广州设计大厦(XXXX公共建筑节能最佳实践案例)--林辉

广州市设计院GuangzhouDesignInstitute林辉2014.3.27节能最佳案例介绍：改造项目目录Catalogue建筑概况改造前系统概况改造内容及效果全年能耗分析横向对比成果总结23建筑概况建筑名称：广州设计大厦位于广州市体育东路体育东横街3号，地处广州天河区繁华区域竣工时间：1995年建筑类型：办公建筑地下1层（车库），地上21层，总建筑面积21319平方米改造对象：设计大厦下区设计大厦1层到14层是广州市设计院的办公区，其空调系统与其他楼层完全独立开，各项电费也与其他楼层分开计量本案例的研究对象为设计大厦的1-14层，为叙述方便之后称为“设计大厦下区”设计大厦下区建筑面积12180平方米，空调面积8630平方米45改造前系统概况–建筑能耗建筑主要能耗类型：电能抄表数据反映2008-2010年的用电量空调用电约占建筑总用电的1/3年份总用电量kWh空调系统用电kWh其他用电（照明、动力等）kWh空调电耗占总电耗百分比单位建筑面积年能耗kWh/m2单位建筑面积年空调能耗kWh/m22008128540740007588533231.12%105.532.92009130708948718781990237.27%107.340.02010123460342400681059734.34%101.434.86改造前系统概况–空调系统空调系统概况冷源：两台260RT和一台71RT的螺杆式冷水机组输配系统：冷冻水侧和冷却水侧均为一次泵定流量系统安装位置：制冷机房位于1层，冷却塔设置于4层及21层天面水系统形式：两管制异程末端形式：大空间内采用全空气系统，小空间采用风机盘管加独立新风系统形式冬季运行：空调系统的运行时间为每年的4月15日到11月15日，冬季空调停止运行，通过自然通风可基本满足室内舒适性需求7改造前系统概况–存在问题2011年，通过项目组的现场调研，发现空调系统的运行中主要存在以下问题：部分主要设备因使用年限较长而陈旧，运行效率下降水输送采用一次泵定流量系统，部分负荷运行时出现大流量小温差的问题主机容量配置偏大，在不变频条件下两台大冷水机组并联运行时大流量小温差的问题更加突出部分空调区域存在冷热不均的情况，例如办公大堂空调区域温度偏低，而电梯厅温度偏高个别开放办公区等区域由于传感器位置设置不当，使得室内温度偏低，室内人员为了提高室内温度而打开外窗，从而增加了供冷量全空气系统新、回风阀由于使用时间较长，调节性能很差从调研结果看，设计大厦下区原有空调系统的水系统变流量特性较差，设备陈旧，末端调节特性不佳，这也是广州地区较早投入使用的中央空调系统所存在的共性问题项目组决定对设计大厦下区的空调系统进行一次全面改造，并为该地区同类型建筑的改造工作提供参考案例89改造项目一：中央空调能效自动跟踪评价系统中央空调能效自动跟踪评价系统（以下简称为“评价系统”）由项目组自主开发通过在空调系统内安装的各类电子元件收集系统的运行数据，自动将测试结果上传数据库利用自制软件界面实时统计和显示空调系统的运行状态支持通过互联网进行远程数据操作与目前常见的能源管理系统相比，评价系统除了监测空调系统的运行数据外，还能实时计算并显示空调系统各子循环及整体的瞬时能效、平均能效、负荷率等数据10改造项目一：中央空调能效自动跟踪评价系统系统监测界面11改造项目一：中央空调能效自动跟踪评价系统系统评价界面12改造项目一：中央空调能效自动跟踪评价系统数据库每15分钟上传记录一组用电、供冷数据13改造项目一：中央空调能效自动跟踪评价系统改造前的数据搜集工作评价系统连续监测了2011年7-11月共五个月的空调系统运行数据该段时间内系统运行的各项主要指标数据显示○空调系统内各子循环的能效值均处于较低水平○特别是冷冻水泵和冷却水泵的输送系数严重偏低○系统平均负荷率长期低于30%改造方案基于“热力按需分配，电力按需投入”的改造原则，通过变频等手段使得空调系统所有设备的能耗均能随需求冷量变化全面的改造工作从2011年12月开始，至2012年6月基本结束改造工作完成后，评价系统继续监测空调系统的运行情况冷水机组平均COP4.26冷冻水泵输送系数（EER）16.3冷却水泵输送系数（EER）19.5冷却塔能效（EER）151.5末端平均能效（EER）19.6冷源系统平均能效（EER）2.70空调系统平均能效（EER）2.37系统平均负荷率27.4%14改造项目二：制冷主机改造改造前1#与3#冷机能效严重偏低依据负荷计算及实测冷量的数据，项目组认为系统原有的冷机选型偏大目前设计大厦下区的平时负荷约为330RT，加班负荷约为30RT改造方案将3#机组更换为80RT水冷螺杆式冷水机组对1#机组进行维修保养，之后作备用机组通过2#机组和更换后的3#机组的搭配运行能够满足330RT的平时负荷和30RT的加班负荷改造后效果机组1#260RT2#260RT3#70RTCOP3.315.162.6015改造项目三：水泵的变频改造改造前2011年8月1日供回水温度记录冷冻水和冷却水的供回水温差维持在3℃左右，处于“大流量、小温差”的运行状态另一方面，评价系统的数据显示，空调系统的各水泵的平均效率均低于60%，远远偏离70%的设计效率051015202530354013579111315171921232527293133353