高校圖書(shū)館中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造效益分析

劉勁松 張萌 李雄圖

上海大學(xué)

引言

目前我國(guó)高校數(shù)量已超過(guò)2000所，全國(guó)校園能耗占到社會(huì)總能耗的8%【1】，隨著辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大及辦學(xué)水平的提高，這一比例有可能進(jìn)一步增大。高校建筑因其使用人群眾多、時(shí)間周期長(zhǎng)、能源管理粗放使得能源利用效率較低。調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前我國(guó)高校生均能耗和單位建筑面積能耗均高于全國(guó)人均水平和全國(guó)居民建筑單位面積能耗【2】，可見(jiàn)高校建筑存在較大的節(jié)能潛力。

我校于2014年對(duì)寶山校區(qū)圖書(shū)館空調(diào)系統(tǒng)利用合同能源管理模式進(jìn)行了節(jié)能改造，現(xiàn)對(duì)其改造后三年的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)價(jià)其改造效果，探討合同能源管理模式在節(jié)約型校園建設(shè)中的應(yīng)用可行性，為我校及其他高校的節(jié)約型校園建設(shè)提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

該建筑位于上大路99號(hào)上海大學(xué)寶山校區(qū)內(nèi)，1999年建成后投入使用，總建筑面積39176㎡，地上8層，地下1層。改造前圖書(shū)館集中冷熱源由2臺(tái)直燃式溴化鋰機(jī)組提供，系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)如表1所示。直燃式溴化鋰機(jī)組單臺(tái)額定制冷量為1750 kW；額定制熱量為1550 kW?？照{(diào)水系統(tǒng)為兩管同程式，夏季制冷供回水設(shè)計(jì)溫度為7℃/12℃，冬季供暖供回水設(shè)計(jì)溫度為45℃/40℃?？照{(diào)輸配系統(tǒng)共有4臺(tái)冷熱水循環(huán)泵，4臺(tái)冷卻水泵，8臺(tái)水泵型號(hào)相同，額定流量為200 m3/h，額定揚(yáng)程32 m，額定功率30 kW?？照{(diào)末端均為組合式空調(diào)箱，每層三臺(tái)，分別承擔(dān)相應(yīng)區(qū)域的新風(fēng)需求及熱濕負(fù)荷。

表1 圖書(shū)館空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)表

圖書(shū)館自1999年投入使用以來(lái),空調(diào)系統(tǒng)使用費(fèi)用逐年增加。于是,學(xué)校多次組織有關(guān)專家深入運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、分析、論證,一致認(rèn)為該系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用增加的主要原因有以下幾個(gè)方面。

(1)能源價(jià)格上漲

圖書(shū)館空調(diào)主機(jī)為直燃式溴化鋰機(jī)組，使用0#柴油。由于0#柴油價(jià)格從2000年-2013年整體呈上漲趨勢(shì)，造成在相同條件下，空調(diào)主機(jī)的能源費(fèi)用持續(xù)增加。

(2)空調(diào)系統(tǒng)效率下降

直燃式溴化鋰空調(diào)主機(jī)自1999年投入使用至2013年已連續(xù)使用了14年，工作效率下降，在滿足圖書(shū)館空調(diào)需求的情況下，空調(diào)主機(jī)的能源消耗量增加。

(3)設(shè)備的維護(hù)成本增加

圖書(shū)館空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)十幾年的運(yùn)行，設(shè)備逐漸老化，效率開(kāi)始降低，空調(diào)主機(jī)、水泵、冷卻塔及組合式空調(diào)箱的維護(hù)費(fèi)用逐年增加。

(4)運(yùn)行管理不夠科學(xué)

圖書(shū)館空調(diào)系統(tǒng)雖有專門的人員進(jìn)行管理，但由于運(yùn)行管理體制缺陷、缺少空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)，致使系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)不夠科學(xué)、精細(xì)、準(zhǔn)確,存在能源浪費(fèi)現(xiàn)象。

