北京某办公建筑空调系统用能现状及节能潜力分析

摘要:本文调查了北京市某大型办公建筑空调系统的能源管理水平及用能状况,分析其在能源利用方面存在的不足和薄弱环节，寻找节能方向、挖掘节能潜力,并提出切实可行的节能措施和建议。

关键词:办公建筑 空调系统用能现状节能分析

中图分类号： TE08文献标识码： A

1.引言

随着我国经济水平的不断提高，城市规模的不断扩大，我国目前正处于城市建设高峰期。城市建设的高速发展促使建筑业建材业飞速发展，由此造成的能源消耗不容忽视。由CBEM(China Building Energy Model)计算1996~2008年，我国总的建筑商品能耗从2.59亿吨标煤（tce）增长到6.55亿tce，增加了1.5倍。其中2008年的建筑能耗为6.55亿tce(不含生物质能)，约占2008年社会总能耗的23%，其中电力消耗为8230亿kWh，约占2008年社会总电耗的21%[1]。

本文调研分析了北京市某大型办公建筑空调系统能源使用现状，找出该建筑空调系统能源使用的不合理处，进行节能潜力分析并给出合理化建议。

根据实际调研情况，该大型办公建筑性质为高档商务写字楼, 主要用途为外租办公室, 大厦地下二层，地上十六层,标准层层高四米,其中地下为车库和机房,一至五层为商务会馆,剩余地上部分为外租办公室。大厦建筑高度63.7m,总建筑面积38404.26 m2，空调面积为28014.95 m2，采暖面积28014.95㎡（其中采用区域锅炉房供热面积8900㎡），整栋大厦采用半集中式风机盘管加新风空调系统，个别房间如电梯机房等使用分体式空调,冷源由三台螺杆式冷水机组提供，热源由建筑外配套小区的锅炉房提供。

2.大厦空调系统概述

大厦的冷源使用三台特灵冷水螺杆式机组，置于地下一层冷冻机房内。其中，两台机组制冷量为1321.7kW、功率为276.6kW，一台机组制冷量为882.2kW、功率为170.2kW。冷水机组运行方式为根据冷热负荷变化交替使用。根据实际情况调查了解，单独开启一台制冷量为1321.7kW的冷水机组即可满足最大负荷要求，夜间或负荷较低的工况开启制冷量为882.2kW的冷水机组。运行时间为：早上7点至下午18点一般使用一台制冷量为1321.7kW的螺杆式冷水机组,晚上18:00到第二天7:00一般使用一台制冷量为882.2kW的螺杆式冷水机组。

空调系统采用风机盘管加新风系统,风机盘管均为卧式暗装，供冷供暖均使用风机盘管。风机盘管配有带室内恒温器的三速开关，可根据不同要求调节室内温度。空调机组共5台，制冷量6kW，每天开启2小时左右，过渡季节开启时间较长。

供冷配套设备有冷冻水泵4台（3用1备），流量262m3/h，扬程31.5m，功率45kW。冷却水泵4台（3用1备）, 流量320m3/h，扬程32m，功率45kW。空调补水泵2台(1用1备)，扬程140m，流量18m3/h，功率15kW。另有玻璃钢冷却塔2台。空调水系统为两管制，夏季冷冻水设计供回水水温为7/12℃。

大厦冬季供暖采用区域锅炉房，由外置配套小区锅炉房统一供给。区域锅炉房热水进到大厦后经板式换热器换热后送到各空调末端，为大厦提供热量。该大厦有4台供暖循环水泵，两台流量为200 m3/h，扬程32m，功率30kW，两台流量为150 m3/h，扬程28m，功率18.5kW。根据物业人员了解，当室外温度很低时开一台流量为200 m3/h的循环水泵，室外温度较高时开一台流量为150 m3/h的循环水泵。

大厦制冷系统主要用能设备及参数详见表1所示。

表1 制冷系统主要用能设备表

3.主要用能设备能耗分析

大厦空调系统主要耗能设备包括冷水机组、空调机组、冷却塔、风机盘管以及相关冷冻水泵、冷却水泵等用电量的计算过程及分析如下。

用能设备在进行能耗分析时均考虑需用系数的影响, 需用系数[2]是一个综合系数，它表示一组用电设备在正常工况下所估算的总负载与其总额定负载之比。需用系数除了考虑同时系数（即考虑各种设备不会同时使用的系数），还需要考虑负荷系数（即各种设备不可能都达到额定值）。大厦工程部运行维护人员在开启关闭主要用能设备时会进行详细的记录，根据工程部提供的设备运行记录本，估算出各主要用能设备的需用系数。

