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某行政中心空调系统低碳改造实施方案高家绪王轩冯子睿（宁波市房屋建筑设计研究院有限公司，宁波）摘要：结合某行政中心空调系统的低碳改造案例，简述了该工程的实施方案。内容包括：能源站群控升级、信息机房冷源改造、后勤服务中心冷热源改造、物联网的应用，以及集中空调建筑“加班空调”的问题解决。希望通过客观分析及问题描述，对建筑领域空调系统的节能改造提供思路与借鉴。关键词：低碳改造；能源站；智能群控；物联网；加班空调高家绪，男，年生，大学，高级工程师 宁波市鄞州区江东北路 号和丰创意广场创庭楼 室 ：收稿日期：引言随着设计规范的更新及节能技术的日益发展，在宁波市作为住房和城乡建设部公共建筑能效提升示范城市的背景影响下，设计标准老旧的行政中心有必要带头开展节能改造，起到示范作用。本文通过对某行政中心基本信息、能耗数据、用能设备参数等的全面收集，对暖通设备运行状况和能源管理情况进行现场调研，分析、查找能源管理体系和用能系统及行为节能存在的问题，提出节能改造方案。工程概况、能耗现状及能耗对标 工程基本信息该行政中心以办公为主，属于既有公共机构建筑，于 年通过竣工验收，年投入运营。项目总建筑面积约 万，由栋单体楼及地下室组成，各楼栋位置及功能如图所示。图行政中心各功能区位分布图 能耗标准及现状根据 行政机关、场馆能耗定额及计算方法 要求，党政机关单位面积能耗、电耗及人均综合能耗、电耗指标需满足的数值及行政中心能耗现状如表所示。表行政机关能耗定额及行政中心能耗现状主要指标约束值基准值引导值行政中心能耗数据 年 年 年单位建筑面积能耗（标准煤）（）市级 人均综合能耗（标准煤）（人）市级 单位建筑面积电耗（）市级 人均电耗（人）市级 由表可知：本项目能耗距基准值尚有差距，人均电耗甚至不满足约束值，且呈逐年增长趋势。改造策略：结合项目环境特点，提高能源利用效率；充分发挥数字服务优势，融合数字孪生技术，提高后续管理效能。改造目标：首先满足基准值，力争达到引导值要求。空调系统改造内容概述通过现场踏勘、查询机组运行台账及方案讨论，确定本项目空调系统改造主要由以下五方面构成：）能源站群控的升级改造；）信息机房冷源改造；）后勤服务中心冷热源改造；）物联网在空调系统中的应用；）加班空调的分析与应用。以下将分别介绍改造内容。能源站群控升级改造 能源站的设置及控制范围行政中心共设有两处集中能源站：号能源站位于楼区域地下层，服务楼公共区域和楼、楼整体，内设台离心式冷水机组（台变频）及台螺杆式冷水机组，另设台螺杆式冷水机组作为楼数据机房的夏季及过渡季冷源，换热器采用台汽水板式换热器；号站位于楼区域地下层，服务会议中心及行政服务中心区域，内设台离心式冷水机组及台螺杆式冷水机组作为冷源。冬季制热采用套智能板式换热机组。机房内同时设有冷却水板式换热器组，用于过渡季主机停用时的内区负荷供应，由屋面对应冷却塔负责供冷。能源站及空调系统现状分析根据现场勘查得出以下初步结论：）能源站内冷水机组运转正常，相关参数符合设计要求；）空调系统运行基本正常，温度、噪声等相关参数均空调制冷暖通空调 年第 卷增刊未发现异常；）水系统补水正常，未见管道跑冒滴漏现象；）冷却塔运转正常，冷却性能未见明显异常，采用的自动补水设备运行正常；）各水泵运转正常，但管道侧个别压力表损坏，需核查；）号能源站所设过渡季冷却塔未投入使用；）已按环路或楼层等区域设置空调计量热表，但远传计量系统未使用；）管道保温基本完好，保温效果尚可；）空调末端、空调机组、水泵、冷水机组及换热机组未实现联合控制；）仅实现冷水机组、水泵启停的远程控制。目前，、号能源站群控现状及需提升内容如表所示。