2 改造模式及改造方案

2.1 改造模式

經(jīng)大量調(diào)查研究,參考國(guó)內(nèi)外圖書(shū)館先進(jìn)節(jié)能管理經(jīng)驗(yàn),并進(jìn)行多種節(jié)能改造模式的方案比較。最終選定以合同能源管理模式對(duì)圖書(shū)館空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造,具體合作模式如下:

(1)節(jié)能服務(wù)公司負(fù)責(zé)對(duì)圖書(shū)館的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造,節(jié)能改造的費(fèi)用由節(jié)能服務(wù)公司承擔(dān)，節(jié)能效益分享期為7年，分享期后所有設(shè)備的產(chǎn)權(quán)歸屬校方;

(2)在節(jié)能效益分享期內(nèi)由協(xié)議委托的節(jié)能服務(wù)公司對(duì)圖書(shū)館的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行能源管理;

(3)對(duì)圖書(shū)館空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)、泵組、冷卻塔等設(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù)保養(yǎng);

(4)保證圖書(shū)館的空調(diào)供應(yīng),如不能按時(shí)保證,會(huì)承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。

2.2 優(yōu)勢(shì)分析

該合同能源管理模式優(yōu)點(diǎn)如下:

(1)節(jié)能服務(wù)商為圖書(shū)館空調(diào)系統(tǒng)提供檢測(cè)、改造和管理全過(guò)程服務(wù),免去校方在維護(hù)管理方面的開(kāi)支和風(fēng)險(xiǎn),提高空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命；

(2)通過(guò)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化改造,有效降低能耗,通過(guò)降低能耗使甲、乙雙方直接獲得效益；

(3)前期的節(jié)能改造費(fèi)用由節(jié)能服務(wù)商承擔(dān),緩解了學(xué)校改造資金緊張狀況。

2.3 改造方案

(1)空調(diào)冷熱源更換。

拆除圖書(shū)館原有的兩臺(tái)直燃式溴化鋰空調(diào)主機(jī)，安裝兩臺(tái)型號(hào)為MHS291ST3風(fēng)冷螺桿熱泵及一臺(tái)型號(hào)為WMC290D的水冷磁懸浮變頻離心機(jī)組，性能參數(shù)如表2所示。

表2 新裝空調(diào)主機(jī)參數(shù)表

改造完成后，制熱季由風(fēng)冷熱泵和磁懸浮水冷機(jī)組聯(lián)合為圖書(shū)館供冷；冬季由風(fēng)冷熱泵單獨(dú)為圖書(shū)館供熱。

(2)空調(diào)輸配系統(tǒng)改造。

為配合圖書(shū)館新的空調(diào)冷熱源模式，對(duì)原有的空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改造，具體包括：①對(duì)圖書(shū)館空調(diào)水管進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)三組空調(diào)立管均能獨(dú)立運(yùn)行，分別控制；②屋頂安裝新的集、分水器；③拆除地下室原本的2臺(tái)冷卻水泵及2臺(tái)循環(huán)泵移至屋頂，供風(fēng)冷熱泵使用。

(3)安裝空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

對(duì)圖書(shū)館空調(diào)系統(tǒng)安裝自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)、水泵及末端聯(lián)控，通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行策略實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書(shū)館空調(diào)系統(tǒng)的科學(xué)化、精細(xì)化管理，在保障圖書(shū)館空調(diào)使用效果的同時(shí)，有效的節(jié)約了能源。

(4)水泵變頻改造。

對(duì)原有的8臺(tái)水泵進(jìn)行變頻節(jié)能改造，降低水泵能耗。

3 效益分析

3.1 能耗分析

圖書(shū)館空調(diào)系統(tǒng)自2015年1月改造完成后進(jìn)入節(jié)能效益分享期，經(jīng)過(guò)三年的運(yùn)行，對(duì)其改造前后的節(jié)能效益分析(由于改造前圖書(shū)館未裝有電力分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)，這里僅對(duì)空調(diào)主機(jī)節(jié)能效益進(jìn)行分析)。

