針對(duì)商場(chǎng)建筑供暖空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗高的問(wèn)題，本文以北京市某大型商場(chǎng)為例，調(diào)研與分析了現(xiàn)場(chǎng)用能情況，依托智慧能源管理控制平臺(tái)，對(duì)其空調(diào)冷熱源機(jī)房與末端系統(tǒng)進(jìn)行智能化節(jié)能升級(jí)改造，以實(shí)現(xiàn)該商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)的能效提升，達(dá)到自動(dòng)運(yùn)行、無(wú)人值守的運(yùn)行狀態(tài)，提高管理效率，并可為北京地區(qū)商場(chǎng)及同類(lèi)建筑的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理提供參考。

項(xiàng)目概況

　　01.建筑概況

　　北京某商場(chǎng)開(kāi)業(yè)于2007年，總建筑面積約62000m2，屬于大型商業(yè)建筑，該商場(chǎng)地下2層、地上6層，經(jīng)營(yíng)范圍以購(gòu)物、餐飲、娛樂(lè)為主；全年?duì)I業(yè)時(shí)間為10:00——22:00；地理位置優(yōu)越，娛樂(lè)設(shè)施齊全，人流量大。

　　02.空調(diào)系統(tǒng)概況

　　1.冷源

　　該商場(chǎng)冷源采用3臺(tái)離心式冷水機(jī)組，單臺(tái)機(jī)組額定制冷量7032kW、額定功率1213kW。循環(huán)水泵和冷卻塔的配備情況如表1所示，其中，中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)采用二級(jí)泵系統(tǒng)，設(shè)備均配備變頻器，但并未進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，目前處于工頻運(yùn)行。

　　冷站初期設(shè)計(jì)是為該商場(chǎng)建筑以及塔樓部分的辦公建筑供冷，后因物業(yè)分割，現(xiàn)冷站只負(fù)責(zé)商場(chǎng)建筑的冷負(fù)荷。所以在實(shí)際運(yùn)行中，整個(gè)制冷季僅開(kāi)啟其中一臺(tái)冷水機(jī)組即可滿(mǎn)足供冷需求。對(duì)于一級(jí)冷凍水泵，平時(shí)只開(kāi)1臺(tái)功率為93kW的設(shè)備即可滿(mǎn)足供冷需求，二級(jí)水泵也只開(kāi)啟一臺(tái)功率為93kW的設(shè)備即可滿(mǎn)足供冷需求，如表2所示。

　　2.熱源

　　商場(chǎng)熱源采用市政熱力進(jìn)行供暖，一次側(cè)熱水經(jīng)過(guò)板式換熱器與機(jī)組進(jìn)行熱交換，制取55℃的熱水供給空調(diào)系統(tǒng)使用。換熱機(jī)組共3臺(tái)，配套3臺(tái)換熱二次水泵，額定功率為90kW，運(yùn)行時(shí)由人工控制變頻運(yùn)行。

　　3.末端設(shè)備

　　空調(diào)末端由全空氣VAV系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)組成，其中風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)主要服務(wù)周邊走廊區(qū)域，冷源為冷站直接提供的冷凍水；VAV系統(tǒng)主要服務(wù)商場(chǎng)B1——F6層的商業(yè)區(qū)，冷站為系統(tǒng)的組合式空調(diào)機(jī)提供冷凍水，末端采用VAV box進(jìn)行變風(fēng)量調(diào)節(jié)。由于篇幅原因不將末端設(shè)備的參數(shù)詳盡列出，經(jīng)統(tǒng)計(jì)末端設(shè)備的運(yùn)行功率總計(jì)為884.1kW。目前因自控系統(tǒng)問(wèn)題，所有VAV box及組合式空調(diào)機(jī)組均無(wú)法進(jìn)行調(diào)控，僅能進(jìn)行啟停控制，開(kāi)啟時(shí)末端設(shè)備均以工頻運(yùn)行。

