某大厦综合节能改造工程方案设计

1??项目工程概况

某集团办公楼1993年建造，于2013年运行，建筑面积为57?958.45?㎡，分为A、B两座，A座：地下4层地上26层，B座：地下3层 地上8层。空调冷源为蒸汽溴化锂制冷机组，采暖热源为燃气锅炉，采暖及空调面积为49?386.29㎡。末端为全空气系统、风机盘管+新风系统。本次节能改造内容主要为大厦空调系统、采暖系统、电梯系统、照明系统、自控系统等。

2??大厦各子系统运行现状分析

2.1??空调系统分析

该办公楼采用集中空调系统，空调冷源由4台250万Kcal（2?910?kW）蒸汽溴化锂吸收式机组组成，根据现有空调运行负荷情况，夏季仅开启一台制冷机组即可满足供冷需求，且制冷机组所需蒸汽由两台6?t蒸汽锅炉提供，不仅能耗大不节能，实际运行费用上也较为浪费。冷冻泵和冷却泵与制冷机组一一对应，循环泵功率同为75?kW，水泵工频运行，且水泵电机为不节能淘汰设备。

集中空调系统形式，1~6层采用全空气系统，6层以上办公区域采用风机盘管加新风系统。大厦内部餐厅、银行、高压配电室都有独立新风系统，但风机电机属于淘汰设备需要更换；空调系统共有18台冷却塔，单台风机功率5.5?kW。冷却塔周围设有较高遮挡且布水不均匀，散热效果较差。

空调系统2016年制冷季天然气消耗量为199?329?m3，电耗为524?970?kWh，折合标准煤415.8?tce，总能源费用为104.99万元。2017年制冷季天然气消耗量为203?242?m3，电耗为575?325?kWh，折合标准煤435.4?tce，总能源费用为111.02万元。

2016年和2017年，大厦空调系统制冷能耗（折算为等效电力消耗量）分别为39.51?kW·h/（㎡·a）、41.10?kW·h/（㎡·a），DB11/T 1617—2019《大型公共建筑制冷能耗限额》指标要求：限定值为21.82?kW·h/（㎡·a）、准入值14.80?kW·h/（㎡·a）、先进值8.53?kW·h/（㎡·a），该大厦运行能耗远高于标准规定值。

根据大厦物业提供的运行记录进行分析，2016年8月1日冷冻水泵运行进出口平均温差为3.2℃，2016年8月6日冷冻水泵运行进出口平均温差仅为1.2℃。制冷机组冷冻水供回水设计温差为5℃，其实际运行温差偏小因水泵流量偏大造成，故水泵选型过大。而水泵选型偏离实际运行参数，直接导致水泵运行效率降低，造成空调输配系统电耗的浪费。

经过以上分析，本项目需对冷源及输配系统实施整体改造，更换制冷机组及附属冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等主要设备，切实降低空调系统能耗。

2.2??供热系统分析

大厦采暖系统热源采用自供锅炉房，热源为2台燃气蒸汽锅炉。冬季2台6?MW锅炉一用一备，锅炉于2015年进行改造，并加装了烟气余热回收装置。锅炉燃烧天然气产生蒸汽输送至大厦裙房换热站，通过汽水换热器后将热水输送至大厦A、B座。采暖循环水泵与生活热水循环水泵电机均属于不节能淘汰设备。

供热系统2015~2016年采暖季天然气消耗量为328?331?m3，电耗为391?635?kWh，折合标准煤540.6?tce，总能源费为123.2万元；2016~2017年采暖季天然气消耗量为254?391?m3，电耗为308?775?kWh，折合标准煤427?tce，总能源费为98.2万元。具体如图1、2所示。

             

图1??2016供热季能源消耗量

图2??2017供热季能源消耗量

该大厦供暖能耗指标均值为5.90?m3/（㎡·a），与GB/T 51161—2016《民用建筑能耗指标》引导值指标6.1 m3/（㎡·a）对比，实际耗气量指标较低，优于标准引导值；但通过对大厦供暖能耗供暖期间对供热系统循环水泵效率的测试发现，其冬季空调循环泵实际运行效率仅为44.6%，与水泵额定效率75%相差较大，因此，其采暖系统节能改造重点为输配系统，经测算，实施水泵更换并配套变频控制装置，年可节能10万kWh。

2.3??电梯系统分析

该大厦共有11部电梯，其中1部货梯10部客梯。周末和节假日采取开1停3的策略降低电梯系统能耗。大厦A座主楼客梯共5部及餐厅用客梯两部，目前该电梯使用寿命已到极限，承载力与运行速度很低，且经常出现故障，应改造更换为较先进且节能的电梯。电梯系统配置情况见表1。