表、号能源站群控现状及需提升内容序号设备名称群控现状需要提升的内容制冷主机启停正常与主机通讯，获取运行参数冷水泵仅实现启停控制，变频设备停用实现全自动控制、运行冷却水泵启停、变频设备正常实现全自动控制、运行传感器采集正常接入群控系统主机电动开关阀控制部分正常排查维修环路调节阀控制正常调节阀最小开度过大冷却塔启停正常冷却塔风机变频冷却塔电动开关阀未投入使用排查后接入群控系统供暖水泵仅实现启停控制，变频设备停用实现全自动控制、运行 蒸汽调节阀控制正常增设气候补偿器联动 冷却塔板式换热器系统未投入使用接入群控系统 能源站智能电表采集正常接入群控系统由表可知：、号能源站控制系统仅实现启停功能。变频设备虽完善，但未实现全自动、智能化功能，运行策略亟需优化。改造集中空调群控系统、增大节能空间应作为下一步的主要目标。能源站群控升级改造措施对原有的硬件设备进行排查，包括但不局限于电动阀门、传感器、变频器等，尽量利用原有硬件并替换损坏部件，通过进一步升级算法，实现以下功能：）通过控制制冷主机电动开关阀，实现主机高效组合运行；）在主机自动化运行基础上，实现冷热水泵的自动变频控制；）合理减少蒸汽用量；）实现冷却水系统的自动控制，确保其在高效区运行；）实现区域热量及流量的平衡控制。具体措施及节能点简述如下：）制冷主机运行优化。利用系统多台主机同一制冷量需求下存在不同组合的特性，根据机组自身负荷效率特性曲线，充分利用变频离心机部分负荷时效率最高且具备变负载能力的优点，以及螺杆机具有低负载能力的特点，寻求最佳运行逻辑及最优的设备组合。同时，以提升出水温度、降低主机能耗为目的，根据建筑物负荷特点，结合 行政中心中央空调运行规定 及室外气象条件，自动设置最佳机组出水温度，满足其高效运行。）冷却塔电动开关阀控制及风机变频。目前能源站内每台冷水机组均对应多台冷却塔，电动开关阀均呈开启状态，未接入群控系统，导致冷却水流入主机对应的所有塔内，冷却塔风机持续运行，能耗偏高。优化措施：将所有冷却塔电动开关阀接入群控系统，根据室外露点温度的变化，自动得出冷却系统的最佳控制温度。同时，根据最佳控制温度，调整冷却塔风机的频率及冷却塔组的台数，使冷却系统在满足冷水机组需要的前提下节能运行。号能源站节能优化系统框架图见图。图号能源站节能优化系统框架图）会议中心空调系统运行优化。针对非工作时间会议中心空调运行能耗较大的问题，本次升级改造控制策略如下：优先使用具有低负载能力的螺杆机来满足会议中心的需求，并开启相应水泵。通过压差传感器控制其变频，快速响应会议中心末端需求，并实现风水联动。同时，关闭分集水器上其他未使用区域的支管电动阀门，减少整个水系统暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷循环的规模及惰性。将原有额定制冷量 的螺杆机对应的冷水泵设置变频措施，并纳入群控系统。当机组冷负荷容量降低至额定负荷的 时，合理供冷范围在 以内，可满足会议中心非工作时间的使用要求且能够尽可能降低空调能耗。如果零散小型会议室相对独立且非工作时间使用频率较高，则可在屋面为其单独设置一体式风冷模块机组，空调机房内机组通过设置电动阀转换运行。）号能源站冷却水板式换热器及对应冷却塔的应用。利用现有设备及新增控制点位、阀门等措施，结合空调系统末端反馈信息，针对行政服务中心、会议中心内区及部分餐饮区，在外区无需供冷时，启用过渡季节板式换热器，实现免费供冷。安装在集水器外区回水支管上的电动调节阀应配合关闭，减少供回水环路的冷量损耗。能源站群控升级改造初投资、节能量及静态回收期通过以上群控优化措施的实行，基于过去年平均能耗测算：号能源站年能耗将从 万降低至 万左右（含信息机房空调能耗约 万），改造费用约 万元；号能源站年能耗将从 万降低至 万左右（基于冷却水板式换热器的使用），改造费用约 万元。