的室內(nèi)總負荷變化和區(qū)域負荷變化，都會要求中央空調(diào)系統(tǒng)進行相應(yīng)調(diào)整。01000020000300004000050000600007000080000900001000001234567891011照明/電梯/空調(diào)風機水泵制冷機單位：kwh12月 圖2 重慶鵝嶺某酒店2006年全年能耗變化曲線圖表1為重慶市10家市級機關(guān)辦公樓的能耗調(diào)查數(shù)據(jù)。這些建筑竣工年代相近，圍護結(jié)構(gòu)條件類似，空調(diào)

4、系統(tǒng)都為風機盤管+獨立新風形式，選用的制冷主機也都為傳統(tǒng)的電制冷型中央空調(diào)使用時段較為固定，年運行時間大致相等。但在實際運行過程中，能耗差別顯著，最大可相差150%。這說明在硬件技術(shù)水平相近的情況下,中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的運行管理行為將是空調(diào)能耗的決定性因素。運行管理中可實現(xiàn)的節(jié)能潛力,占空調(diào)系統(tǒng)運行能耗的20%2。表1 重慶市10家市級機關(guān)辦公樓的能耗調(diào)查數(shù)據(jù)編號建筑面積采暖空調(diào)能耗密度kwh/照明能耗密度kwh/總能耗密度kwh/編號建筑面積采暖空調(diào)能耗密度kwh/照明能耗密度kwh/總能耗密度kwh/1178053.3622.01116.6164578103.4115.01152.41224

5、7855.3828.69126.877267140.2712.3182.54359345.6115.04116.788792368.2136.39158.084237844.6624.7699.389312064.4327.39140.655672498.7320.02183.22101575398.5517.92146.35中央空調(diào)系統(tǒng)的行為節(jié)能就是在不對原系統(tǒng)進行大規(guī)模調(diào)整的前提下，通過人的主動行為,減少不必要的能源浪費,提高能效比。其實現(xiàn)途徑是由管理者根據(jù)建筑冷熱負荷的實時變化，主動對中央空調(diào)用能系統(tǒng)進行合理調(diào)配，使能源與建筑的使用達到最佳配比，實現(xiàn)合理用能與舒適的雙向滿足。達成這一目標

6、需要對中央空調(diào)系統(tǒng)進行合理優(yōu)化和專業(yè)管理，包括樓宇結(jié)構(gòu)與用能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、控制系統(tǒng)與用能設(shè)備的協(xié)調(diào)、用能設(shè)備間的協(xié)調(diào)。行為節(jié)能作為一種主動節(jié)能模式,其實施效果與各行為主體密不可分。因此它不僅是技術(shù)問題，在更高層面上，是一個管理體制的問題。通常與中央空調(diào)系統(tǒng)的使用、管理、消費相關(guān)的有如下幾方:建筑的開發(fā)商、設(shè)計單位、業(yè)主、物業(yè)管理部門。盡管在行為節(jié)能中起主要作用的是業(yè)主和物管,但其它幾方對行為節(jié)能效果的影響也是不可忽視的。3 中央空調(diào)系統(tǒng)行為節(jié)能的技術(shù)措施3.1 合理設(shè)定公共建筑室內(nèi)溫度根據(jù)以往研究的結(jié)果，重慶地區(qū)公共建筑室內(nèi)空調(diào)設(shè)定溫度與建筑負荷的變化關(guān)系如圖33：從圖中可以看出，在夏季如果把室

7、內(nèi)設(shè)定溫度從26改為27，空調(diào)負荷可減少5%?？梢娫谥貞c地區(qū)通過改變室內(nèi)的空調(diào)設(shè)定溫度具有較大的節(jié)能潛力。3.2 適時調(diào)節(jié)新風與回風的混合比例在冬季和過渡季節(jié)，對于那些室內(nèi)周邊負荷影響小而內(nèi)區(qū)發(fā)熱量較大的建筑，如大商店、會堂、劇場等，室內(nèi)需供冷風。此時可充分利用室外新風具有的冷量，減少人工冷源的能耗。圖4為兩種新風策略模擬效果的對比，一種設(shè)定新風比從30%到100%可調(diào)，另一種設(shè)定新風比全年固定為30%。結(jié)果顯示變新風比方式與定新風比方式相比較，建筑負荷減少了15.1%。圖3 重慶市公共建筑空調(diào)設(shè) 圖4 兩種新風策略模擬效果對比定溫度對建筑空調(diào)負荷的影響 3.3 預(yù)冷或預(yù)熱商場、辦公樓等建筑的

