北京某商厦建筑能源审计与分析

摘要:通过对北京某商厦能源审计入手，对的能源消费状况、管理水平、利用效率、消耗指标、财务过程、综合利用进行检查、测试、诊断、咨询和评价，排查节能障碍和浪费原因，查找节能潜力，提出EED整改措施，最终目的是促进企业节能降耗、降低生产成本、提高经济效益。

关键词:能源审计；消耗指标；测试；诊断

Abstract: Based on Beijing to start a commercial building energy audits, energy consumption on the condition, management, utilization, consumption indicators, financial processes, utilization for inspection, testing, diagnosis, consultation and assessment, investigation and barriers to energy efficiency and waste reasons, find energy-saving potential, EED proposed corrective measures, the ultimate goal is to promote energy conservation and reduce production costs and improve economic efficiency.

Keywords: energy audits; consumption indicators; tests; diagnosis

中图分类号：TK018文献标识码：A

一、项目背景

为贯彻落实《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》（国发[2007]15号）、《建设部、财政部关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》（建科[2007]245号）等文件精神，为提高建筑能源管理水平，进一步节约能源、降低水资源消耗、合理利用资源，以国家机关办公建筑和大型公共建筑的运行节能管理为突破口，建立既有国家机关办公建筑和大型公共建筑节能运行监管体系，提高国家机关办公建筑和大型公共建筑整体运行节能管理水平，对既有国家机关办公建筑和大型公共建筑实行建筑能源审计。

建筑能源审计是对建筑节能的科学管理和服务的方法，其主要内容是对用能单位建筑能源使用的效率、消耗水平和能源利用的经济效果进行客观考察，对用能单位建筑能源利用状况进行定量分析，对建筑能源利用效率、消耗水平、能源经济和环境效果进行审计、测试、诊断和评价，从而发现建筑节能的潜力。建筑能源审计是研究制定能耗公示、用能标准、能耗定额和超定额加价等制度，并进一步在建筑领域推广能源服务和合同能源管理等节能改造机制的基础。

二、能源审计与分析

本次审计总建筑面26959m2。空调面积约为2.2万m2左右。

总体信息表见表1，以下章节将具体从围护结构、供暖空调通风系统、给排水系统以及配电系统进行详细描述。

表1 商厦总体信息表

能源计量方面，电力和水的一级计量都相对比较完善；生活热水及供暖制冷系统由于由自身设备提供，所以无分别计量，建议各自增加计量装置，以便以后做能源消耗核定时有准确数据可供参考。按照公共建筑用电分类计量技术要求，对已建项目按照空调采暖、照明及室内设备类、综合服务类、特殊区域类、外供电类进行分项计量。就目前的情况，计量情况已经很完整，但仍不能满足分项计量的要求，建议增加计量表，来达到上述要求。

能源统计方面，各个区域的数据进行了分别的核算，对近几年的能源使用量都分别进行了对比分析。

此外，管理者较重视节能工作，前期实施过一些节能措施，的节能做过空调机组更换、节能灯具的节能技改项目，均达到了比较好的节能效果。

(一)商厦能耗指标

图1能耗指标体系结构图

（二）商厦分项能耗比例

消耗的能源种类主要包括电力和水。通过计算，2011年常规能耗折标煤量为525.31tce，其中空调系统能耗为297.76 tce，占总能耗的58.8%，照明系统能耗折标煤量为120.91tce，占总能耗的24.42%；综合服务能耗折标准煤为91.48tce，占总能耗的14.73%；系统能耗比例见下图：