改造前空調(diào)主機(jī)的能源為0#柴油，根據(jù)圖書(shū)館能源臺(tái)賬，2012年空調(diào)系統(tǒng)消耗0#柴油180010升，2013年消耗198735升，以兩年0#柴油消耗量的平均值，即189372．5升/年，作為圖書(shū)館空調(diào)系統(tǒng)年能耗基準(zhǔn)值。按照?qǐng)D書(shū)館空調(diào)每年使用7個(gè)月計(jì)算（即1月-3月、7月-9月、12月），則平均每月消耗基準(zhǔn)值為27053．21升0#柴油，以上海市發(fā)改委公布的每月1號(hào)0#柴油市場(chǎng)價(jià)格乘以當(dāng)月能耗基準(zhǔn)值作為月能耗費(fèi)用基準(zhǔn)值（見(jiàn)表3）。

表3 圖書(shū)館空調(diào)主機(jī)2015-2017逐月能耗費(fèi)用基準(zhǔn)值

改造結(jié)束后圖書(shū)館安裝分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)，2015年-2017年空調(diào)主機(jī)逐月能耗情況(見(jiàn)圖1、表4)。

圖1 2015-2017圖書(shū)館逐月耗電量

表4 圖書(shū)館空調(diào)主機(jī)2015-2017逐月耗電量（kW·h）

3.2 節(jié)能效益

由表3、表4可以發(fā)現(xiàn)，圖書(shū)館空調(diào)主機(jī)年能耗基準(zhǔn)量為0#柴油189372．50升，折合標(biāo)煤220．75t；2015年-2017年相應(yīng)的空調(diào)主機(jī)年電力消耗量分別為 12656662．72 kW·h、1315030．82 kW·h 及1236217．48 kW·h，折合標(biāo)煤為155．46 t、161．53 t及151．84 t，(見(jiàn)表5)。

表5 空調(diào)主機(jī)節(jié)能效益表

則圖書(shū)館空調(diào)主機(jī)2015年-2017年節(jié)能率分別為29．58%、26．83%及31．22%，三年平均年節(jié)能率為29．21%，節(jié)能效益達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

由表3可知，圖書(shū)館空調(diào)主機(jī)2015年-2017年能耗基準(zhǔn)費(fèi)分別為1088080．11元、1018012．29元及1125143．00元，按照學(xué)校電價(jià)0．636元/kW·h計(jì)算，則2015年-2017年圖書(shū)館空調(diào)主機(jī)實(shí)際能耗費(fèi) 用 分 別 為 804961．49 元 、836359．60 元 及786234．32元，(見(jiàn)表6)。

表6 空調(diào)主機(jī)節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益表

圖書(shū)館空調(diào)主機(jī)經(jīng)過(guò)節(jié)能改造后，2015年-2017年年均節(jié)約能源費(fèi)用267893．33元，平均能耗費(fèi)用節(jié)省率24．87%。如果加上圖書(shū)館空調(diào)主機(jī)的日常管理費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、保養(yǎng)費(fèi)用等，經(jīng)濟(jì)效益將更加顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)三年的運(yùn)行,我校對(duì)這種合同能源管理模式較為滿意,取得了以下幾個(gè)方面的管理效益:(1)能源成本大幅度下降;(2)空調(diào)系統(tǒng)的管理得到有效保證,空調(diào)效果有明顯提高;(3)設(shè)備通過(guò)專業(yè)的維護(hù)保養(yǎng),設(shè)備的壽命得以延長(zhǎng)。實(shí)踐進(jìn)一步證明,上海大學(xué)寶山校區(qū)圖書(shū)館采取的中央空調(diào)合同能源管理創(chuàng)新模式,切合用戶實(shí)際,管理模式科學(xué),節(jié)能效果顯著，合作雙方均能從中取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

[1]譚洪衛(wèi)，徐鈺琳，胡承益，等．全球氣候變化應(yīng)對(duì)與我國(guó)高校校園建筑節(jié)能監(jiān)管[J]．建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2010．29（1）：36-40

[2]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心．中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2007[M]．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007:22-26

[3]教育部發(fā)展規(guī)劃司副司長(zhǎng)宋德民談中國(guó)高校后勤社會(huì)化改革[J]．高校后勤研究，2005（5）