739414345时间节点温度℃冷冻水总回水温度冷冻水总供水温度冷却水总回水温度冷却水总出水温度16改造项目三：水泵的变频改造改造方案更换水泵，将水系统改造为双侧一次泵变流量系统改造后效果改造后水泵的电耗仅为改造前的1/4到1/3左右，节能效果显著水泵类型数量流量（m3/h）扬程(kPa)其他参数冷冻水泵480320变频控制;水泵效率≥75%冷却水泵4100250变频控制;水泵效率≥75%17改造项目四：冷却塔变频改造改造前评价系统的显示，改造前冷却塔的能效仍属于正常范围内但是，项目组对冷却塔进行了一系列变流量运行测试，发现其不适合变水量运行改造方案为配合冷却水泵的变频改造，项目组决定将冷却塔更换为可变流量型横流式冷却塔改造后效果18改造项目五：空调系统末端改造改造前大部分设备自1997年起投入使用，其运行效率有很大衰减，且变风量性能较差原有空调自控系统存在失灵问题空调风系统改造更换部分老化设备，包括立柜式空气处理机、新风处理机组等，取消两台噪声比较大的轴流排风机，更换为管道式离心排风机立柜式空调处理机及吊式新风处理机加装变频器，加入自控系统风机盘管更换为直流调速控制全空气系统的新风管道加大，允许过渡季节全新风运行设置新风需求控制，增加CO2监测传感器，根据室内CO2浓度检测值调整新风量调整室内温度传感器的位置，为每个办公室设置独立控制面板及计费装置，实现按需调节室内温度19改造项目五：空调系统末端改造空调水系统改造空调各末端设备独立的温控装置采用全新的自动控制原理在各层水系统最不利点设置压差变送器，保证系统最不利端的供回水压差能够满足设计要求另外，在各个末端设备（包括空气处理机、新风处理机、风机盘管等）供回水管上增加热力控制阀，使末端设备供回水温差保证在设计范围内为今后的水力平衡的研究提供参考，项目组在不同楼层采用了不同的水力平衡技术○例如，十一层采用了动态加静态调节阀组合的调节措施，保证各支路的压差在设计的范围内○十二层是风机盘管加独立新风的形式，除了采用了动态加静态调节阀组合的调节措施外，又在风机盘管侧供回水总管上增加温差控制阀，使得该主管上供回水温差在设计范围内运行改造后效果20改造后的效果系统能效提升空调系统能效大大提高2.373.75供冷量减小采用了更好的末端控制技术后，系统的供冷量减少了约23%例如，在温度较高的7、8月份，由于采用了动态新风技术，减小了新风负荷室内温度控制系统运行良好，局部过冷的问题得到解决，促使供冷量减少21改造后的效果空调用电量减少同期对比，改造后比改造前节省了空调用电15.9万kWh节能率51.6%节能贡献分析各项改造措施间的互相影响，要完全定量分析各自的节能量是不可能的但可通过折算方法大致评估各项节能措施对降低耗电量的贡献程度2223全年空调能耗分析分析时间段设计大厦下区的空调系统节能改造工作于2012年6月份基本完成从评价系统中提取了2012年7月份开始到2013年6月份共12个月的运行数据，进行全年能耗分析空调系统分项电耗改造后系统的输配能耗所占比例大幅降低，空调系统中72%的电耗是在冷水机组上，输配系统约占14%，空调末端约占14%24全年空调能耗分析空调系统总电耗节能效果显著25全年空调能耗分析空调系统能效“热力按需分配，电力按需投入”策略下，在部分负荷的月份，系统的能效要高于满负荷的7、8月份冷机大小搭配运行，水泵变频，末端变频以及优化的控制策略带来了预想中的改造效果系统全年的平均能效为3.8626全年空调能耗分析设计能效统计各设备的配电功率，乘以同时运行系数（末端设备取0.8，水泵和冷却塔取0.9，冷机取1.0）负荷计算软件得出建筑物的设计点冷负荷二者相除定义为系统的设计能效值设计能效值的计算结果为3.25，实际每个月的运行能效均高于该值27全年空调能耗分析冷源系统能效更加明显的看出在部分负荷下系统的节能运行效果冷源系统的全年平均能效是4.4828全年空调能耗分析指标值冷水机组平均COP5.31冷冻水泵平均EER78.1冷却水泵平均EER71.7冷却塔平均EER239.5空调末端平均EER29.6冷源系统平均EER4.48空调系统平均EER3.86单位建筑面积冷机电耗13.6kWh/m2.a单位建筑面积水泵电耗2.2kWh/m2.a单位建筑面积冷却塔电耗0.4kWh/m2.a单位建筑面积空调末端电耗2.6kWh/m2.a单位建筑面积空调总电耗18.8kWh/m2.a单位建筑面积供冷量72.8kWh/m2.a空调系统年总电耗229459kWh空调系统年总供冷量886144kWh年节电量207629kWh节能率47.5%改造后的主要数据指标2930与同类建筑的横向对比与张海军等（2007），李志生等（2008）的文献中提供的数据的对比结果改造前设计大厦下区的空调用电水平在其中属于中等，而改造后是其中能耗最低的一座建筑3132成果总结本项目的主要特点作为大型办公建筑，改造后单位建筑面积全年空调电耗低至18.8kWh/m2，相对改造前节能47.5%改造后冷源系统全年平均能效为4.48，空调系统全年平均能效为3.86，改造效果良好通过中央空调能效自动跟踪评价系统的研究和应用，为既有建筑的空调系统节能改造的效果评价提供了思路提出并应用了“热力按需分配，电力按需投入”的集成改造技术，为华南地区同类既有建筑的空调系统节能改造工作提供了参考案例欢迎各位专家来广州设计大厦现场参观指导3334