探讨丨机电系统节能改造

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作者:李安定 卓展工程顾问有限公司

现在有许多老建筑都在重新翻新和改造,在重新改造时开发商不免也在考虑,原本正在使用的那些老旧机电设备是否还可以使用的问题。因为老旧设备的使用会增加运行风险,维护宝成成本也相对较高,且因为老旧设备的随着年限的延长其运行效率急剧下降,各方面的能源消耗也上升。针对这些情况,就需要开发商聘请专业的顾问团队对项目进行全面的评估分析,给出合理化建议,其中免不了就会涉及机电系统的节能改造问题。即使不是上述原因,我国是能源消耗大国,目前国家也在积极推进老旧项目的节能改造工程,并陆续颁布了相关的节能法规,已减轻整个国家日益增长的能源消耗负担。节能改造会牵涉整个项目建筑各个环节及方面,主要是包含建筑和机电两方面,我们今天就来聊聊机电方面的节能改造。

在提出节能改造方式之前,先要对原有建筑必须做一次大检查,并进行彻底的能源审计工作,随后才可能结合实际情况提出合理的改造措施及方法。

如果要大致概括的话我认为机电系统的节能改造大致可以分为以下几个方面,这里我不想按系统类别来分,只是按几个重点方向来区分:


01

机电中央主系统设备的节能改造

机电的中央主设备主要涉及暖通空调系统的中央冷源/热源、给排水系统的中央冷热水供水、电气系统的中央变配电。这些主系统设备平时运行时的能耗几乎占据整个项目的60%以上,所以要节能改造就得先拿这些来开刀。

对原来的主设备进行更新换代,选用节能高效的产品同时,一定要做一个总体归集。我们想要做的是整个机房工程的高效节能,甚至整个项目,而不是仅仅为某个个体。至于中央冷热源高效机房怎么做大家可以去看我之前发的推文,这里不再重复详述。除了空调冷热源系统,给排水系统的主设备也可以更换为更高效节能的产品,并采用变频的方式。还有就是电气系统,变压器也可以更新为高效节能型。但还是那句话,一定要从大局去想这个问题,更换主设备的同时还要从系统控制的角度去充分发挥设备的特性,使其运行在其最高效点,这样才能做到整体的节能。

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智能变频水泵

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超高效变压器

当然,主机设备的节能改造还不仅仅上以上这些,比如目前很多城市在推广的给水系统无负压供水装置等等。具体的节能改造措施还是需要具体结合项目的规模、新旧程度、现场条件及甲方预算等综合来考量。


02

末端设备选用节能型产品

在主系统设备进行完改造的同时,机电系统的末端设备也应充分结合项目情况选用一些节能产品或措施。比如空调箱可采用变频模式或者加入CO2探测控制风量的模式、灯具尽量采用LED的灯具、洁具采用节水型、低噪音节能舒适送风单元等。


03

机电系统的合理化设计及能源消耗可能的防御

什么是末端系统的合理化设计?怎么来理解这个含义呢,举个例来说,比如在设计空调末端系统的时候,众所周知冷空气是往下走的,热气流是往上升的,那么为了避免不必要的能源浪费,设计时在夏季送空调冷风时风口设计为上方,冬季采暖送热风时风口调整为下方,这样势必可以节能很多。其次比如管路系统的设计尽量做到小容量、小阻力、水处理、充分利用自然条件等,避免增加机电系统的负担和大马拉小车情况的出现。比如说,曾经有个项目,新风机被设置在离其服务区很远的位置,造成中间风管距离非常长,那为啥不能在服务区就近设置新风机房呢,这样可以避免管路的浪费,风机选型时风压也可以降低,避免能源白白浪费在抵御阻力消耗的环节上。去过欧洲的朋友们可能都会有一个映像很深的地方,欧洲很多国家夏季没有空调,就是自然通风,他们就是喜欢自然通风带来的那种清新的感觉,从能源角度来说没有比这样更能节能的了。

用电的打头除了动力以外无非就是照明,照明系统除了上述提过的灯具要采用节能型外,照明的控制系统设计也可以通过程序、智能等方式来实现节能措施。

再者就是能源消耗的防御,比如内外遮阳设施,这就是很好的防御。同样是在欧洲,阳光充足,你无论去到哪个酒店或民居,几乎家家户户的窗都有外遮阳的措施,有效的抵挡太阳辐射对室内造成的能源浪费。在上海曾经参观过一家著名企业的总部大厦,其内遮阳百叶装备了光感措施,随着太阳的运行轨迹,其内遮阳百叶的升降高度和百叶片调节角度都会发生变化,确保遮阳的效果。