　　03.空調(diào)系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀

　　根據(jù)商場(chǎng)冷站設(shè)備運(yùn)行記錄，2020年——2022年，冷源設(shè)備累計(jì)開(kāi)啟小時(shí)數(shù)分別為1724h、1728h和1606h，制冷季年平均開(kāi)啟小時(shí)數(shù)為1686h，末端設(shè)備與其開(kāi)啟時(shí)間一致。由于熱源采用的是市政熱力，故供暖時(shí)間為11月15日——3月15日，在營(yíng)業(yè)時(shí)間10:00——22:00內(nèi)均保證室內(nèi)良好的熱環(huán)境，則末端設(shè)備冬季累計(jì)供暖小時(shí)數(shù)為1452h。

　　1.冷站能耗統(tǒng)計(jì)

　　冷站耗能設(shè)備為冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵與冷卻塔，冷站的水泵與冷卻塔均為定頻運(yùn)行，其耗電量可由式（1）計(jì)算：

　　式中：ΣTi為設(shè)備在制冷季運(yùn)行時(shí)間，h；Ni為設(shè)備的輸入功率，kW；Ei為設(shè)備制冷季耗電量，kWh。

　　主機(jī)耗電量計(jì)算如公式（2）所示：

　　式中：Ec為設(shè)備制冷季耗電量，kWh；Pc為冷水機(jī)組額定功率，kW；αj為不同時(shí)刻冷水機(jī)組運(yùn)行電流百分比，%。

　　根據(jù)1.2節(jié)知，整個(gè)制冷季僅開(kāi)啟其中一臺(tái)冷水機(jī)組，一級(jí)冷凍水泵只開(kāi)1臺(tái)功率為93kW的設(shè)備，二級(jí)水泵也只開(kāi)啟一臺(tái)功率為93kW的設(shè)備即可滿(mǎn)足供冷需求。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)以及表1的設(shè)備參數(shù)，計(jì)算得到冷站用電情況如表3所示。2020年——2022年冷站總計(jì)用電量分別為192.74萬(wàn)kWh、213.27萬(wàn)kWh和199.03萬(wàn)kWh，年均用電量約為201.68萬(wàn)kWh。

　　圖2顯示了冷站分項(xiàng)用電情況，其中制冷主機(jī)能耗約占空調(diào)系統(tǒng)能耗的61%，是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的重點(diǎn)；冷卻水泵和冷凍水泵能耗占空調(diào)系統(tǒng)能耗的15%和16%，冷卻塔能耗占8%。

　　2.熱站能耗統(tǒng)計(jì)

　　依據(jù)業(yè)主提供的市政用熱數(shù)據(jù)，項(xiàng)目年均用熱量約為12036.43GJ，各年用熱數(shù)據(jù)如表4所示。

　　3.末端能耗統(tǒng)計(jì)

　　末端設(shè)備均為定頻運(yùn)行，且全空氣系統(tǒng)box箱風(fēng)閥均全部開(kāi)到最大，其耗電量可由式（3）計(jì)算：

　　式中：ΣTi為末端設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，h；Ni為設(shè)備的輸入功率，kW；Ei為末端設(shè)備耗電量，kWh。

　　末端開(kāi)啟時(shí)間與冷水機(jī)組一致，2020年——2022年制冷季末端空調(diào)用電量分變?yōu)?52.42萬(wàn)kWh、152.77萬(wàn)kWh以及141.99萬(wàn)kWh，年均用電量約為149.06萬(wàn)kWh。

　　冬季供暖時(shí)間為11月15日——3月15日，共計(jì)121天，每天平均開(kāi)啟時(shí)間約為12小時(shí)，冬季平均供暖小時(shí)數(shù)約為1452h。經(jīng)計(jì)算，商場(chǎng)供暖季末端組空總計(jì)用電量約為128.36萬(wàn)kWh。

節(jié)能診斷分析

　　01.冷站節(jié)能診斷

　　圖3為2020年——2022年的冷水機(jī)組運(yùn)行電流百分比分布情況，可以看出機(jī)組運(yùn)行電流百分比RLA%在50%——90%之間波動(dòng)，其中RLA%在60%——70%的小時(shí)數(shù)最多，其次為50%——60%區(qū)間，約60%的時(shí)間機(jī)組運(yùn)行：RLA%在50%——70%，機(jī)組低部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)。

