大型公共建筑中央空调系统节能运行管理

1. 大型公共建筑中央空调系统节能运行管理 XXX，博士，副教授 清华大学建筑节能研究中心 2009年7月

2. 一、节能运行管理：用数据说话

3. 各类公共建筑分项能耗数据标准值 注1：以上单位面积能耗数值均为：建筑年总能耗耗/（建筑面积-车库面积） 注2：一般采用样本的统计平均值+1倍方差作为标准值；部分标准值计算得到 引自：北京市标准《 DBJ/T11 – 6XX-2008公共建筑节能检测评估》（送审稿）

4. 分项计量系统简介 原始能耗数据 采集/远传/存储 分项能耗 拆分计算 分项能耗 数据应用

5. 应用案例：发现AHU的管理漏洞 从6.12到9.30，节省了 64,000kWh(24%)

6. 全年累计工况WTFchw=25 • 典型工况 • WTFchw=30 • 全年累计工况WTFchw=30 • 典型工况 • WTFchw=35 空调系统运行效率指标体系 引自：国家标准《GBT17981-2007空气调节系统经济运行》

7. 应用案E：空调系统冷站节能诊断 • 北京市6座大型公共建筑冷站年能耗指标对比（单位：kWh/m2.a） 22.3 10.5 7.2 ZL CF CY 11.6 9.7 MY MZ

9. 建筑CY的冷机COP偏低 • COP值在不同时段的差异很大 国标限值

10. 三台同型冷机，1号、2号出现异常，只有3号冷机正常运行三台同型冷机，1号、2号出现异常，只有3号冷机正常运行

11. 建筑MY的冷机COP偏低 • 8月份COP值明显低于7月份 国标限值

12. 建筑MY的COP随冷负荷而下降

13. MY冷机COP偏低的原因：负载率偏低 8月负载率明显低于7月，所以效率较低 大冷机负载率分布在20%~ 80%的范围，平均值偏低

15. 建筑ZL的WTFcw偏低 • 深入节能诊断表明，原因是冷却泵选型偏大 国标限值

17. 多个建筑的WTFchw指标偏低 • 深入节能诊断之后的解释： • ZL：一次冷冻泵选型偏大 • CF：二次冷冻泵选型偏大 • CY：不合理旁通 国标限值

18. 小结 • 分项能耗数据在公共建筑空调系统节能运行管理中有着重要的意义，目前亟须建立起一个数据可靠、样本数量较多的数据库 • 在分项计量的基础上，以能耗指标为基础的空调系统节能诊断方法将大大提高节能诊断的效率，降低“专家”门槛 • 节能运行管理的评价：用数据说话

19. 二、中央空调系统节能运行管理的几个具体问题二、中央空调系统节能运行管理的几个具体问题

20. 写字楼 政府办公楼 宾馆 空调系统 26％ 照明 27％ 电梯 8％ 开水器 10％ 电脑 29％ 北京大型公共建筑能耗比例 商场

21. 冷冻冷却 采暖泵 25.9% 酒店 冷冻冷却泵 11.1% 商场 冷冻冷却 采暖泵 23.4% 写字楼 空调系统能耗分析——风机与水泵 政府办公楼

22. 一、冷水机组的节能运行 要注意冷机台数控制的优化组合

23. 【案例1】某39600 m3政府办公楼 • 装机容量：大型离心式冷水机组3×1758kW • 最大运行台数：一台 • 负荷率：一台，90%时间负荷率<70%

24. 2005年夏季，冷水机组运行电耗达18.1万kWh • 若冷机维持COP＝5.5，则可节电4.1万kWh，节能率达到22% 离心式冷冻机COP随负荷变化规律 离心式冷机能效比COP随冷机负荷的减小而迅速下降，导致制冷效率降低

25. 合理的冷机、水泵群控策略 • 某28258平米办公楼，3台500冷吨的离心机组和1台100冷吨的螺杆机组 • 工作日两台离心式冷机同时运行，单台负载率约50％，COP4.5

26. 单台冷机运行

27. 合理的冷机、水泵开启台数 • 部分负荷时， 2离心机1离心机 • 可满足制冷量要求 • COP由4.5提升至5.5左右，冷机功率降低 70kW • 减少水泵开启：冷冻泵、冷却泵功率减少 90kW • 尖峰负荷时， 2离心机1离心机＋1螺杆机 • 可满足制冷量要求 • COP由4.5提升至5.5左右，冷机功率降低 70kW • 减少水泵开启：冷冻泵、冷却泵供冷减少 70kW

28. 相同型号的冷机性能也不尽相同，需要选择性能更好的冷机优化运行相同型号的冷机性能也不尽相同，需要选择性能更好的冷机优化运行 • TD3: 冷凝器传热 • TD2: 冷却水流量/水泵电耗 • TD1: 冷却塔效率/风机电耗 冷凝器换热性能有好有差！

