G大型公共建筑节能诊断与节能潜力分析(时代广场)

7-10 00:00 7-10 06:00 7-10 12:00 时间
0
2006-7-19 0:00
• 其他建筑也有类似问题
2006-7-19 6:00
2006-7-19 12:00
时间
2006-7-19 18:00
2006-7-20 0:00
设计阶段的问题
2.水系统
(1)停冷水机组, 水旁通
冷水机组
冷却塔效率偏低
• 都分布在3环路以内，差别巨大
34 32 30 28 26 24 22
A1 A2 B
冷却水回水温度 当天湿球温度24.2℃ 冷却塔效率
80% 60%
40%
20%
0% C D1 D2 E1 E2 F1 F2
建筑编号
导致冷却塔效率偏低的原因
• 冷却塔旁通运行 • 风量和水量不匹配
– 部分冷却塔实际运行的风量偏小 或水量偏大，导致冷却效果差。
– 两台机组运行时出力为1000～1400kW
– 一台1工况机代表日组冷量运行时最大只到800kW 3工况代表日总冷量
1600
900
3#冷机冷量 2#冷机冷量 总冷量 1400
800
1200
700
600
1000
500
800
400
600
300
400
200
200
100
0 7-9 12:00
7-9 18:00
– 空调系统结构形式不合理 – 运行调节策略不当，导致冷机、水
泵、风机等没有工作在最佳工况点
空调系统能耗分析——风机与水泵
冷冻冷却泵 11.1%
冷却塔, 1.5%
冷却水泵, 5.6%
商场
空调箱, 65.4%
冷冻冷却 采暖泵 23.4%
采暖泵, 9.2%
写字楼
冷却塔, 1.3%
空调箱, 45.3%
冷却泵, 6.2%
冷冻冷却泵 40%
空调设备系统不节能的各类因素
• 技术方案本身存在问题——设计阶段问题 • 设计意图未得到落实——安装施工阶段问题 • 系统调试不合格——验收阶段问题 • 运行管理方法不科学——运行阶段
设计阶段是建筑节能的首要环节，应充分重视
各阶段之间相互脱节，无法保证工程质量
不节能的具体问题
• 冷热源的问题
510 m3/h
535 m3/h
96 m3/h
606 m3/h 135 m3/h
125 m3/h
• 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%
冷热源其他问题－直燃机出力小
冷量（kW） 冷量（kW）
• D建筑单台直燃机组额定制冷量1745kW
– 冷热源形式不合理（能源形式、设备匹配） – 冷热源设备效率低下
• 水系统的问题
– 水泵常年低效运转
• 风系统的问题
–风机常年低效运转 –存在过冷过热现象（冬季过热、局部过冷、远端不满
足），气流分布不合理
• 控制系统形同虚设
节能诊断实测反映上述设计问题
• 典型问题
– 空调系统设备选型过大 – 调节困难、调节手段不正确 – 盲目提高设计标准 – 系统结构设计不合理
• 阀门联动
平时常闭
(2) 水泵扬程和流量过大
• 大部分建筑空调冷冻水供回温差仅有2度
A3146冷冻水供回温差(7月12日)
3A025冷冻水冷却水供回温差(7月12日)
4.0
4.0
冷冻水
冷却水
3.0
3.0
2.0
2.0
1.0
1.0
0.0
0.0 8:20
9:35 10:50 12:05 13:20 14:35 15:50 17:05 18:20 7:05
(4)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
28 ℃
• 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
• 降低制冷机效率
34 ℃
34 ℃
35 ℃
32 ℃
冷却塔旁通旁通示意图
水泵效率实测结果
• 实测六座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65％，最低效率仅为36％
70%
60%
50%
40%
30%
A
B
C
D
E
F
✓ 六座办公楼空调系统水泵夏天耗电139.7万kWh/年
✓ 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kWh，节能率达到28%
只开其中的送风机，回风机成为阻力部件
空调箱各部件阻力实测结果
K3空调箱压力分布