　　據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，冷站系統(tǒng)的問(wèn)題主要有：

　　①冷水機(jī)組目前無(wú)群控優(yōu)化，單臺(tái)冷機(jī)制冷量較大，長(zhǎng)期處于部分負(fù)荷狀態(tài)；

　　②冷水機(jī)組冷凍水回水及冷卻水回水的電動(dòng)閥門(mén)目前均已損壞，且處于常開(kāi)狀態(tài)；

　　③冷卻塔運(yùn)行狀況良好，但尚未進(jìn)行變頻控制，在部分負(fù)荷時(shí)能耗高；

　　④冷凍水供水溫度采用手動(dòng)方式設(shè)定，一定程度上也影響了冷機(jī)能效；

　　⑤冷站缺少溫度、壓力、流量、能耗、能效等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，不能及時(shí)反映系統(tǒng)的運(yùn)行工況、運(yùn)行效率、機(jī)組狀況等，運(yùn)維管理工作效率低。

　　02.熱站節(jié)能診斷

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，熱站系統(tǒng)的主要問(wèn)題有：

　　①換熱機(jī)組的運(yùn)行完全由人工操作，頻繁進(jìn)行巡查并校核用能狀態(tài)，無(wú)法做到熱站的自動(dòng)運(yùn)行和無(wú)人值守；

　　②熱站系統(tǒng)的電動(dòng)閥門(mén)及水泵變頻器均通過(guò)本地控制柜控制，無(wú)遠(yuǎn)程控制；

　　③熱站未設(shè)氣候補(bǔ)償器，僅憑人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)質(zhì)調(diào)節(jié)，不僅精準(zhǔn)度較差，且會(huì)產(chǎn)生一定延遲。

　　03.末端節(jié)能診斷

　　目前空調(diào)末端所有VAV box及組合式空調(diào)機(jī)組均無(wú)法進(jìn)行調(diào)控，僅能進(jìn)行啟停控制，且開(kāi)啟時(shí)兩者均以工頻運(yùn)行，無(wú)法根據(jù)冷熱需求進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

　　空調(diào)末端每年運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，約占全年時(shí)間的2/3以上，全年耗電量約為277萬(wàn)kWh，故目前急需恢復(fù)空調(diào)末端系統(tǒng)的控制功能，在保證正常冷、熱供應(yīng)的基礎(chǔ)上對(duì)末端系統(tǒng)進(jìn)行智控調(diào)節(jié)，有效減少空調(diào)末端系統(tǒng)的能耗。

節(jié)能改造方案

　　針對(duì)該商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，采用多種節(jié)能技術(shù)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)冷熱源及末端設(shè)備進(jìn)行改造，建立自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的科學(xué)管理。

　　01.冷站節(jié)能改造

　　增設(shè)冷站自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行智能化節(jié)能升級(jí)改造，并配合對(duì)應(yīng)的下位機(jī)智能控制柜，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)冷源主要設(shè)備的變頻控制、連鎖控制、節(jié)能控制；按需供冷，保障最佳輸出工況和最節(jié)能運(yùn)行。主要改造內(nèi)容如下：

　　①增設(shè)節(jié)能控制系統(tǒng)所需溫度、壓力傳感器、冷量表等；

　　②增設(shè)1臺(tái)冷站智能控制柜；

　　③增設(shè)冷凍水泵節(jié)能控制柜；

　　④增設(shè)冷卻水泵節(jié)能控制柜；

　　⑤修復(fù)/更換故障電動(dòng)閥，接入智能控制柜；

　　⑥冷水機(jī)組變頻改造。

　　1.冷站節(jié)能控制策略

　　要實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行和節(jié)能，必須針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)統(tǒng)一考慮，全面控制，使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)最佳綜合節(jié)能。