29. 冷却塔部分负荷时的调节 • 台数调节 • 冷却塔水管上的电磁阀多数失灵 • 冷却塔多安装在楼顶，手动调节太困难 • 多台塔之间没有连通管，“倒塔”时冷却塔溢水 • 消除旁通，调匀水量，风机变频 • 根据回水温度调节 • 节省冷却塔风扇电耗 • 通过降低冷却水温度，进一步提高冷机的COP

30. 冷却塔不合理旁通 • 多台冷却塔并联时，往往根据负荷变化情况调节风扇开启数量 • 只开启部分冷却塔的风扇时，没有相应调节冷却水的分配 • 大量未经风扇冷却的水与冷却过的混合后送回冷站，回水温度高 • 极大降低冷却塔的效率 冷却塔旁通旁通示意图

31. 34% 46% 20% 36% 30% 34% 冷却塔布水不均匀 • 某楼冷却塔共3台，布水不匀，效率偏低 • 调节后，大幅度改善 测试方法

32. 冷却塔优化运行 • 实际验证冷却塔最优运行策略： • 风机全部开启+同时变频，充分利用冷却塔换热面积 制冷季冷机省电：20kW×10h/day×90day=18000度

33. 小结：冷水机组的节能运行管理 • 提高冷机负荷率：高负荷率，高COP • 把冷却侧运行优化到最佳状态，为冷机运行提供最好的外部环境

34. 二、冷冻水系统节能运行 • 研究热点问题 • “大流量、小温差”问题 • 冷冻水泵运行研究 • 一次泵冷机旁通 • 二次泵旁通恶性循环 • 实例来源： • 在京中央国家机关办公建筑节能改造 • 上海某高层建筑空调系统实测 • 香港某商场空调系统实测

36. 杜绝冷机不合理旁通 • 多台冷机并联而单台运行时，一些应关闭的阀门处于开启状态，使不工作的冷机也有水旁通 • 通过工作冷机的流量只有额定流量的50%，冷机工作状况恶化，COP从5下降到3，使得冷机电耗的30%白白浪费 冷机旁通示意图 • 为保证工作冷机的流量不至于太低，开启不该开的冷冻水 • 泵和冷却水泵，使得水泵电耗增加一倍

37. 更有甚者，无法调节 • 只能旁通 • 某医院新建门诊大楼，夏季最热时只开4台冷机，但总共并联安装11台冷机 • 冷机出入口水管上没有阀门，不工作时也旁通水量，无法调节 • 10个月空调和供暖期中，不论天气冷暖，每天必须24小时开启两台冷冻循环泵才能正常运行 • 水泵电耗高达47.5万度，浪费巨大

38. 关旁通、关水泵就节能 • 2005年夏季测试中，中央国家机关六座大楼中五座都有冷机旁通、多开水泵的现象 • 北京市政府机构办公楼中也存在类似现象 • 通过关闭旁通阀、关闭不该开启的水泵，上述五座建筑每年可节电75.5万度

39. 设计时就考虑到这一点 • 冷机、水泵以及水冷机前后的阀门联动 平时常闭

40. 水泵扬程和流量过大 • 普遍现象 • 水泵实际流量超过设计20～30%，实际扬程低于设计 • 原因 • 水泵设计扬程应相应减小 • 但盲目增加安全余量导致相反方向 • 危害 • 造成水泵性能与管路实际阻力状况不匹配 • 导致水泵长期在低效率点工作，电流和能耗超标、甚至有烧毁电机的危险

41. 水泵效率实测结果 • 实测六座政府机构公共建筑中央空调系统36台冷冻泵、冷却泵效率，最高效率为0.65，最低效率仅为0.36 • 六座政府办公楼空调系统水泵现每年夏天耗电139.7万度 • 提高泵效达到国家建筑节能标准规定的能效限值 • 可节电39.4万度，节能率达到28%

42. 如何提高水泵效率？ • 变频、切削叶轮还是换泵？ • 变频：不能改变效率 • 单台变频其他不变：性能曲线不同的泵不能并联 • 切削叶轮：流量下降，但效率下降得更厉害 • 换泵：根据实测结果选择水泵流量和扬程

43. 冷冻泵变频实测 • 某建筑冷冻水流量偏大 • 加装变频器，手动控制在40Hz

44. 冷冻泵变频节电效果 • 若进一步控制频率为36Hz • 年节电1.2万度

45. 换泵

46. 取消多余的阀门，降低扬程 • 楼内和冷冻机房管路上多余的阀门，导致水泵必须提高扬程以克服系统阻力 • D: 每台冷冻泵前后管路上都有四个开度很小的蝶阀，通过增加无谓的阻力来控制流量 • A: 冷冻机房管路上安装的限流器白白损失8～10米的扬程 实测六座政府机构公共建筑空调冷冻水系统各部分压降

47. 取消多余阀门 • 设计蝶阀或限流器 • 初衷：保证冷冻水流量不超过冷机的上限 • 若设计时仔细进行管道水力计算、取消多余的管道阻力部件，将冷冻泵扬程降到30米水柱、冷却泵扬程降到25米水柱以下 • 六个试点单位水泵电耗可再降低18.3万度，相当于水泵进一步节电18％

48. 谢谢