ZK9空调箱压力分布
全压 /Pa 回风机入口 回风机出口 经过风阀后 过阻力段后 （送风机入
口） 送风机出口
河北厅 全压 /Pa 回风机入口
回风机出 过表冷段后 过加湿段后 （送风机入
口） 送风机后
100 0
-100 -200 -300 -400 -500 300
导致设备低效 率运行或系统 大量无效耗能
设计中的最大误区
• 各种设备选型偏大（冷冻机、风机、 水泵、风机盘管）
– 设计者的意识
• 够冷就好，越冷越好！ • 设备不怕选大只怕选小。设备选大了没关系，
选小了就不够，要负责任。
设备选大了没关系？？？？？
空调系统设备选型过大
• 原因——负荷估算大导致“四大”：
8:20
9:35 10:50 12:05 13:20 14:35 15:50 17:05 18:20 19:35
5
4.5
G建筑2006年7月
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
:00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00
冷机, 23.0%
采暖泵, 9.4%
冷冻水泵, 4.5%
风机盘管, 10.0%
空调箱, 37.7%
酒店
冷冻冷却 采暖泵
冷却塔, 25.9%
1.1% 冷冻机, 25.3%
冷冻泵, 11.2%
冷却泵, 5.3%
冷冻机, 30.0%
冷冻泵 , 8.0%
政府办公楼
空调机组
3%
风机盘管
8%
冷却塔
4%
冷机
45%
– 空调系统设计不合理 – 施工粗糙 – 验收形同虚设 – 运行管理水平低
某政府机构办公楼
• 完全满足公共建筑节能设计标准
– 采用了low-e镀膜双层窗，多种保 温性能良好的围护结构部件
– 安装了转轮热回收装置等高性能空 调设备
– 先进的自动控制系统
• 空调年电耗70kWh/m2，是其他 被测建筑的3～4倍
• 冷却塔布置不合理
– 多台冷却塔在设计布置时，有些 互相遮挡严重，进风不畅，也会 影响冷却效果
设计阶段的问题
3.风系统
(1) 回风机扬程过高
——造成室内负压吸入大量新风
6487M/3 H 1937M/H3
排排风风管管EA
新风风管管OA
新风比由设计的12％上升 到33％，新风负荷大量增加
回风管
RA回风管
采暖耗热量指标(W/m2)
采暖耗热量W/m2
50 40 30 20 10 0
住宅 普通公共建筑 大型公共建筑
全年耗电量kWh/m2年
400
300
200
100
0
住宅
普通公共建筑 大型公共建筑
大型公共建筑的能源消耗特点
北京市大型商场单位建筑面积全年总电耗(kW.h) 400 300 200 100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 商场编号
100
-100
-300
-500
•
-20.384
-173.7344
75.5万kWh
单位
A
B
C
D
冷机旁通
是
是
是
是
多开水 冷冻泵 48 泵功率 (kW) 冷却泵 50
34.9 66.4 20.7 35.7 57.1 20.7
关闭旁通和多余 水泵的节电量 23.52 8.47 14.8 4.97 (万kWh)
E
FHale Waihona Puke Baidu
否
是
-
33
-
-
- 23.76
合适的水系统设计
• 常见的系统形式
大型公共建筑节能诊断与节能 潜力
大型公共建筑
• 大型办公楼、宾馆、购物中 心、交通枢纽、娱乐中心等
– 体量大，建筑面积超过2万m2 – 采用中央空调
• 建筑特点：
– 无外墙的内区比例大 – 内部发热量大
• 能耗特点：
– 采暖能耗低于一般建筑(1/2) – 耗电量远高于一般建筑(8-10倍)
全年耗电量指标(kWh/m2.a)
– 冷机装机容量“大”、水泵配置“大”、末端设备 “大”
– 管道直径“大”（管径大浪费材料，但对运行是好事）
• 危害
– 冷机、水泵、风机只能长时间在低效率点运行 – 造成初投资和运行能耗浪费 – 带来冷机和冷却塔旁通、冷机待机电耗等运行管理上
的问题，导致能耗浪费
主要内容
• 设计阶段
– 1. 冷热源的问题 – 2. 水系统设计的问题 – 3. 风系统中存在的问题 – 4. 空调自控系统形同虚设
• D: 每台冷冻泵前后
20