　　(1)冷凍水出水溫度優(yōu)化

　　實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外溫濕度等參數(shù)，根據(jù)空調(diào)區(qū)域的負(fù)荷情況，調(diào)節(jié)優(yōu)化冷水機(jī)組的冷凍水出水溫度。部分負(fù)荷時(shí)，盡量提高供水溫度，通過(guò)重設(shè)該溫度值，在保證末端的供冷效果的同時(shí)有效提高機(jī)組能效。

　　冷凍水出水溫度的確定，應(yīng)該根據(jù)空氣處理設(shè)備的處理能力，同時(shí)考慮室外氣象條件和空調(diào)負(fù)荷變化等因素的影響。由于室外氣象變化復(fù)雜，很難給定一個(gè)準(zhǔn)確的變水溫運(yùn)行方案，基于該商場(chǎng)的運(yùn)行特性，給出了冷凍水推薦設(shè)定溫度表進(jìn)行參考。

　　(2)冷凍水系統(tǒng)節(jié)能聯(lián)控

　　溫差控制適用于用戶(hù)端不設(shè)調(diào)節(jié)閥，且用戶(hù)負(fù)荷同步變化的情形，即適合于商場(chǎng)、展覽館等以全空氣系統(tǒng)為主的空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)檢測(cè)的供回水溫差小于自控系統(tǒng)的設(shè)定溫差時(shí)，降低冷凍水泵頻率，即可減少冷凍水流量，從而減少多余的冷量傳送；反之，則提高冷凍水泵頻率，增大冷凍水流量，保證末端的冷量需要。

　　在一次泵變流量控制系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)流量減少時(shí)，控制系統(tǒng)要嚴(yán)格監(jiān)控系統(tǒng)流量的變化，以防一次水進(jìn)水流量無(wú)法維持機(jī)組的正常運(yùn)行而導(dǎo)致離心機(jī)組的不正常停機(jī)，一旦系統(tǒng)流量不足時(shí)，系統(tǒng)旁通閥應(yīng)立即開(kāi)啟，補(bǔ)充水量以滿(mǎn)足系統(tǒng)最低水流量的需求。一次泵的要求是最小頻率需要滿(mǎn)足冷水機(jī)組的最低冷凍水流量需求，此冷凍水流量對(duì)應(yīng)的水泵頻率值就是一次泵組的最小頻率。為保證冷水機(jī)組的正常運(yùn)行，設(shè)定冷水的流量變化范圍在80%——100%之間。

　　(3)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能聯(lián)控

　　根據(jù)系統(tǒng)預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)負(fù)荷，對(duì)冷水機(jī)組、冷卻泵、冷卻塔的綜合能效進(jìn)行模擬，從而實(shí)現(xiàn)冷卻泵、冷卻塔運(yùn)行頻率的自動(dòng)尋優(yōu)。滿(mǎn)足系統(tǒng)散熱量的同時(shí)，保證冷卻側(cè)（冷水機(jī)組+冷卻塔+冷卻泵）的綜合能效最高。

　　采用最低冷卻塔供水溫度來(lái)控制冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻，達(dá)到節(jié)能的目的。群控系統(tǒng)根據(jù)室外溫濕度計(jì)算濕球溫度Twet，而通過(guò)冷卻塔通風(fēng)換熱冷卻水供水溫度可以達(dá)到Twet+Δt℃（通常取3℃的溫差為參考值），故以Twet+Δt℃作為冷卻水溫度的控制設(shè)定值，盡量使冷卻水供水溫度達(dá)到或接近該設(shè)定值，系統(tǒng)同時(shí)對(duì)冷水機(jī)組的冷卻水進(jìn)水溫度進(jìn)行監(jiān)視，冷卻水進(jìn)水溫度范圍為20℃——35℃。通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水泵的頻率來(lái)調(diào)節(jié)冷卻水流量，維持冷卻水進(jìn)回的溫差不變（5℃），以實(shí)現(xiàn)冷卻水泵的節(jié)能運(yùn)行，為保證制冷主機(jī)的正常運(yùn)行，設(shè)定冷卻水的流量變化范圍在80%——100%之間。