、号能源站静态投资回收期均为年，预期节能率均大于。楼信息机房冷源改造 信息机房冷源现状及改造措施信息机房是行政中心的数据中枢，其发热量大，且需保持 恒温状态，因此需全年供冷，空调系统的安全性至关重要。现为其供冷的冷源为号能源站内的螺杆式冷水机组，在夏季和过渡季全天运行；冬季及低温时段过渡季（月、月）转为裙房屋面台 空气源热泵机组运行。经现场勘探，发现数据中心负荷逐年略递增，而空气源热泵机组因年代久远，制冷效率降低且故障频出，已不适应节能及安全运行的要求。因此，决定原址更换机组（泵组利旧）。更新 后 的 机 组 仍 为 台，单 台 额 定 制 冷 量 提 升 为 。同时，将能源站内螺杆机组对应的冷却塔加装供回水总管电动旁通阀、温度传感器和室外温湿度传感器，在过渡季节通过控制旁通阀开度，满足螺杆机组最低冷却水温开启要求。综上，更换空气源热泵机组并创造条件延长冷水机组的使用时间，可尽可能降低能耗。选型空气源热泵机组的特点由于与螺杆机组共用水系统，机组选用间接自然冷却型，并且要求机组为全年制冷型，机组自带壳管防冻措施（配辅助电加热及防冻循环水泵），制冷剂采用 。更换后的空气源热泵机组的 可提高到。改造后节能量分析经核算，仅更换空气源热泵机组一项改造，运行时间（按 ，每天运行 计）内，年节电约万；如计入过渡季节通过控制电动旁通阀开度，满足螺杆机组最低冷却水温开启要求等多项改造措施的施行，预计全年累计节电不低于万，节能率接近。楼后勤服务中心冷热源改造 冷热源现状后勤服务中心现有空调冷热源为 年月生产，共台同品牌同参数的风冷螺杆机组，位于屋面；目前机组能够运行，但夏季制冷工况出水温度已达，冬季制热工况出水温度也不满足设计要求。此外，风冷螺杆机组老旧，能效衰减，运行费用较高。其中台机组的压缩机已大修，且维修费用较高；同时，随着主机的升级换代，很多配件难以匹配，因此现有机组存在维保成本高、运行安全风险大的问题。近年来，空调主机产品在质量、稳定性及节能性等方面均有较大提高，尤其是变频磁悬浮离心式冷水机组等节能型空调主机的推广应用，大幅提升了空调系统的能效。结论：后勤服务中心风冷螺杆机组能效降低明显，出水温度已无法满足设计要求，且机组长期处于高负荷运行，安全性低，应考虑更换。机组选型及运行策略选型原则：设计总冷负荷为 ，总 热 负 荷 为 。依此选型台高能效风冷螺杆机组及台水冷变频磁悬浮一体机，通过适当调整基础，仍放置于原机组位置；台风冷螺杆机组按冬季热负荷选型，水冷变频磁悬浮一体机补充不足冷量。改造后的冷热源系统可以提供总额定热量 ，总额定冷量 ，均满足设计要求。设备 值从 （原机组）分别提升到 （风冷螺杆机组）、（磁悬浮机组）；部分负荷性能系数则由 分别提升到 （风冷螺杆机组）及 （磁悬浮机组）。运行策略：夏季供冷工况下，优先运行高能效的磁悬浮机组，当需冷量大于磁悬浮机组额定容量时，再顺序开启风冷螺杆机组供冷作为补充。空调系统采用一级泵变流量系统，使蒸发器侧流量随负荷侧流量而变化。冬季工况下，依负荷侧需求，依次开启风冷螺杆机组供热；同时，本次改造增加一套群控系统，以控制逻辑及通讯网络构建起设备层、控制层、管理层的框架结构，将主机的内部运行特性和性能参数与控制系统无缝结合，从而提高空调系统的整体能效。主机及循环水泵、冷却水泵、冷却塔参数如表所示；后勤服务中心冷热源改造平面图见图。改造费用及节能量估算经初步测算，改造费用（含机组拆除、回收）约 万元；主机（含泵组）年节电约 万，节能率不低于，投资静态回收期约 年。