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以某酒店为例谈建筑节能改造-邹志刚

  1 酒店基本情况

  1.1 概述

  北京某酒店是中关村区域首家国际品牌五星级酒店,酒店建筑面积近6万平方米,酒店拥有298间客房、10间套房,以及4间各具特色的餐厅和酒吧,还拥有面积达480平方米、可容纳300人的大宴会厅,2个多功能厅及8个30~100平方米的会议厅,以全面满足不同规模的会议需求。

  1.2 基本调研结果及分析

  空调系统基本信息详见表1。

  1.3 节能改造思路

  根据对该酒店进行的简单调研情况分析,本着经济性、可靠性的设计原则,利用同方泰德成熟的建筑节能技术,我们设计了如下节能改造策略:

  第一,建设能耗监测平台。调研发现,该酒店无分项计量和能耗监测系统,除现有逐月总耗电量、耗水量的统计数字外,无照明系统、空调系统、其他各系统的分项能耗记录,不能对酒店能耗进行分项目、分时段、分季节的能耗分析,不利于能耗审计和节能改造判断分析。所以,建立能耗监测系统,对能耗加强科学分析和管理是当务之急;制订科学用能管理制度,为酒店安装用能回路监控系统,强化行为节能管理;进行能耗的分项计量,以便明了及分析各项能耗状况。

  第二,中央空调节能控制改造。该酒店作为五星级酒店,中央空调系统24小时使用,能耗突出,现有的人工管理模式存在一定的风险和节能潜力。采用同方泰德中央空调智能专家管理系统,优化运行管理,降低能耗及维护工作强度,对能耗高的水泵、风机进行变频节能和中央空调系统控制节能改造,根据外部气候、实时使用负荷自动调节。在保证使用效果的前提下,尽可能依据负荷变化,调节设备运行,达到最优运行状态,从而节约空调系统的耗电量。

  2 能耗监测计量平台系统

  2.1 系统总体设计

  整个系统由能耗监测管理中心系统、能耗监测系统、传输网络三大部分组成。能耗监测中心管理系统的使用对象是综合管理人员及第三方节能服务人员,主要功能是在采集、分析各个建筑的重要数据基础上,为管理者、用户、中心服务人员、专家团队提供综合性数据统计、分析服务,包括能耗监测服务平台数据库服务器、管理工作站电脑、打印机、网络通讯设备。

  能耗监测管理系统的主要功能是采集分类能耗信息,同时向上级管理系统传递必要的数据,包括能耗采集通讯机柜和能耗采集电表机柜。传输网络系统是整个系统的通讯保障,在兼顾经济性、数据安全性、实时性的前提下,实现具体建筑节能系统与节能服务中心之间的通讯功能。

  能耗监测系统连接网点内水、电、气表,将采集所需电、水、热表及环境参数以及重点耗能设备的控制器、网关等设备统一连接到以太网上,如图1所示。

  2.2 传输网络设计

  传输网络的目的是实时地将各电表的数据通过网络媒介传送到位于能耗监管中心的采集数据库中,远传系统主要分为数据采集终端网络、网络媒介、监管中心网络三部分,终端网络负责采集监控本地所有计量仪表的数据,网络媒介负责将数据传输到远地的数据中心,监管中心网络则保证采集数据的接收及未来平台应用所需的带宽。

  能耗监管中心服务器连接互联网,酒店大厦内部能耗采集设备可通过大厦局域网向监管中心服务器发送数据。同时,采用当地网络供应商提供的ADSL或GPRS方式连接互联网络,实时向能耗监管中心服务器发送数据。

  2.2.1 能耗采集通讯机柜

  各配置1台能耗采集通讯机柜,机柜内含嵌入式通讯采集服务器,该服务器采用低功耗嵌入式设计,具备强大的信息处理和存贮能力,可接入多达128个Techcon 809-GTW-MOD采集模块,自带RJ-45以太网接口和工业级GPRS、3G通讯模块,可方便地连接本地局域网或当地电讯运营商的有线、无线网络。

  2.2.2 能耗采集电表机柜

  采集电表采用集中安装方式,安装20块电子式电功率表,配置1台电表采集柜。电表柜内含Techcon 809-GTW-MOD能耗数据采集模块(以下简称Techcon 809-GTW-MOD采集模块),其是数据实时采集和远传系统中的关键设备,负责接入智能电能表或其他数据采集终端(如水、燃气等能耗计量设备或者传感器设备)。每个Techcon 809-GTW-MOD采集模块可接入多达20个ModBus设备,支持最多500个变量信息的传送,通讯过程中支持优先级控制和流量控制。

  2.3 能耗分项原则

  本项目能耗监测管理平台分项计量的基本原则是:在一定投资成本和不改动已有配电线路的前提下,以最大程度地获得能耗公示需求数据为目标,按公共建筑能耗模型在既有配电支路上有选择性地加装计量表。