　　(4)設(shè)備啟停控制

　　冷水機(jī)組的啟停是由控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先編程來(lái)進(jìn)行的。商場(chǎng)可根據(jù)工作日、節(jié)假日、促銷(xiāo)日等不同運(yùn)營(yíng)模式按需求設(shè)定冷機(jī)設(shè)備的開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間，從而減少不必要的浪費(fèi)。

　　設(shè)備的連鎖控制如下：

　　啟動(dòng)：首先開(kāi)冷卻塔風(fēng)機(jī)→開(kāi)冷卻水碟閥→開(kāi)冷卻水泵→開(kāi)冷凍水碟閥→開(kāi)冷凍水泵→最后開(kāi)冷水機(jī)組；

　　停止：首先停止冷水機(jī)組（延時(shí)10分鐘）→關(guān)冷凍水泵→關(guān)冷凍水碟閥→關(guān)冷卻水泵→關(guān)冷卻水碟閥→最后關(guān)冷卻塔風(fēng)機(jī)→關(guān)冷卻塔碟閥。

　　系統(tǒng)將自動(dòng)記錄單臺(tái)冷水機(jī)組的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，根據(jù)機(jī)組的累計(jì)運(yùn)行狀況來(lái)采取超前和滯后控制，盡量使冷水機(jī)組達(dá)到平均使用，便于用戶(hù)進(jìn)行統(tǒng)一的維護(hù)和保養(yǎng)。

　　2.冷水機(jī)組變頻改造

　　冷水機(jī)組在不同負(fù)荷情況下能效不同，根據(jù)AHRI（美國(guó)制冷協(xié)會(huì)（ARI）與美國(guó)燃器具制造商協(xié)會(huì)）規(guī)定的評(píng)估冷水機(jī)組耗電指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)（AHRI550/590(I-P)-2018），可用NPLV（非ARI標(biāo)準(zhǔn)工況下綜合部分負(fù)荷效率）來(lái)衡量冷水機(jī)組的綜合能效，可作為冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行能耗的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其計(jì)算如式（4）所示。

　　式中：A為100%同冷水機(jī)組負(fù)荷下的冷水機(jī)組能效；B為75%同冷水機(jī)組負(fù)荷下的冷水機(jī)組能效；C為50%同冷水機(jī)組負(fù)荷下的冷水機(jī)組能效；D為25%同冷水機(jī)組負(fù)荷下的冷水機(jī)組能效。

　　為提高冷水機(jī)組NPLV值，使用原廠設(shè)備對(duì)單臺(tái)冷水機(jī)組進(jìn)行變頻改造。變頻離心式冷水機(jī)組的控制將導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)與變頻控制有機(jī)結(jié)合起來(lái)，其控制邏輯為：70%——100%負(fù)荷范圍內(nèi)，機(jī)組保持導(dǎo)流葉片全開(kāi)，通過(guò)變頻控制裝置降低壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)使機(jī)組卸載；當(dāng)負(fù)荷低于70%時(shí)，導(dǎo)流葉片開(kāi)始關(guān)閉；當(dāng)負(fù)荷低于50%時(shí)，為避免出現(xiàn)喘振適當(dāng)增加壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。這樣可加大機(jī)組運(yùn)行范圍，與定頻機(jī)組相比較，冷水機(jī)組在制冷量相同下，變頻壓縮機(jī)相關(guān)效率更高，能耗更低。

　　02.熱站節(jié)能改造

　　目前熱站的換熱循環(huán)泵雖設(shè)有控制柜，但實(shí)際仍憑人工經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行。針對(duì)此問(wèn)題，本次改造對(duì)控制柜重新編程并增設(shè)節(jié)能控制邏輯，從而實(shí)現(xiàn)換熱站的節(jié)能運(yùn)行，主要功能包括：

　　①分時(shí)節(jié)能控制：在非運(yùn)營(yíng)時(shí)間段，根據(jù)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)換熱循環(huán)泵的頻率，主動(dòng)減少供熱量，避免熱量浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)熱站的節(jié)能運(yùn)行；