加班空调的分析与应用空调制冷暖通空调 年第 卷增刊表更新主机、水泵及冷却塔设备参数序号设备名称数量参数功率备注风冷螺杆机组制冷量 ，制热量 磁悬浮一体式冷水机组制冷量 内置冷水泵、冷却水泵总功率 冷却塔循环水量 磁悬浮一体机用循环水泵流量 ，扬程 风冷螺杆机组循环泵（两用一备）图后勤服务中心屋顶冷热源布置图 加班空调的痛点及必要性分析虽然集中空调系统在工作时间集中开启，并可根据负荷变化动态调节，但负荷极小的非工作时间运行集中空调系统（以下称“加班空调”）存在着能耗较大的问题，长期以来一直困扰着业主及运管人员，解决该问题已是迫在眉睫。加班空调实施方案简述为有效解决加班空调的设置问题，经多方案比较、论证，拟采取的方案为：、楼分楼层设置共享办公室，采用多联机空调系统；楼及楼部分小型会议室新增一体式空气源热泵机组转换运行。）楼层内院东、西侧共享会议室目前采用全空气系统，非工作日开会频次较多，考虑设置一体式空气源热泵机组，并增设电动阀切换原有空调机组运行，对内部装修无影响；楼设置方式同理，不再赘述。）楼 层利用现有会议室及值班办公室，每层根据加班需求划分共享区域；其中层裙房屋面设置套多联机系统，塔楼屋面设套多联机，服务于各楼层。加班空调室内机布置如图所示。为减少对原有吊顶的影响并兼顾美观性，建议采用单向气流嵌入式室内机，如图、所示。图加班空调室内机布置示意图）考虑到楼屋面光伏模块较多，足可满足加班空图单向气流嵌入式室内机照片图单向气流嵌入式室内机吊顶安装前后示意图调用电需求。因此，拟采用光伏直驱变频多联机，不设储能柜（无设置条件），采用的供应模式如图所示。图光伏直驱模式示意图）楼个别会议室和办公室设置加班空调的方式同楼。加班空调初投资及节能量分析加班空调的运行方式较为特殊，运行时段按工作日：（夏季工况，冬季工况），共 ；节假日按每天运行 计（夏季工 况 ，冬 季 工 况 ），共 。其中楼可除去部分节假日“绿电”运行时段，不计入电耗（考虑阴雨天亏电情况，按 计）。经测算，在加班空调同时使用率较高的情况下，较原空调系统冷水机组板式换热器每年节电约 万。同时，考虑改造时原有空调设备、公共区吊顶、管井施工难度等因素的影响，经测算，改造费用约 万元，静态回收期约 年。实施意义：减少现有空调能耗，解决加班空调痛点。回收期虽长，但可解决非工作时段的无谓耗能现象，意义突出。暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷物联网在空调系统中的应用 数字化平台下的空调系统空调系统的硬件改造因项目情况而策略各异，数字化平台的搭建可为市级机关集中空调系统的改造提供示范意义。空调系统各类运行数据均可在平台显示、上传及监测，有极强的可操作性，可真实在线完成空调系统的运维管理。实现室内空调面板的集中控制由于目前空调温控面板不具备联网功能，信息无法集中采集及控制，部分办公室、会议室下班存在忘关空调面板的情况，会使空调设备持续运行。本次改造拟更换风机盘管的温控器面板，采用无线传输联网型温控器面板实现统一控制（人走设备关），进一步节电节能。总结本项目的低碳改造，通过各相关专业充分挖掘节能潜力，采取 灯具更换、智能照明控制系统、数字孪生等 项节能减碳集成数字化平台，并通过光伏幕墙（）、光储直柔、光伏路灯、屋面光伏等一系列可再生能源的利用，预期年节电约 万，减少碳排放量约 。其中，空调系统直接节电约 万（不含加班空调），年碳排放量减少约 。年月，在政府部门的大力支持、各方责任主体的积极引导及行业专家的务实论证下，低碳改造方案顺利获准通过，进入实施阶段。同时，笔者也意识到，随着公共建筑使用年限的不断增长，老旧设备的改造及控制系统的升级势在必行，集中空调运行下的加班空调痛点也必须合理解决。希望通过本工程的方案落地，能为更多的同行及业主提供借鉴。空调制冷暖通空调 年第 卷增刊