表1??电梯系统配置情况

2.4??照明系统分析

大厦内照明系统投入使用多年以后，平均完好率下降，照明功率高且存在以下问题。

（1）照明情况较差，不能满足使用要求。办公室的平均照度下降，局部照度低，与工作区域照明标准照度值要求有差距，影响日常的办公环境。

（2）使用寿命短，维护运行成本高。灯具受电压影响大，在高谐波电压环境下灯管使用寿命降低，需要频繁更换光源或灯具，提高了运行维护成本。

采用高效节能LED光源替换目前的荧光灯管，不仅可改善室内照明效果，使室内工作面平均照度达到国家标准的照度值要求，同时可使照明功率下降50%以上。

2.5??控制系统分析

（1）空调冷热源及附属设备为手动运行，且运行调节无连锁控制，难以根据末端需求进行合理调节。

（2）空调冷却泵、冷冻泵及采暖循环泵多采取24小时工频运行，循环水流量未进行调节，造成输配系统能源浪费。

（3）大厦无集中控制和监测信息采集系统，造成管理人员工作量增加，且容易导致数据误差。

3??项目节能改造方案设计

3.1??空调系统改造

为保证空调运行的经济性与实用性，将溴化锂制冷机更换为电制冷机。相对于溴化锂机组，电制冷机效率高且运行费用大大节省，视为最佳方案。

电制冷机组中的螺杆机与磁悬浮制冷机均可满足大厦供冷需求，考虑到空调机房设备层在B1层，为不影响办公，螺杆机还需要增设消音装置与减震装置。而磁悬浮制冷机与螺杆机相比运行使用时功率小，效率高，且相较螺杆机振动、噪声小，故选择磁悬浮制冷机。电制冷机空调系统制冷系统如图3所示。

     

图3??空调系统原理图

根据夏季空调运行记录中空调供水温差与现有冷冻水泵铭牌额定流量，校核出实际制冷量，具体如图4所示。

     

图4??夏季实际制冷量

（1）空调机组选型：考虑配电室装机负载量大，可更换为制冷量为1?231?kW（350冷吨）磁悬浮制冷机2台，单台输入功率仅为207.2?kW；制冷量为879?kW（250冷吨）磁悬浮制冷机2台，单台输入功率仅为147?kW。

（2）冷冻水泵选型见表2。

表2??冷冻水泵选型参数

（3）冷却水泵选型见表3。

表3??冷却水泵选型参数

（4）冷却塔选型见表4。

表4??冷却塔选型参数

（5）空调机组运行策略，B座地下变配电室共2台1250?kVA变压器（3号变压器和4号变压器），负载率30%。为保证两台变压器负载率均不超过70%，4台机组按以下方式运行。

表5??空调机组运行策略

本次改造通过采用磁悬浮电制冷机、并科学匹配冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的选型参数，改造后夏季空调系统运行电耗约53万kWh。改造前运行费用为111万元，年可节约费用58万元。改造后空调系统制冷能耗（折算为等效电力消耗量）为10.75kW·h/（㎡·a），接近标准先进值指标，改造后运行过程中配合机房控制系统，空调系统能耗将有进一步降低的空间。

3.2??供热系统改造

（1）冬季散热器系统循环泵更换为2台高性能水泵，一用一备（表6）。

表6??供热系统改造

（2）冬季空调系统循环泵更换为2台高性能水泵，一用一备（表6）。

通过对采暖系统循环水泵进行改造，经测算，输配系统每年可节约费用9.9万元，节能率约8%。

3.3??电梯系统改造

根据电梯现有运行情况较差，将原有老旧电梯进行更新改造，提高电梯运行速度与承载能力，以保证时效性。将A座主楼客梯五部与餐厅用客梯两部，进行电梯更新改造，具体参数见表7。

表7??电梯系统改造

通过对大厦电梯进行更新改造，可有效降低电梯故障率，使用节能高效设备，且配备电梯群控系统，降低空载运行，经过测算，改造后年可节约用电4.5万kWh。

3.4??照明系统改造

本次改造主要为大厦地下所有部位照明光源及大厦地上部分灯源。用LED高效光源替换普通荧光灯，达到节能降耗和改善照明的目的（表8）。

表8??照明系统改造

依据改造前后照明系统总功率及运行时间进行测算，年总节电量约40万kWh，节能率约53%，可达到较好的节能效果。

3.5??控制系统改造

（1）空调制冷系统循环泵加装分时控制、温度反馈调节、变频连锁控制。

（2）机房集中控制平台：设置机房集中控制平 台，对空调系统用电、机组工况进行控制，计量空调循环系统供回水温度反馈、压力、流量等参数，同时对大厦通风系统进行新/回风启停控制，数据采集。

本项目通过设置机房集中控制平台，对空调冷热源系统用电、机组工况进行控制，结合末端负荷变化及时调整冷热量供应，实现分时段分区域量化控制目标，确保空调和采暖系统预期节能目标。

4??节能改造效果分析

根据大厦物业提供的2015~2017年水、电和气逐月能耗量，以及现场实际运行记录，对夏季供冷\冬季供热、电梯、照明系统能耗数据进行分析计算，改造前后节约费用与节能量/率等数据结果见表9。

表9??节能改造效果分析

5??效益分析

本项目积极落实“住房城乡建设部办公厅、银监会办公厅关于深化公共建筑能效提升重点城市建设有关工作的通知”有关要求，积极响应《北京市“十三五”时期民用建筑节能发展规划》与《北京市公共建筑能效提升行动计划（2016~2018年）》。

本项目通过对大厦空调系统、采暖系统、电梯、照明及控制系统的综合节能改造，切实提升了建筑机电系统的运行效率，并通过信息化手段，实现机电系统实时在线监控，科学管理的目的。

经测算，本次综合性节能改造可实现年总节能量446.5?t标准煤，年节约运行费用112.4万元，改造系统综合节能率达39%，经济效益显著。此外，本项目的实施适应当前建设节约型社会的需要，可形成本地区大型公建打造节能绿色化改造示范样板的工作思路，确立本地区公共建筑节能改造的技术路线，该项工作的完成将产生较大的社会效益。