　　②氣候補(bǔ)償控制：增設(shè)室外氣象參數(shù)傳感器，當(dāng)室外溫度變化時(shí)，為保證室內(nèi)溫度的相對(duì)穩(wěn)定，可對(duì)換熱循環(huán)泵頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)供水溫度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。依據(jù)天氣條件按需供熱，避免在供暖初期和末期的過(guò)度供熱。

　　03.末端節(jié)能改造

　　1.末端控制系統(tǒng)優(yōu)化

　　控制空調(diào)機(jī)組區(qū)域供能調(diào)節(jié)，將原有的末端組合式空調(diào)機(jī)組接入智慧能源管理平臺(tái)，恢復(fù)其調(diào)控功能。通過(guò)在商場(chǎng)典型區(qū)域設(shè)置的溫濕度傳感器所反饋的室內(nèi)環(huán)境溫度情況，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各空調(diào)機(jī)組的冷水流量和風(fēng)機(jī)頻率，控制空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)溫度和送風(fēng)量，保證各區(qū)域溫度穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)。管理人員可根據(jù)需求主動(dòng)調(diào)整不同區(qū)域的送風(fēng)溫度及風(fēng)量，降低空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，同時(shí)有效改善商場(chǎng)內(nèi)冷熱不均的狀況。

　　2.新風(fēng)控制系統(tǒng)優(yōu)化

　　通過(guò)回風(fēng)管CO2濃度傳感器反饋的參數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)新風(fēng)量，在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的前提下降低冷負(fù)荷。

　　由室外溫濕度傳感器實(shí)時(shí)反饋的室外空氣溫濕度情況確定的新風(fēng)焓值，調(diào)整新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行工況。當(dāng)室外空氣的比焓低于商場(chǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)的比焓時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)和新風(fēng)閥，加大新風(fēng)量或全新風(fēng)運(yùn)行，充分利用新風(fēng)的自然冷卻能力對(duì)商場(chǎng)進(jìn)行降溫，減少空調(diào)能耗。

　　04.智慧能源管理平臺(tái)

　　在上述改造方案的基礎(chǔ)上，綜合考慮該商場(chǎng)業(yè)主的實(shí)際管理需求，建立一套能對(duì)商場(chǎng)內(nèi)各種能源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、能耗等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制以及智能化管理的平臺(tái)系統(tǒng)。它是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)為依托，以“集中管理、分散控制”為原則而建立的綜合智慧能源管理平臺(tái)，由節(jié)能控制柜、水泵控制柜、傳感器、執(zhí)行器和上位機(jī)精準(zhǔn)計(jì)量及節(jié)能控制軟件等組成，其框架如圖4所示。

　　該智慧能源管理平臺(tái)除了能實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行外，還具以下功能，主要包括：

　　①檢測(cè)功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示室外氣象參數(shù)、能源站整體能效值、能效標(biāo)尺、供冷/供熱量、耗電/氣量、機(jī)組能效值以及能源站熱平衡率等參數(shù)；

　　②三維顯示：能源站設(shè)備布置圖及水路布置圖，并標(biāo)明每臺(tái)設(shè)備及管路的詳細(xì)參數(shù)與信息；

　　③熱平衡校驗(yàn)：實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的熱平衡，驗(yàn)證測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性；

　　④報(bào)警功能：記錄并管理主要設(shè)備的報(bào)警時(shí)間和解除時(shí)間及報(bào)警次數(shù)等，且在畫(huà)面上顯示相應(yīng)報(bào)警點(diǎn)；

　　⑤能源管理：實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)主要設(shè)備的用能量、供冷/供熱量等，并自動(dòng)計(jì)算標(biāo)煤、碳排放量；自動(dòng)計(jì)算能源站能耗指標(biāo)、能效指標(biāo)，并通多種算法幫助管理者準(zhǔn)確定位能源站用能問(wèn)題；