  针对酒店大厦具体分项计量原则如下:

  (1)总用电量的计量

  在总配电室变压器低压侧进线柜加装电表。

  (2)分类能耗数据采集指标中,电量应分为4项分项能耗数据采集指标,包括照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电。

  1)照明插座用电

  照明插座用电是指建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电的总称。照明插座用电包括照明和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电。

  2)空调用电

  空调用电是为建筑物提供空调、采暖服务的设备用电的统称。空调用电包括冷热站用电、空调末端用电。

  3)动力用电(综合服务用电)

  动力用电是集中提供各种动力服务(包括电梯、非空调区域通风、生活热水、自来水加压、排污等)的设备(不包括空调采暖系统设备)用电的统称。动力用电包括电梯用电、水泵用电、新风机用电共3个子项。

  4)特殊用电

  特殊用电是指不属于建筑物常规功能的用电设备的耗电量,其主要包括能耗密度高、占总电耗比重大的用电区域及设备,如信息中心、洗衣房、厨房、餐厅、游泳池、健身房或其他特殊用电。

  2.4 节能效果

  改造完成后,通过在能耗数据分析基础上制订一系列基于能耗指标的管理措施之后,酒店总计节约用电16万千瓦时。

  3 中央空调系统节能改造

  3.1 酒店空调运行现状

  现有冷源系统为4台离心式冷水机组,一次泵定流量系统。系统设计及运行存在以下问题:

  (1)通常情况下4台机组只开1台,在极热天气开启2台;中央空调系统24小时全开,额定运行。

  (2)根据运行记录可以看出,6月底到9月初供回水温差都在3~4℃之间,在过渡季节供回水温差降低,属于小温差大流量、“大马拉小车”的高能耗状态。

  针对以上状况,我们建议采用同方泰德的中央空调智能专家管理控制系统。该系统包括对冷水机组的智能专家控制系统、冷却水系统节能运行、冷冻水系统节能运行、冷却塔节能运行等多种专家控制策略。该系统能够实现对中央空调运行的全局性优化控制,能够及时地根据负荷调整中央空调运行状态。该系统将传统的自动控制与熟练操作人员的经验知识和实践控制理论相结合,具备强大的自学习和智能决策功能,在大幅降低中央空调运行能耗的同时,还能降低空调运行监管人员的工作强度,确保系统运行安全。

  建筑物的空调采暖设备除冷热源主机外,还包含冷冻泵、冷却泵、冷却塔、采暖循环泵等一系列耗电设备。大功率水泵、风机的运行能耗是惊人的,中央空调系统节能控制的重点就是对这些水泵、冷塔风机设备设置变频装置,对其进行变频控制。

  3.2 改造方案

  3.2.1 总体思路

  由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计,而实际运行中,全年满负载运行最多只有十多天,甚至十多个小时,几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常,中央空调主机具有部分负荷调节功能,能随季节气温变化自动调节负载,而与主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载,几乎长期在100%负载下运行,既造成了能量的极大浪费,也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。故节约系统低负荷时主机和水泵、风机的电能消耗,具有极其重要的经济意义。

  该酒店空调系统节能改造建议见表2,中央空调系统的节能归根结底就是随着负荷变化而改变系统流量,从而节约设备耗电量。中央空调系统的节能控制就是采用变频技术和控制技术,利用变频器、控制器、传感器等控制设备的有机结合,构成温度闭环和压差闭环等闭环控制回路进行自动控制的系统,自动调节中央空调水泵、风机的运行和自适应智能负荷调节冷水机组。

  采用自动化控制变频调速技术不仅能使室温维持在所期望的状态,让人感觉舒适,还能使中央空调系统达到更加理想的工作状态,具备良好的节能效果。同时平稳运行,确保各个设备的最佳运行状态,最大限度地延长设备的使用寿命,能够带来很好的经济效益。

  3.2.2 系统架构

  如图2所示,专家系统主要由专家控制工作站、现场节能专家控制柜(如冷水机组节能专家控制柜、冷却塔节能专家控制柜等)及现场采集设备、执行设备等构成。

  3.2.3 系统介绍

  同方泰德中央空调专家控制系统根据空调专家的经验建立知识库,通过对当前系统运行状态的监测和知识库的比对匹配,根据结论进行设备运行控制或给出运行指导建议,使空调系统可以按照预先设定的专家控制思想运行,从而使空调冷站系统得到如同专家现场指导运行一般的节能运行效果。

  该系统主要应用于中央空调系统的前端设备控制,包括空调制冷主机、冷冻(温)水泵、冷却水泵、冷却塔风机。

  控制设备采用强弱电一体化技术,强电回路控制设备、变频设备、控制器、通讯设备集中在统一的控制柜(见图3)中,系统经过严格的电磁兼容测试,降低了系统的维护成本和使用难度。