8、中央空調(diào)系統(tǒng)運行屬于間歇性質(zhì)，因此在每個工作日開始前應(yīng)提前啟動進行預(yù)冷或預(yù)熱，以減少制冷機開機電流,降低建筑負荷高峰，控制機組的運行臺數(shù)。3.4 按照建筑的使用情況調(diào)節(jié)和維護設(shè)備管理人員應(yīng)勤巡查,注意外門和外窗的關(guān)閉，防止漏冷和室外熱空氣的侵入；隨時掌握各用冷(熱)場合的具體情況，適時開、停有關(guān)風柜、風機盤管等設(shè)備；合理調(diào)節(jié)制冷機組冷凍水、冷卻水的流量和壓力降；定期對冷卻塔和風系統(tǒng)進行清洗。3.5 制冷機組的合理搭配使用多臺制冷機的中央空調(diào)系統(tǒng)，制冷機的能耗不僅由其本身的特性（滿負荷性能和部分負荷性能）決定，還與部分負荷下制冷機間的負荷分配策略有關(guān)。在制冷機組選定后，就要尋求一最優(yōu)負荷分配策略

9、以最大程度的提高整個系統(tǒng)的運行效率。文獻4,5以兩臺相同容量并聯(lián)運行的螺桿式冷水機組為例，通過比較不同負荷分配方案下冷水機組的能耗，確定最優(yōu)負荷分配策略。不同控制策略的能耗差別高達14。4 不同主體對中央空調(diào)行為節(jié)能的影響和作用4.2 開發(fā)商開發(fā)商對中央空調(diào)運行管理的影響在于前期開發(fā)中的決策定位。如果建筑竣土后由開發(fā)商運營管理，則其必然重視控制運行能耗成本，因此就會重視設(shè)備性能、物業(yè)管理水平、以及對能耗計量工作。如果開發(fā)商與業(yè)主分離，開發(fā)商為節(jié)約成本，往往采用投資小、能效比差的設(shè)備；在竣工驗收階段，對設(shè)備運轉(zhuǎn)調(diào)試工作應(yīng)付了事，也不考慮能耗計量收費等與運行能耗相關(guān)的問題，導(dǎo)致日后設(shè)備運行不佳、工

10、作效率低下；以出售為目的的開發(fā)方式輕視物業(yè)管理的配套工作,導(dǎo)致物業(yè)管理與業(yè)主方的責權(quán)利的關(guān)系不清，運行節(jié)能得利不明。4.3 設(shè)計單位設(shè)計單位雖然與中央空調(diào)系統(tǒng)的運行管理不發(fā)生直接聯(lián)系，但其對建筑外圍護結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的設(shè)計，以及設(shè)備選型都對將來的運行節(jié)能工作起著關(guān)鍵影響。這是因為行為節(jié)能不可避免要受到既有硬件條件的制約。由于采暖空調(diào)系統(tǒng)對建筑節(jié)能的重要性長期被忽視，設(shè)備運行的能耗水平不與設(shè)計者的收入掛鉤，某些設(shè)計人員常常選擇高功率，高能耗的設(shè)備。以重慶某醫(yī)院為例，根據(jù)逐時冷負荷系數(shù)法的計算得總冷負荷為690KW。該醫(yī)院的主要業(yè)務(wù)是治療口腔類疾病,病人入住率小,病床床位也少,因此夏季冷負荷隨時段波動明