计算公式：

额定功率×设备台数×运行时间×需用系数=设备年耗电量（其他设备计算亦同）

冷水机组一共两种，早上7点至下午18点开启一台冷水机组，制冷量1321.7kW，功率276.6kW，5至9月开启，5月，6月和9月开启20天，7至8月开启30天，共120天，每天白天间歇运行8小时, 根据其运行方式和冷水机组启闭运行记录，需用系数取0.7；下午18点至早上7点开启一台冷水机组，制冷量882.7kW，功率170.2kW，也是5至9月开启，每天夜间间歇运行8小时, 根据其运行方式和冷水机组启闭运行记录，因此需用系数计0.6。经计算冷水机组总用电量为（276.6×8×120×0.7+170.2×8×120×0.6）/10000=28.39万kWh。

风机盘管共590台，每台15W，每天开启6小时，根据其运行方式，因此需用系数计0.8。开启月份同冷水机组。总耗电量为590×0.015×6×120×0.8/10000=0.51万kWh。

冷冻水循环泵45kW，冷却水泵45kW,夏季白天运行12小时，开启月份同冷水机组启动时间，由于开启时间长，所以需用系数取0.9。总耗电量为（45×12×120+45×12×120）×0.9/10000=11.66万kWh。

新风机组共5台，每台3kW，夏季白天运行8小时，开启月份同冷水机组启动时间，根据其运行方式和新风机组启闭运行记录，因此需用系数计0.8。总耗电量为5×3×8×120×0.8/10000=1.15万kWh。

冷却塔共2组，每次同时使用1组，3台风机，每台5.5kW，每天运行8小时。冷却塔运行时间和冷水机组运行时间大致相同，根据其运行方式和冷水机组启闭运行记录，因此需用系数计0.7。总耗电量为3×5.5×8×120×0.7/10000=1.11万kWh。

所以供冷全年总耗电量为42.82万kWh。

根据每个月的用电量统计记录，大厦空调季5月份至9月份总用电量88.65万kwh，空调系统能耗占整个建筑能耗的48.3%。

3.空调系统用能现状分析

在实际调查检测工作中,在大厦空调季期间随机抽取大厦房间进行了室内舒适度及室内环境测试，上、下午各测试一次，测试内容包括室内温度、相对湿度、CO2浓度及照度[3]等，其测试结果列于表2。

表2室内外环境测量记录表

测试的结果表明，大厦的室内环境合格，不存在过冷过热现象，也不存在二氧化碳浓度过高、照度过低过高等现象，室内环境比较舒适。

经过对大厦空调系统现状的实地调研及与现场运行维护人员的沟通，大厦空调系统运行用能现状总结为以下几个方面：

①大厦采用螺杆式冷水机组作为冷源，机组的特性满足于建筑负荷运转的变化，便于调节和节能，但由于办公室没有全部出租，因此负荷较小，机组长时间处于低负荷运行。

②空调系统中冷冻水循环泵和冷却水循环泵变频运行，能够根据负荷自动调节流量。

③新风机组控制方式采用人为控制，根据季节变化和天气状况调节，有效降低系统能耗。空气处理机组采用变频调速自动控制，降低了运行能耗。

④冷却水系统散热效果良好，冷却塔内填料、布水器未出现老化现象，补水量适宜。

⑤空调系统末端采用风机盘管加新风系统，房间内风口气流组织合理；通过运行工作人员了解，大厦定期清洗风机盘管河新风机组内表冷器，提高了风机盘管的供冷效果。

4. 节能潜力分析及建议

针对目前大厦空调系统用能方面的现状，给出以下合理性建议：

①加强运行管理人员培训，运行测试和工况调整，根据该建筑实际情况和负荷特点，编制运行技术手册，对主要技术人员和运行设备主要管理人员进行必要的技术培训，保证运行管理高效节能。

②建议加装冷水机组和冷冻水泵专用计量电表，将该数据记录整理并进行纵向比较分析，可以对空调水系统能耗和运行参数设定进行优化控制。

③风机盘管机组供电线路建议改为专用配电线路，在下班时间可切断风机盘管机组电源，避免风机盘管机组无效空转的电耗损失。

④冷水机组的冷却水系统可进行管路改造，增加过度季节和冬季利用免费冷源的循环管路，充分利用自然免费冷源，减少冷机运行时间，节省空调冷机能耗。

5.参考文献

[1] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2011

[2] 薛志峰，江亿.北京市大型公共建筑用能现状与节能潜力分析[J].暖通空调，2004,34（9）：8—10

[3] 薛志峰，江亿.商业建筑的空调系统能耗指标分析.暖通空调，2005,35（1）：37—41