　　⑥能效診斷：提供“由指標(biāo)到問(wèn)題”的能源站能效診斷功能，將定位問(wèn)題，并給相應(yīng)解決方法；

　　⑦報(bào)表功能：支持逐日、逐周、逐月、逐年和自定義的自由查詢(xún)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行日志、制冷主機(jī)、冷源能效比等數(shù)據(jù)。

節(jié)能改造評(píng)估

　　基于第3節(jié)的節(jié)能改造方案，本節(jié)計(jì)算分析了該商場(chǎng)經(jīng)節(jié)能改造后空調(diào)系統(tǒng)的耗電量與運(yùn)行費(fèi)用。

　　01.節(jié)能量評(píng)估

　　1.冷站節(jié)能評(píng)估

　　(1)水泵與冷卻塔變頻調(diào)節(jié)

　　在水泵的變頻調(diào)速應(yīng)用中，對(duì)于同一臺(tái)水泵以不同轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)行時(shí)，流體密度與結(jié)構(gòu)尺寸均為一致，則水泵的流量、揚(yáng)程、軸功率與轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系如下：

　　式中：下角標(biāo)e是對(duì)額定工況而言；下角標(biāo)s為實(shí)際工況而言；H為水泵的揚(yáng)程，m；Q為泵與風(fēng)機(jī)的流量，m3/s；N為泵與風(fēng)機(jī)的功率，kW；n為轉(zhuǎn)數(shù)，r/min。

　　依據(jù)Q=cm?t，在供回水溫差不變的情況下，負(fù)荷率與流量1次方關(guān)系。為保證冷水機(jī)組的正常運(yùn)行，設(shè)定冷凍水和冷卻水的流量變化范圍在80%——100%之間，則水泵的流量和負(fù)荷率的關(guān)系如圖5所示。

　　依據(jù)2.1節(jié)中冷水機(jī)組負(fù)荷率分布情況，對(duì)水泵頻率進(jìn)行了加權(quán)平均，求得水泵的平均頻率為40.3Hz。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)水泵頻率變化下限約在37——42Hz，極少數(shù)達(dá)到35Hz，有的空調(diào)系統(tǒng)在水泵頻率低于45Hz時(shí)就由于壓差保護(hù)而停機(jī)。依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，基于前述節(jié)能控制改造措施進(jìn)行改造后，在方案階段采用保守估算，冷凍水泵、冷卻水泵降頻運(yùn)行，平均頻率降至45Hz，水泵的轉(zhuǎn)速與輸入頻率為1次方關(guān)系，其輸入功率計(jì)算如式（6）所示，輸入功率降低為原來(lái)的0.729，若運(yùn)行時(shí)間一致，則水泵的運(yùn)行能耗可降低約27.1%；冷卻塔降頻運(yùn)行后平均頻率同樣可降至45Hz，能耗可降低約27.1%，具體節(jié)能量如表6所示。

　　式中：f為水泵的輸入頻率，Hz。

　　(2)冷站節(jié)能控制措施

　　依據(jù)文獻(xiàn)和工程經(jīng)驗(yàn)，基于前述節(jié)能控制改造措施進(jìn)行改造后，冷水機(jī)組運(yùn)行能耗可降低約5%，每年可節(jié)約6.16萬(wàn)kWh。

　　(3)機(jī)組變頻調(diào)節(jié)

　　根據(jù)冷水機(jī)組變頻改造的測(cè)算，改造后NPLV值由0.506減小至0.375，根據(jù)冷站運(yùn)行記錄計(jì)算，冷水機(jī)組年平均耗電量為123.12萬(wàn)kWh，預(yù)計(jì)節(jié)能改造后年用電量為91.35萬(wàn)kWh，每年可節(jié)能31.77萬(wàn)kWh，節(jié)能率為25.8%。