所以说,在项目改造时完全可以考虑这个因素。

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外遮阳卷帘


04

可再生能源及回收能源的回收再利用

再生能源有很众多,如太阳能、风能、水源、地源、生物能……,在项目改造时也要结合实际需求和现场条件等情况,一般来说节能改造项目用的最多的可再生能源主要还是太阳能。说到这我又要说说欧洲的经验了,欧洲国家在再生能源的利用上的确可以说是做到了极致。就拿太阳能来说,我国现在政策面极大的鼓励,但实际做的项目还是不多。这其中和气候、技术控制等都有着直接的关联,我们现在推广的太阳能技术在某些方面和发达国家相比差距还是蛮大的,尤其是设备运行的稳定性方面。但可再生能源是发展方向,我们应该去尽情享用大自然赐予的这项福利。

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作为节能改造项目,另一个可以为甲方节省大量能源的地方就是能源回收利用,且这部分改造会给将来项目运作带来极大的价值反馈。

能源的回收可以包括很多方面,如空调系统的冷凝水回收、制冷机的热回收、锅炉的烟气热回收和余热回收、排风系统和新风系统的全热交换、电梯的能量回馈装置,甚至雨水回收等。这里所提到的空调系统冷凝水回收也可参见我之前的推文,这里也不做详述,但这里我要着重说一下电梯的能量回馈装置。为什么要着重说,因为电梯平时运行的电量是大头,如果在电梯运行上可以省电,是可以帮助到甲方。节能改造的意义何在?就在这。

先了解下什么是电梯的能量回馈装置,电梯在运行过程就是电能与机械能转换的过程,当电梯电梯重载上行或轻载下行时,需要给电梯提供能量使机械势能增加,电梯通过曳引机将电能转换为机械势能,曳引机处于耗电状态;当电梯轻载上行或重载下行时,运行过程需要使机械势能减少,电梯机械势能通过曳引机转换为电能,曳引机处于发电状态。

另外电梯在从高速运行到制动停止的过程,是机械动能消耗的过程,其中一部分动能则通过曳引机转换为电能,曳引机处于发电过程。曳引机发电过程产生的电能需要及时处理,不然对曳引机有严重的危害。为了控制它,通常是在电梯控制柜上安装一组大功率电阻用以消耗掉这部分电能,这些电阻叫做电梯制动电阻。而对于变频电梯,曳引机发电过程产生的电能通过变频器的三相逆变桥反向回到变频的直流端,存储到直流电容里面,而直流电容的容量有限,当曳引机产生的电能足够大,超过直流电容的容量,将造成直流电容损坏,所以多出的电能部分必须消耗掉,而电梯能量回馈装置则是将这部分再生电能利用起来。

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电梯制动电阻

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电梯运行发电时,反馈过来的电量经过制动电阻发热耗掉(制动电阻发红),电梯周边空调、照明等其他设备都处在耗电状态,这时电表飞速正转,详见上图1。

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电梯能量回馈与制动电阻并联后,电梯在发电状态下,这部分本来被制动电阻耗掉的电能,经过能量回馈转换成三相交流,又反馈到电梯主电路上去,形成循环节能效果,如果这台电梯用不完反馈过来的电能,那么电能也可以返给其他周边设备使用,如上图2。

电梯能量回馈装置能有效的将电梯变频器电容储存的再生电能转换成交流电能回送到电网,让电梯变成绿色“发电厂”为其他设备供电,具有节约电能的作用。此外,由于代替电阻耗能,降低了机房的环境温度,也改善了电梯控制系统的运行温度,延长电梯使用寿命,机房可以不需要使用空调等降温设备,间接节省电能。据一些厂商的资料,装备电梯能量回馈装置后,电梯的节电效果基本都可以达到20%以上。所以如果要总结概括的话,那么使用电梯能量回馈装置的优点就是:提高节能效果、增强制动能力、提高功率因数、改善运行环境。

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如上图所示,电梯能量回馈和制动电阻并联后,原供给制动电阻发热耗掉的直流电,现在经过能量回馈设备转换成三相交流电到电梯主电路上,电梯的耗电量不变,经过总表的电量减少了。


05

正确的维护保养,做好能源的管理

最后要提的就是项目在经过节能改造还需注意必要的维护保养,确保所有机电设备及系统始终可以在高效率的节能状态下运行。除了甲方需要自己有专业的维保人员外,部分专业性较强的设备或系统还需聘请外部专业队伍定期上门进行必要的检查、保养及维护,如冷冻机、电梯、智能化控制系统等。

在节能改造之初,新一代的节能改造及能源管理方案就应该开始建立,直至项目改造完成运作之后,能源管理系统将开始唱主角。现在一般很多项目会专门将此工a作交由专业服务单位来全程参与,签订必要的合同,对服务公司做出一定的约定,设定达标奖励等。也有把这样的操作模式统称为“合同能源管理”。



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文章分类: 卓展原创
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