办公建筑空调系统现状及节能改造方案

办公建筑空调系统现状及节能改造方案
1、能耗情况
对其中41个能耗数据完整的办公建筑的能耗进行分析，2020年41个建筑的平均单位建筑面积电耗为 76.8 kWh/m2。

根据北京市地方标准 DB 11/T 1413—2017《民用建筑能耗指标》，北京市办公建筑单位建筑面积年空调能耗现行值为 20 kWh/m2·a，目标值为 17 kWh/m2·a。

经对比分析，有7个建筑的空调能耗指标高于上述现行值的要求，占比 17.1 %，有12个建筑的空调能耗指标高于上述目标值要求，占比29.3 %。

1.1 设备使用年限
对 71个办公建筑使用的冷水机组、VRV 空调、分体空调设备使用数量和年限进行统计分析。

目前在用的冷水机组和 VRV 空调生产于2006~2010 年的数量最多，而2016~2020 年的分体空调数量最多。

1.1.1 冷水机组67个办公建筑共使用 160 台冷水机组，冷水机组生产年代情况如图 2 所示。

截至 2020 年，使用15 年以上的机组占比 37.5 %，使用10~15年的机组占比 28 %。

1.1.2 vrv空调40个办公建筑共使用 802 台 VRV 空调，VRV 空调生产年代情况如图 3 所示。

截至2020年，使用 15年以上的机组占比 21.1 %，使用10~15年的机组占比35.4 %。

1.1.3 分体空调39个办公建筑共使用3057台分体空调，分体空调生产年代情况。

截至 2020年，使用 15年以上的分体空调占比 17.3 %，使用 10~15年的分体空调占比 13.7 %。

2016~2020年生产的分体空调占比最高，达 51 %。

1.2、空调系统现存问题从制冷机组、冷却塔、输配系统、末端系统、监控与计量等5个方面进行空调系统现存问题调研，并结合空调设备现状和部分项目实测，对空调系统存在的问题进行分析。

（1）冷源容量配置过大。

调研建筑中33%的冷水机组运行负荷长时间低于60%，其中2 家单位在最热月份制冷机组运行负荷率低于最大负荷率的 30%。

冷源容量配置过大，除了导致制冷机组运行COP 较低外，还造成离心式制冷机组“喘振”现象，对制冷季空调系统稳定运行造成严重影响。

（2）蒸发器、冷凝器结垢严重。

61% 的调研建筑反映蒸发器、冷凝器结垢严重，严重影响冷水机组的运行效率。

蒸发器、冷凝器需要定期进行维护保养，由于维护保养不到位、机组运行年限较长等因素，造成了机组结垢问题。

（3）制冷机组能效性能衰减严重。

根据 20个项目实测结果，离心机组 COP 在 4.1~5.8，螺杆机组COP在2~4.2，测试单位中 90% 以上制冷机组能效性能测试结果不达标。

造成制冷机组能效下降严重的重要因素之一是各建筑制冷机组使用年限超过 15 年，另一个重要因素是制冷机组选型不合理。

（4）冷源机组使用年限较长。

调研的建筑中使用 15 年以上的冷水机组设备占比 37.5%，使用10~15 年的冷水机组占比28%；使用10年以上的VRV 机组占比 56.5%；使用10年以上的分体空调占比 31%。