管路上都有四个开
10
度很小的蝶阀，通
0
A
B
C
D
E
F
实测六座公共建筑空调冷冻 水系统各部分压降
过增加无谓的阻力 来控制流量
如何取消多余阀门？
• 装蝶阀或限流器是必要的吗？
– 初衷：保证冷冻水流量不超过冷水机组的上限 – 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30m以下、 冷却泵扬程降到25m以下 – 六个节能改造试点单位水泵电耗可再降低18.3 万kWh，相当于水泵进一步节电18％
34 kW, 61A,48%
合理的工况点
138 200 流量(t/h)
降低水泵电耗的另一个途径
• 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
压降mH20 立管及末端用户阻力 冷机阻力 冷冻机房管路阻力
• A: 冷冻机房管路上
50
安装的限流器白白
40
损失8～10m的扬
30
取消多余的阀门，降程低扬程
电电脑脑 2299％%
公共建筑能耗的特点
• 空调能耗占大型公共建筑总能耗的40%～60%
• 围护结构的节能设计是降低建筑能耗的一个因素， 但还差得很远
– 夏季主要负荷来源于内部发热量，而不是围护结构 – 冬季采暖负荷很小，围护结构保温发挥的作用不大
• 空调系统的高能耗是导致公共建筑能耗高的根本 原因，但因素比围护结构复杂得多
冷却水泵选型偏大，为防止 电机烧毁，只能关小阀门
冷却塔
-5m
冷却塔
0.94MPa 1.45MPa 1.11MPa
0.99MPa
310 t/h
-34m
-12m
冷水机组
+51m
实例：实际上只需要17m扬 程，但却选了51m的水泵。 工作点严重偏离设计点， 效率降为30%-50%。
扬程
阀损失 管道损失
关阀
开阀
管道阻力
流量
水泵选型偏大，电机会烧毁
• 为什么水泵选型偏大 电机会烧毁?
– 电流过大
• 不得不采用的措施
– 关小阀门 – 更换大电流的电机 – 多开水泵，减小每台水
泵的电流 – 把叶轮切削小 – 变频降低转速
扬程(m)
37.5 30 14.1
设计工况点
20(22) kW, 40A, 70%
实际工况点
33392M3/H
回回风风机机段段 RA fan
混过 加 风滤 湿 段段 段
表 冷
送送风风机机段段 SA fan
段
送送风风管管SA
25826M3/H
P＝0 回风机扬程过大
混风阀
正常的风压分布 有问题的风压分布
空调箱风机选型偏大
• B建筑空调箱设计双风机串连，风量过大 • 实际运行中并不需要两风机同时运行，通常
酒店编号
北京大型公共建筑能耗比例
写写字字楼楼
电梯 3%
办公设备 22%
其他 10%
空调 37%
照明 28%
宾宾馆
其他
18% 电梯
空调
9%
44%
办公设备
4%
照明
25%
其他 10%
商商场场
照明 40%
空调 50%
空空调调系系统统 2266%％
政府办公楼
照照明明 2277％%
电电梯梯 8％8%
开开水水器器 101％0%
• 安装施工与初调节阶段 • 运行管理阶段 • 部分系统改造实例
设计阶段的问题
1、冷热源
冷机选型过大
• B建筑冷站共有同样型号的离心式冷机10台，平 时仅开启其中两台就能满足要求，最多开启4台。
322 m3/h
118 m3/h 95 m3/h
• 冷机台数过多不仅增加初投资，还使得冷站复杂， 旁通、混水现象时有发生，运行调节困难。
写字楼单位建筑面积全年电耗（kWh)
200 150
100 50
0a
b
c
d
e
f
写字楼编号
星级酒店全年单位建筑面积电耗（kW.h)
•
类型相同，使用情况大致相同
200 180
的建筑物之间能耗差异大
160 140
120
•
表明节能潜力大，也说明设计
100 80
存在大量问题，导致运行能耗
60 40
20
高
0 ABCD EFGH IJKL MNO
9℃
14℃
1#
2#
X
电动旁通阀 11.5℃ 水泵
冷冻水阀常开
14℃
• 2#冷水机组停机，但冷冻水阀不关，导致水量旁通
– 如果停一台泵，2#冷水机组的水量变小，COP从5降到3，出力 不够
– 如果开两台泵，水泵能耗过大，供水温度过高
关旁通、关水泵就节能
• 6座有水系统的建筑中有5座有冷机旁通、多开水泵的现象； • 通过关闭旁通阀、关闭不该开启的水泵，上述5座建筑每年可节电