　　2.熱站節(jié)能量評(píng)估

　　本次改造換熱站部分重點(diǎn)為提升換熱站智能化水平，改造后自控系統(tǒng)將內(nèi)置節(jié)能運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)運(yùn)行、無(wú)人值守的運(yùn)行效果，提升能源的管理效率。在能源使用方面，智慧能源管理平臺(tái)可提升原有運(yùn)行策略的控制精度及調(diào)控頻率，進(jìn)一步減少運(yùn)行能耗，依據(jù)文獻(xiàn)和工程經(jīng)驗(yàn)預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)供熱量節(jié)能約5%。目前該商場(chǎng)平均每年用熱12036.43GJ，預(yù)計(jì)節(jié)能改造后每年可節(jié)省熱量601.82GJ。

　　3.末端節(jié)能量評(píng)估

　　本次對(duì)中央空調(diào)末端的改造首要目標(biāo)為恢復(fù)其自控系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能，在此基礎(chǔ)上通過(guò)智慧能源管理平臺(tái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行工況以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　根據(jù)1.3.3節(jié)末端能耗統(tǒng)計(jì)知，夏季用電量約為149.06萬(wàn)kWh，冬季用電量約為128.37萬(wàn)kWh。那愷指出，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)降頻工作時(shí)，由于風(fēng)壓變化幅度不大，變頻器的工作頻率通常大于40Hz。依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)前述改造措施改造后，空調(diào)機(jī)組平均運(yùn)行頻率預(yù)計(jì)為45Hz，風(fēng)機(jī)節(jié)能量約為運(yùn)行能耗的27.1%；同時(shí)采用整體節(jié)能策略，實(shí)現(xiàn)末端與冷源的聯(lián)合調(diào)控，大約可實(shí)現(xiàn)冷機(jī)節(jié)能量5%。通過(guò)對(duì)末端系統(tǒng)的節(jié)能改造，預(yù)計(jì)總節(jié)能量約為81.34萬(wàn)kWh，節(jié)能率為29.32%。

　　綜上所述，通過(guò)對(duì)冷站、熱站及末端系統(tǒng)增設(shè)節(jié)能控策略并接入智慧能源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)的無(wú)人值守和節(jié)能運(yùn)行。節(jié)能改造后，每年可節(jié)省電量140.56萬(wàn)kWh，節(jié)省熱量601.82GJ。

　　02.經(jīng)濟(jì)性分析

　　依據(jù)業(yè)主提供的《水電費(fèi)清單》，項(xiàng)目平均電費(fèi)約為1.14元/kWh，熱價(jià)為98.9元/GJ，項(xiàng)目各項(xiàng)節(jié)能技改措施節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用如表6所示。

　　由表7可知，冷站改造年均節(jié)費(fèi)31.29萬(wàn)元，熱站改造年均節(jié)費(fèi)5.95萬(wàn)元，末端改造年均節(jié)費(fèi)92.73萬(wàn)元，主機(jī)變頻年均節(jié)費(fèi)36.22萬(wàn)元；綜上所述，項(xiàng)目年均總節(jié)費(fèi)166.19萬(wàn)元。

結(jié)語(yǔ)

　　本文針對(duì)北京某商場(chǎng)供暖空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗高、管理控制水平不佳等問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行了冷站、熱站及末端系統(tǒng)的節(jié)能改造。同時(shí)，依托智慧能源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了商場(chǎng)供暖空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，不僅保證了商場(chǎng)供冷（熱）區(qū)域環(huán)境舒適性，而且大幅降低了供暖空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，完善了用能的精細(xì)化管理，提高了能源利用率，降低了能耗成本。通過(guò)計(jì)算可知，節(jié)能改造后年節(jié)電量為140.56萬(wàn)kWh，每年節(jié)省電費(fèi)160.24萬(wàn)元；節(jié)熱量為601.82GJ，每年節(jié)省供熱費(fèi)用5.95萬(wàn)元，具有較好的節(jié)能效果及經(jīng)濟(jì)效益，可為北京地區(qū)類(lèi)似公建節(jié)能改造提供借鑒和參考。（文/牛笑晨，褚賽，劉啟明，許抗吾，高朋）

來(lái)源：IESPlaza綜合能源服務(wù)網(wǎng)