近10年来，我国冷源机组能效标准，建筑节能设计标准均有大幅提升，原有冷源设备能效远不能达到目前的节能标准要求。

同时，由于机组能效随着使用年限增加逐年降低，因此，使用 10 年以上的冷源机组设备能效有较大的提升潜力。

1.2.2 冷却塔
（1）冷却塔填料脏堵、结垢严重。

调研建筑中冷却塔填料脏堵、结垢严重占比 68%，冷却塔填料更换不及时，甚至从未更换过冷却塔填料，造成整塔热力性能严重下降。

（2）冷却塔调控不合理。

调研建筑中采用冷却塔台数控制，但出水阀门常开占比 36%。

同时，部分建筑由于管路设置原因无法实现冷却塔单台运行，且无变频措施。

由于缺少调控手段或调控不合理造成能源浪费。

（1）管道锈蚀、漏水。

68% 的调研建筑输配管道存在锈蚀、漏水情况。

由于输配系统运行年限、水质以及保温隔热等问题，造成管道锈蚀。

管路锈蚀严重会增加系统阻力，影响冷冻水的水质、增加杂质，堵塞管道及机组冷凝器。

（2）水泵设计选型不合理，运行效率低。

测试建筑中75%的水泵效率不达标且不能实现变频运行，效率在 20%~55%，并造成供回水温差较小、水泵功率过载等问题。

水泵效率达标单位均在近 8 年内对水泵进行更换。

水泵效率不达标原因除设备运行年限较长外、设计选型不合理外，水泵性能与管网不匹配也是重要原因。

同时，调研建筑中32% 已安装变频设备的水泵仍工频运行，运行人员缺乏对变频控制设备运行管理经验。

1.2.4 末端系统
（1）末端冷热不均。

调研建筑中 66% 出现建筑不同楼层、不同朝向房间冷热不均现象；分析得出，该办公楼 1 层各房间冬季房间温差最高达到 12℃。

造成末端冷热不均的主要原因是设计阶段各系统划分不合理，以及运行阶段水力平衡阀门失灵，导致输配系统水力失调。

（2）室温控制阀门失灵。

调研建筑中 37.5% 存在室温控制阀门失灵，由于末端电动控制阀门失灵，造成系统无法实现室温调节。

（3）停用新风系统。

调研发现 70% 以上建筑新风系统处于停用状态，新风供应不足严重影响室内空气品质，造成无组织开窗现象严重。

1.2.5 监控与计量
（1）冷源系统不具备集中监测与控制功能，或无法正常工作。

48% 的调研建筑冷源系统缺少集中监测与控制功能，或无法正常工作。

空调系统只有简单的启停控制和运行参数监测功能，启停全部通过人工实现，不利于空调系统节能运行及故障排查。

（2）末端系统不具备分区域控制启停功能。

48% 的调研建筑末端系统不具备分区域控制启停功能。

使用中经常出现下班不关闭空调等现
象，而管理人员无法及时发现未关空调房间，且无法通过技术手段集中控制末端设备启停，阻碍了节能运行。

（3）缺少分项计量装置。

69% 的调研建筑未对空调系统的用能、用水、供冷量等进行单独计量，缺少空调系统的实际能耗数据，不利于节能运行管理。

2、节能改造技术路线分析
空调系统节能改造需要全面提升空调系统能效水平。

通过对5个办公建筑进行测试，空调系统能耗构成由高到低分别为：冷机能耗占比45%，水泵能耗占比 29%，末端能耗占比 21%，冷却塔能耗占比 5%。

空调冷源系统包括冷机、水泵、冷却塔等设备，能耗占比达 79%，是空调系统节能改造的重点。

根据空调系统存在的主要问题以及能耗现状，按照系统使用年限提出改造技术路线，具体如下。

（1）冷源使用年限 15 年以上的系统，更换冷源可以显著提升系统能效。

（2）冷源使用 10~15 年的系统，当改造投资回收期不大于 8 年时，可采取更换冷源方案。

否则建议进行冷源系统整体调适和智能控制改造。

（3）冷源使用 10 年以下的系统，不应更换冷源，建议进行冷源及输配系统整体调适，通过更换水泵、增加变频装置，以及控制系统改造等方式提升冷源系统能效。

（4）末端系统改造，针对末端系统风机盘管、新风机组使用年限超过 15 年，或末端系统调控阀门损坏、管道锈蚀漏水等问题，可对末端进行更新改造。

2.1 方案 1：
集中冷源更新调研建筑中有10个计划采取更换集中空调冷水机组的方案，根据改造方案，由于更换机组型号差异，估算平均单台冷水机
组改造综合投资为 140 万元/台，单位面积改造投资约 206 元 /m2，更换冷源机组的平均节能率为 22.3%。

2.2 方案 2：
集中空调输配系统 + 控制系统改造调研建筑中有10个计划采取集
中冷源更新和输配、控制系统改造的方案，根据改造方案，估算平均单台冷水机组改造综合投资为 305 万元 / 台，单位面积改造投资约242 元 /m2，改造平均节能率为26.5%。

2.3 方案 3：
集中冷源更新 + 输配、控制系统改造通过更换水泵、增加变频装置，以及控制系统改造等方式提升冷源系统能效。

对16个采取该改造方案的项目进行分析，估算每个系统改造综合投资约315 万元 / 系统，单位面积改造投资约 94 元 /m2，改造平均节能率为 21%。

2.4 方案 4：
分体空调更新 + 集中控制系统改造对7个采取分体空调更新改造方案的项目进行分析，估算单台分体空调改造综合投资约 8000 元 / 台，单位面积改造投资约 150 元 /m2，改造平均节能率为26.3%。

2.5 方案 5：
多联机系统改造对7个采取多联机更新改造方案的项目进行分析，估算单台多联机室外机改造综合投资约30万元/台，单位面积改造投资约 380 元 /m2，改造平均节能率为 33%。

2.6 方案 6：
方案 1~3+末端系统改造对12个采取末端系统改造方案的项目进行
分析，估算末端系统改造综合投资约 220 万元 / 系统，末端改造平均节能率为 17.5%，结合冷源及控制系统综合节能率 24.7%，综合改造投资单价 274 元 /m2。

3、节能减排潜力分析
调研项目中有56个建筑提出空调系统节能改造需求，按照各建筑实际情况选择方案1至方案 6 的技术路线。

经测算，56个项目总建筑面积 291.14 万 m2，改造前空调系统能耗总能耗4134.13万 kWh，改造节能量 1010.05 万 kWh，综合节能率 24.4%，可减少 CO2排放8931.9t，采用面均投资单价测算项目总投资约6.35 亿元。