11、顯。該建筑使用的制冷機為一臺燃油型直燃機，額定制冷量為1740KW，超出實際需要150%。由于未考慮在建筑部分負荷下的運行控制，造成主機長期在低負荷狀態(tài)下運行，設(shè)備效率低。根據(jù)校核，該建筑冷凍水泵和冷卻水泵需要揚程分別為24.6m和19.6m,而實際選擇的揚程分別為38m和50m,各超過需要54%和150%，造成水泵工作點遠離高效工作區(qū)域。同時由于水流速度快，管理人員不得不關(guān)小閥門調(diào)節(jié)，造成能量的浪費。4.4 業(yè)主當建筑竣土交付使用后，中央空調(diào)系統(tǒng)的硬件水平已經(jīng)確定。在行為節(jié)能工作中起主導(dǎo)作用的是業(yè)主。由于中央空調(diào)的能耗水平對運營成本影響巨大，因此業(yè)主有節(jié)能的意愿，但只有充分認識到節(jié)能潛在的收

12、益，并有切實可行的辦法時，才會采取行動。調(diào)查發(fā)現(xiàn)影響業(yè)主推進行為節(jié)能工作的因素有以下兩點：1）運行成本占日常收入比重。根據(jù)以往調(diào)查的結(jié)果顯示，在經(jīng)營較好的情況下(賓館、酒店的年平均出租率大于75%；商場客流量較好)，商業(yè)型公共建筑的能耗支出成本一般占業(yè)務(wù)總收入的10%到15% (不包括人員工資和設(shè)備折舊)。由于直轄以來重慶經(jīng)濟的快速發(fā)展，商業(yè)建筑利潤率較高，建筑設(shè)備的運行成本占日常業(yè)務(wù)收入的比重小，對業(yè)主來說，日常設(shè)備運行管理成本的重要性相對較小。因此業(yè)主往往對設(shè)備運行能耗的節(jié)能關(guān)注程度較低。2）業(yè)主對建筑能耗狀況的把握。由于大部分公共建筑的缺乏分項能耗計量設(shè)備，業(yè)主僅了解每年總能耗情況，而不

13、清楚建筑用能的各組成部分所占比例；某些建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的運行記錄不完整或不準確。這些都導(dǎo)致了節(jié)能效益不清晰。業(yè)主不知道中央空調(diào)系統(tǒng)具有的節(jié)能潛力，在與物業(yè)管理的合作中缺乏節(jié)能的指標要求。業(yè)主也不知道如何從利益上、工作內(nèi)容上要求和規(guī)范物業(yè)管理部門。4.5 物業(yè)管理部門行為節(jié)能工作的具體實施者是物業(yè)管理方，只有業(yè)主認可其行為節(jié)能措施，并給予適當利益分配，物管部門才會真正有節(jié)能的動力。在能耗調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，目前公共建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的運行管理漏洞很多，與行為節(jié)能的要求格格不入，導(dǎo)致了中央空調(diào)系統(tǒng)的高能耗。1)由于節(jié)能獲益分配不明確，物業(yè)管理部門僅把保持設(shè)施的正常運轉(zhuǎn)，滿足用戶的使用需求做為工作目標，缺乏主

14、動節(jié)能的要求。一線的運行人員的收入固定，只考慮能否按照管理部門的要求開好設(shè)備，對操作是否節(jié)能不關(guān)心。2)由于系統(tǒng)設(shè)計不合理，或管理者自身素質(zhì)等原因，空調(diào)控制系統(tǒng)（BAS）在運行時不具備真正意義上的中央空調(diào)系統(tǒng)負荷跟蹤調(diào)定，以及風量水量控制、系統(tǒng)負荷重置等能力。在系統(tǒng)連續(xù)運行中，管理者對環(huán)境溫度變化的跟蹤感應(yīng)能力差，管理人員仍沿用憑經(jīng)驗和感覺的手動控制方式，使控制存在很大的滯后性和隨意性。3)末端設(shè)備維護不到位，運行效率低，為滿足室內(nèi)環(huán)境需求，管理者常使用降低中央空調(diào)冷凍水溫，或增開制冷機的做法彌補末端缺陷；在過渡季節(jié)未及時切換制冷機運行工況，未充分利用室外新風；冷卻塔長期不清洗或更換濾料，結(jié)垢

