减碳技术路径案例分享:某商业综合体机电系统能效提升及环境场改善成果总结

作者 王波 赵小鹏 董淑月 授权发布

#1项目概况及成果

项目概况

项目周边聚集众多金融、贸易企业及高档五星酒店,具有成熟的商务、商业环境。

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冷站系统概况

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热站系统概况

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能耗基准线

2015.10-2016.09采暖季商场总耗热量为81292GJ,按照69.72/GJ元收费,采暖费用共计566.8万元。

根据能耗平台提供的商场高压总量、租户及冷热站逐月抄表电耗数据,以及用热逐月计量数据,得到商业综合体全年总电耗为4637万kWh,租户全年总电耗为2587万kWh,公区总电耗为2050万kWh,冷热站总电耗为436万kWh。

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节能成果

电:公区总电耗,逐十二月(相当于全年)累积值,截止到2018年底,下降440万kWh,下降幅度21.5%;

热:累积采暖季的用热量,下降 27260 GJ,下降幅度33.5% ;

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能效提升效果

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环境场改善

经过2018-2019供暖季的改造,商业综合体冬季环境场温度得到大幅度提升,解决了过冷过热区域,环境场温度更加平均。

3层以下环境场平均温度均达到20℃以上。

公区、租户室内环境效果改善、顾客满意度提升。

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2017~2018年环境场平均温度
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2018~2019年环境场平均温度