  依据酒店中央空调系统的具体配置,中央空调节能控制系统的设备作了相应的配置,具体如下:1台型号为Techcon-EMP-D3型中央空调专家控制系统主控制柜、1台编号为Techcon-A2型专家系统控制箱、1台型号为Techcon WPC-55kW型冷冻水泵智能控制柜、1台型号为Techcon WPC-75kW型冷冻水泵智能控制柜、1台型号为Techcon SCH-15kW型冷却塔风机智能控制箱。同时,水温传感器件、室内外温湿度传感器等对中央空调的运行参数进行采集。

  针对冷水机组的工况,该系统可以通过相关数据接口全面监测机组的数据,从系统角度来控制恒转矩负载和变转矩负载的关系,这样有利于从全局角度进行节能设计和改造。该系统从变转矩负载、风系统和运行管理三个方面全方位实施系统节能方案,有利于保证系统节能效果最大化,同时保证环境的舒适度。

  (1)变转矩负载节能:利用同方泰德中央空调专家控制系统,即通过专家控制系统的控制器对冷水主机进行监测和控制,并根据空调水系统的特点,从系统的角度对水泵、冷却塔进行变频节能,高效地为空调末端设备提供需求的冷量,优化设备运行,减少设备能耗。

  (2)风系统节能:即同方泰德中央空调专家控制系统末端控制系统,利用风机变频,在满足环境要求的条件下,最大限度地减少系统冷量需求和风机运行电能。

  (3)运行管理节能:即集中监控管理方案,制订空调系统优化运行、维护策略,系统统一监控、统一管理,减员增效。

  总之,我们的节能技术手段是:冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔及风机的闭环变频控制、主机的专家监测与控制技术,群控技术和远程集中监控技术。专家系统通过对实际工况的监测,按照实际工况运行,减少了“大马拉小车”的现象,降低了无用的能耗,提高了冷机COP值,降低了冷机以及附属设备能耗负荷,从而降低了整个中央空调系统的能耗。

  3.2.4 系统整体功能

  (1)中央空调各环节受控设备均可以在管理工作站集中进行有效监控,操作人员可以一目了然地了解受控设备的运行情况。系统操作站以图形和文字的方式进行显示。

  (2)通过各种管理软件、优化控制软件和节能软件实现自动控制,配合自控系统的节能式操作,减少不必要的能源浪费。并在硬件上提供防范性保养,对可能发生的设备问题做出事先维修。

  (3)设备运行数据采集和管理以及最佳启停控制。

  (4)能源管理和分析,机组的各动态运行参数、能量管理参数及能耗均可自动记录、储存、列表,并可以定时打印,以便管理人员进行查询、管理和分析。

  (5)报警管理,报警可以连接到图形、报表、趋势图、记事本等应用程序。

  (6)趋势记录,用来收集和存贮一定时期内的各种数值,以便以后进行处理和显示。

  (7)生成并输出各专业设备运行和内置数据报表。

  (8)时间控制,用于启动、停止不同的安装设备。

  (9)历史记录生成,所有设备的历史记录记载和查询。

  (10)所有预设程序均可按照实际需要和要求,在中央管理工作站上调整修改,以满足用户的使用。

  (11)软件按模块形式设计,除具备基本功能外,根据用户需要还能提供各种丰富的应用开发功能,以利于程序的开发、扩展和修改。

  3.2.5 控制功能介绍

  (1)模式切换及对比功能

  专家系统为用户设计了三种运行模式:手动模式、常规模式和节能模式。手动模式给用户较大的自由度,同时可以实现部分手动,方便测试和检修等。常规模式模拟常规工频运行,方便与节能模式进行对比分析。

  (2)便捷的运行监控功能

  专家系统主界面采用动画显示,直观反映了空调系统管路及设备状态。同时配合系统特有的操作提示,使系统对运行管理人员的专业要求大大降低。

  (3)节能及安全运行指导

  (4)节能计量及节能报表

  (5)故障报警查询及提示

  (6)数据与事件记录功能

  包括:运行状态记录、故障报警记录及专家提示记录等。

  3.3 节电效果

  改造后空调冷源系统年节能22.65万千瓦时,热源系统节能5.7万千瓦时,年总节能28.35万千瓦时。按照0.9元/千瓦时平均电价计算,每年节约电费25.52万元,约占2011年总电费的3.8%。

  4 收益分析

  为了最大限度降低业主风险,该项目采用节能效益分享型合同能源管理模式,两项改造总投资共计65万元,这部分建设的投资全部由同方公司来投入,该酒店方面不投资,以每年的部分节能收益支付同方公司上述投资,建议节能效益分享期为5年,分享期结束后所有系统产权和收益均归酒店所有。

  据测算,根据目前现状,通过节能改造之后,本项目在5年分享期内,总计节约电费199.6万元,扣除支付给同方泰德的分享收益,此次改造为酒店带来总计69.6万元的节能效益。

 

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