15、嚴重，換熱性能下降。4)某些建筑的中央空調(diào)運行記錄不全或造假現(xiàn)象明顯，管理者沒有定期進行系統(tǒng)及設(shè)備能耗調(diào)查的習慣，導(dǎo)致物管不清楚各設(shè)備的運行能效。5 EMC對公共建筑中央空調(diào)行為節(jié)能的作用5.1 EMC的實質(zhì)EMC（Energy Mechanism Conservation），即“合同能源管理”，是一種基于市場運作的節(jié)能新機制。該模式由能源服務(wù)單位與客戶簽定能源項目服務(wù)合同，以合同期內(nèi)客戶的節(jié)能效益來支付當前的節(jié)能項目成本，為客戶實施節(jié)能項目。 EMC的實質(zhì)，就是把節(jié)能當作一種投資，將埋在浪費中的利潤挖出來，使之轉(zhuǎn)化清晰可量化的節(jié)能效益,用減少的能源費用來支付節(jié)能項目的全部成本和投資回報。通過

16、協(xié)議，參與投資的各方可以分享節(jié)能效益。EMC在中央空調(diào)系統(tǒng)獲取節(jié)能效益的途徑，主要是在系統(tǒng)設(shè)計階段的合理優(yōu)化，和在系統(tǒng)運行階段的科學(xué)管理。 5.2 EMC在設(shè)計選型階段對行為節(jié)能的作用1）EMC模式追求的是節(jié)能效益的最大化，設(shè)計的合理性直接關(guān)系到能源服務(wù)方的收益，因此其在設(shè)計階段就必須把暖通空調(diào)系統(tǒng)合理化、精細化作為追求，深入的挖掘節(jié)能空間。2)在空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計上，引入一體化設(shè)計的理念, 用系統(tǒng)的思維統(tǒng)籌建筑結(jié)構(gòu)與建筑設(shè)備的組合,從而打破以往建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計處于壟斷地位，而建筑設(shè)備處于從屬地位的格局。3)通過對建筑物負荷的模擬分析，設(shè)計者能夠合理配置制冷機組及水泵的臺數(shù)及功率，優(yōu)化水系統(tǒng)和風系統(tǒng)

17、的設(shè)計，使設(shè)備盡可能滿負荷高效率的運轉(zhuǎn)；采用合理的BAS系統(tǒng)，對制冷機、管道閥門、水泵進行預(yù)測控制。5.3 EMC在運行階段對行為節(jié)能的作用5.3.1 能耗監(jiān)測在EMC模式下,能源服務(wù)方和業(yè)主的獲益來自于能耗費用的減少部分,因此雙方都會關(guān)注能耗的來源和變化,這就促使雙方建立完備的能耗監(jiān)控和分項計量設(shè)施。能源服務(wù)方利用網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)自動收集、儲存實時記錄的各項能耗數(shù)據(jù)，并運用數(shù)據(jù)庫及節(jié)能軟件進行統(tǒng)計分析，最終形成系統(tǒng)及各組成部分的逐月/逐季度/逐年的能源消費數(shù)據(jù)，和運行能效報告，業(yè)主可以充分了解能耗水平和節(jié)能潛力，考核服務(wù)方的工作績效。5.3.2 設(shè)備管理和運行控制能源服務(wù)方為使節(jié)能效益最大化，

18、必須采取各種行為節(jié)能措施對中央空調(diào)系統(tǒng)進行管理和控制，實現(xiàn)系統(tǒng)運行與建筑負荷變化的協(xié)調(diào)，達到盡量高的能效比。6 結(jié)論行為節(jié)能是重慶公共建筑中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能工作的重要環(huán)節(jié)。實現(xiàn)行為節(jié)能的技術(shù)關(guān)鍵是提高系統(tǒng)運行與建筑負荷變化的協(xié)調(diào)性。當前中央空調(diào)的設(shè)計、安裝、運行管理中，存在一系列制約行為節(jié)能的因素，而最主要的因素是節(jié)能效益不清晰，節(jié)能獲益分配不明確，使得設(shè)計者、物管和業(yè)主都缺乏采取措施的主動性。解決這些弊端的辦法是引入EMC模式。該模式是對現(xiàn)有的管理運行體制的重大改革，是促進中央空調(diào)系統(tǒng)行為節(jié)能的有效途徑，具有廣闊的發(fā)展前景。參考文獻1 陳改芳.重慶市公共建筑能耗模擬與節(jié)能研究.重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文