#2冷站系统优化调试

制冷站

优化方案

1、减小开机小时数

在过渡季节合理采用冷却塔免费制冷,减少冷机开启时间,减少能耗。

2、水力平衡调试

采用热力平衡调试,解决末端冷热不均。

3、避免逆向混水

根据现在的水系统状况,供回水温差较小,系统流量较大,宜控制二次侧供回水温差在3-5℃,同时调节一二次侧流量,避免逆流混水。

4、优化冷机群控策略

保证冷机均在高负荷率下运行,同时考虑到二次泵系统特点,早上开机时场内蓄热负荷较大,增加开机台数,避免逆流混水。

2017年耗冷量

尖峰负荷15649kW,合4450 RT,折合单位面积冷负荷74.28 W/㎡。

全年供冷1642小时,总供冷量1019.5万kWhc,折合单位面积供冷量48.4 kWhc/㎡。

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测试结果-冷机

结合历史数据分析,冷机大部分时间处于低负荷率下运行,COP不满足要求。

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测试结果典型日

2017.7.20   3#和5#大冷机开启,室外温度:30-35℃   相对湿度59-79%

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主要问题-两器换热不佳

典型日7月3日2#、6#冷机两器趋近温度均高于合理值,建议定期清洗两器,冷凝器目前装有定期清洗装置,但效果较差。

右图对全年蒸发、冷凝趋近温度取平均值,可以发现两器趋近温度均高于建议值。

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测试结果-水泵

实测部分水泵效率偏低,亟需进行检查及调试,同时,二次侧混水问题导致一二次水泵无法同步调节,影响水泵效率。

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测试结果-冷却塔

1#、2#冷却塔风水比偏小。

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问题诊断

各个区支路供回水温差均小于设计值6K,供回水温差较小,流量偏大。

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主要问题

水系统存在不合理阻力

对冷站水系统性能进行测试,发现其存在不合理阻力,特别在部分冷凝器及蒸发器段,结合趋近温度高,建议对其进行清洗。

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冷塔气流组织不佳

冷塔周围风口较多,进风温度较高,气流组织不佳。

空调室外机安装冷塔下方,出风温度为39.2℃,严重影响冷塔气流组织。

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问题汇总

主机效率较低,两器换热效果不佳

通过对历史数据及典型日测试数据可发现主机两器换热不佳,且DCOP较低。

存在逆向旁通混水现象

部分回水未经过冷机直接旁通到供水,导致提高供水温度,降低供冷品质。

水泵运行偏离工作点,效率偏低

通过调节阀门来改变水泵流量,使得水泵工作点左偏,对水泵进行变频控制,同时清理管网不合理阻力。

冷塔风水比不合理,气流组织不佳

优化气流组织,对冷塔周围厨房排油烟风口进行整改,避免热风进入冷塔,导致冷塔散热效果差。

水系统存在不合理阻力

对管网水压图进行测试,查找管网不合理阻力,发现部分阀件未打开,或存在过滤器脏堵。

支路水力不平衡

末端水力不平衡现象严重,需进行水力平衡调试。

冷站专题-逆向旁通混水

逆向混水使得二次侧供水温度升高,末端制冷能力下降,末端水阀全部打开,二次水量需求增加,水泵能耗大幅增加,混水量加大,二次侧供水温度升高,最后加开冷机。

一次侧总流量1819m3/h,二次侧总流量2414m3/h,混水量594m3/h,24.6%。

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水力平衡调试

以负荷最大的3#二次泵房为例, 3#二次泵房负责B1、B2、B3、B6管井,水力平衡调试前各管井温差在3℃,水力平衡调试后各管井温差在1℃。图片图片

解决措施1-逆向旁通混水

二次泵出口阀门全部打开,保证供回水温差不过大,降低二次泵频率。图片

解决措施2-逆向旁通混水

保证冷机均在高负荷率下运行,同时考虑二次泵系统为开机过程中的混水,早上开机时场内蓄热负荷较大,增加开机台数,避免逆流混水。图片

解决逆向旁通混水

开启两台大机,冷机出水温度设定值9℃,一,二次测供水温度均为8.9℃,实现零混水。

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7月4号,室外气温27度

#3热站系统优化调试

供热水系统诊断

1、从热站实测水压图可知,部分阀件或设备在额定流量下压降较大,需进行拆卸并清洗。图片

2、清洗后,在相近的流量下,各板换压降明显下降,阻力减小,同时板换换热更加均匀。图片

3、所有板换加装保温,部分管道加装保温,部分阀件加装保温,共计10台板换,以及22个漏热阀件或漏热点。图片

水力平衡诊断

现象:部分公区实测环境温度区别较大,部分租户反馈较冷,实测各立管供回水温差较小且差别较大,水力不平衡,实测各区温差远小于设计值10K。

原因:热水系统水力平衡不佳,不能满足按需供给,区域冷热不均。

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调试前测试结果
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水力平衡调试

解法:对热水系统进行水力平衡调试,主要采用热力平衡的方式。

效果:各立管供回水温差与设计偏离对比差距减小,A区实际总供回水温差在5~7K,B,C区在7~9K左右,环境场冷热不均的现象得以缓解,租户鲜有报冷投诉,为水泵调试及系统自动化做准备。

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调试后各立管测试结果

设备诊断

现象:水泵长期无法启用变频。

原因:部分设备及阀件阻力较大,出口阀门未全部打开,末端水力平衡未经调试,如降低频率,减小流量,部分租户或公区需求得不到满足,只能手动工频开启。

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设备调试

解法:在水系统优化工作完成后,先降低水泵运行频率,并逐渐打开水泵出口处阀门,在根据实测流量以及末端需求再次降低水泵运行频率。

效果:在满足设计流量的前提下,水泵频率大幅下降,功率随之下降,A区频率降至47Hz,B区频率降至45Hz,C区频率降至41Hz

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控制策略诊断

现象:出水设定温度高,典型日在55~60℃左右,导致能耗损失大,末端过度供热,同时水泵调试后虽可降频,但为保证运行效果,系统仍在手动运行。

原因:多种问题互相影响,为保证末端需求,只能使用手动模式过量供给

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原供暖季供水温度设定
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北京某商场二次侧供水温度

控制策略优化

解法:通过热水系统优化,水力平衡调试,设备调试后,已具备控制策略自动化条件,先实行自动化控制,逐渐根据实际测试需求,细微调整,最终使热站控制系统自动化运行,且各参数优于手动控制

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室外温度高于8℃,40℃运行
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控制策略优化效果

效果:商业综合体典型日原供水温度设定为55~60℃,经上述一系列工作后,已根据室外气温,给出供水温度设定值,变化范围在40~50℃之间,水泵变化范围在38~42Hz之间,解决了过量供热,采暖用热量下降27260GJ,节省采暖费用221万元,且热水循环泵用电量下降19.26万kWh,下降44%。