图2 分项能耗比例图

（三）商厦设备测试

本次能源审计对商厦的变配电系统及通风系统进行了测试。测试工具采用FLUKE435。具体测试内容如下：

1.商厦1#、2#变压器二次侧电能质量，包括谐波含量，功率因数及其他的运行参数。

2.商厦空调主机、循环水泵和通风风机。

通过测试发现目前的的供配电系统运行稳定，一层新风机组电机运行状态接近于空载状态，功率因数过低，无功输送量大，线路损耗大，电机效率运行效率低，属于非经济运行状态。

三、重点节能技改与措施

（一）商厦制冷系统的改造。

商厦采用风冷源热泵，由于单体机组小，开启灵活，可以根据负荷特点随时开启机，可以节约制冷采暖费用。目前商厦的制冷采暖系统采用风冷热泵机组，这种机组COP值相对低于常规冷水机组。且风冷热泵机组受外界条件影响较大，在室外温度低于-15℃和高于40℃时机组出力衰减严重，严重时会出现停机状态。风冷热泵机组在冬季制热运行时，其肋片盘管换热器起蒸发器的作用，由于蒸发温度较低，盘管表面的温度也随之下降，甚至低于0℃。当室外空气在风机驱动下流经盘管时，其所含的水分就会析出并附着于盘管表面形成霜层。随着霜层的形成，机组的性能下降，工况恶化，制热量也将下降。一个除霜过程通常需要3分钟左右，在前一分钟风扇不转，以便使冷凝温度尽快升高去融霜，第二和第三分钟风扇才开始转动，主要是为了带走被融化的水分。如果没有这个程序而直接停止化霜循环，则盘管上没干的水会重新结成霜，降低了除霜的效果。在机组化霜过程中，热泵不仅不能给系统提供热量，反而会吸收热量。当机组盘管结霜时，机组效率迅速下降，直到一定限度时机组开始化霜。此时，大约3分钟的时间，机组从水系统中吸收热量提供到盘管去除霜。实际上，在这3分钟的时间里，机组产生的能量是负数。从而导致机组产生更多的无用功。现场调查发现，主机除霜工况频繁，造成无用功增加，同时影响供冷、供热负荷出力。根据以上对风冷热泵存在的问题，建议可以采取一下措施尽量减少或避免上述问题出现。建议在楼顶增加蓄水箱，在冬季时，白天室外温度相对较高且湿度小于75%以下时，开启风冷热泵机组效率相对较高，这时再保证热泵正常供暖的条件下（现场调查冬季采暖热泵机组全开的时间很少），多余的机组可以开启用于蓄热，用于商厦夜间采暖需求。

现场了解，商厦的热泵机组在冬季室外温度低于-2℃时需要开启循环水泵，低于-5℃时需要开启热泵机组供热，以保证供水管在夜间不冻。这种情况下，由于冬季夜间温度很低（北京平均温度在-9℃），热泵机组效率低，如果采用白天蓄热，夜间直接利用蓄热热水采暖，可以降低一定的运行费用。在夏季时，处于用电高峰，白天室外温度很高，风热冷泵机组出力降低，COP值下降明显，在这种状况下可以考虑利用商厦夜间没有空调需求的情况下，开启风冷热泵机组续存冷水，用于白天时供冷。这样不仅可以解决夏季白天机组运行低的问题，还可以充分利用夜间低谷电制冷，减少商厦的年运行成本。

（二）风机变频改造。

商厦一层新风风机额定风压为590Pa，额定风量为45000m3/h，配电机功率为22kW，电机安装软启动，工频运行，实际运行电机功率为5.9kW，电机负载率为26.82%，功率因数为0.428，电机运行具体数据如下：

表2一层新风风机运行参数

此风机风量调节方式为阀门调节，利用调节风门、挡板开度的大小来调整风量，不论新风的需求量大小，风机都要全速运转，而新风量的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。

根据此种运行参数，考虑采用变频器驱动的方式取代风门、挡板、阀门的控制方式。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。

（三）扶梯相控调压改造方案

商厦的现状是不管有无乘客搭乘，自动扶梯始终保持高速运转，然而出于安全考虑，扶梯要求电机恒速运行，而扶梯的负载多变，且50％以上的工况常有处于轻载或空载状态的时段或周期，所以电能损耗很大。

扶梯相控调压改造方案是根据商场内，一般在周末或下班后客流量大，其它时间客流量小，同一时间段，低层扶梯人多，高层扶梯人少，甚至会有一段时间内自动扶梯上没有人的这种客流量的变化规律，在这些客流量小得时间内，通过对电梯进行相控调压改造，通过在控制电机运行时，检测电机的电压、电流及其相位角，通过计算后，驱动输出单元（可控硅）强制实现电压、电流同步，减少电压、电流不同步时的电能浪费从而达到节电的目的。

相控调压技术基于晶闸管应用技术三相异步电动机降压节能，于1990年代引入中国；在油田、钢铁、化工、等领域中电机负载率变化频繁，空载及轻载时间较长的设备上，特别是扶梯、传送带、冲床、车床、搅拌机、压铸机、球磨机等设备上取得一定的节能效果，是一项非常成熟的节能技术。

异步电动机空载、轻载时输出功率减少，同时转子铜耗随之降低，但铁耗、风摩损耗和杂散损耗基本不变。由于励磁电流未变，定子铜耗降低较少，因此，电动机效率和功率因数大为降低。

一般电动机的经济负载率应在额定功率的75%-100%之间，每当电机长时间处于轻载或者空载状态时，令线圈出现漏磁效应，导致电机效能下降。该磁通量（又称为磁场电流）是固定不变的，是电机最浪费电能的因素之一。

由电动机的经济运行率特性可知，在电动机运行过程中铁心损耗等于负载损耗时，电动机运行最为经济（及损耗最小、效率最高），负载损耗的大小取决于负载电流大小和绕组的电阻值。当电动机运行于空载或者轻载状态下，电动机的铁心损耗远大于负载损耗，如果当电动机空载、轻载时，在不改变电动机的转速条件下，适当降低电动机的端电压（输入电压），电动机的铁损将随电压平方而减小，励磁电流也因磁通的减小而下降，使定子铜耗也减小，从而降低了电动机的总损耗，提高了电动机效率和功率因数。

相控调压节电技术使用普通晶闸管作为输出单元，利用计算机通过一定的算法控制输出单元的输出电压，使电动机输出功率与负载相匹配，达到低耗、节能的目的；计算机全程随时监测电动机的运行状态，一旦有断相、超载等故障发生时，立即采取适当的安全保护措施。