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#4末端优化调试

末端&环境优化步骤

5月:机组性能测试

6月:问题解决方案,整改&调试

11月:冬季控制策略优化

每月一次:公区环境场测试&改善

空调箱现象

实测发现部分公区环境场舒适度不满足要求,垂直,水平方向温差较大,以L1及L4层为例层为例,KT-B-LG-3送风量过小仅2458m³/h风量不足,导致左侧区域供冷量不足,温度高于右侧,KT-B-L4-7送风量小,导致该区域供冷量不足,温度高于该层其他区域。

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空调箱诊断

解法:对公区所有具备条件的102台AHU进行检查及调试工作,以实测风量,全压,效率等指标作为评估性能的指标,其中有40余台不满足要求。图片

空调箱测试

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机组性能测试

各楼层公区空调箱实测风量结果图片

问题诊断

原因:施工遗留,调试不到位,日常维护待加强,共81台。图片

问题案例

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维修措施

机组自身问题

  • 定期对过滤网进行清洗;
  • 定期对风机进行检查,皮带松动及时更换;
  • 对照风机样本检查风机名牌参数。

输配系统问题

  • 对风管漏风处进行修补或封堵;
  • 对未保温的风管加装保温,对保温脱落处进行修补。

阀件检修

  • 对不能关严的阀门进行检修;
  • 对装反的阀门进行标记,并手动开关;
  • 对风阀开度与BA显示不符的,对传感器进行修正;

传感器维修

  • 对压差传感器进行损坏的进行更换,保证正常使用;
  • 安装位置错误的建议重新安装取压口并接入到BA中。

控制策略优化

  • 关闭新风电动阀或手动阀,减少新风负荷;
  • 空调机组分层控制,按楼层给定回风,送风设定温度;
  • 减少开机时间,将原开启策略进行优化,高低区空调箱按;
  • 精细化控制,通过对末端环境场测试,找出过冷过热区域,继而调整负责该区域空调机组,调整温度设置、风机频率等参数。

2018.1-6月同期对比,空调机组用电量下降34.25万kWh,下降21.4%。

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冬季高区降低回风温度设定,频率在60%~70%变化
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环境场调试优化

效果:公区环境场得以改善,以室外温度变化,定期更改控制策略,分层分区控制

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公区环境舒适度提升,且温度分布更加均匀

#5其他系统节能改造

独立供暖系统改造

现象:商场内某手机店空调系统参数无法现场设置,其要求冬季空调供水温度要求较高(不得低于60℃),导致整个B区系统供水温度设置过高,增加了整体能耗。

解法:在B1层设备机房内为苹果店独立设置供暖系统,包括板式换热器、定压补水装置,软化水装置以及自动系统,通过调节一次侧温度调节阀来控制二次供水的温度。

效果:可提供恒温60℃供水以满足其舒适度要求,同时为B区水力平衡以及降低供水温度打基础

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围护结构

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需要弥补的维护结构漏洞包括:

围护结构漏洞

维护结构漏洞经过物业团队几年的努力工作,已较少出现,除部分较难封堵遗留。

综合管线穿墙

大量存在,影响公租区环境场主要原因,亦是本阶段工作重点。

外门外窗气密性

仍可再次加强优化,本阶段重点为加强外门密封以及解决后勤通道门常开的问题。

围护结构问题

现象:各主要出入口处温度,公区部分区域与公区测试平均值有一定差别,偏冷,在室外温度较低时尤为明显,室内环境品质得不到满足。

原因:部分门窗气密性有待加强,部分区域维护结构存在漏洞,综合管线穿墙未封堵,后勤通道门常开

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围护结构改造方案

解法:各维护结构气密性需进一步补强,门窗更换门刷,密封条,综合管线穿墙封堵,后勤通道门改为感应式,最终减少冬季冷风渗透。

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维护结构改造效果

效果:大幅减少了室外冷风渗透,特别是卫生间处避免了风机盘管从新风井抽取室外冷空气,提升了卫生间区域温度,后勤通道也大幅缓解了为上货运输导致的门常开,冷风渗透进入公区的问题。

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地铁通道问题

现象:地铁开通后,大量冷风延地铁通道侵入到商业综合体内,导致B1、B2层环境场温度远低于设计温度,租户投诉较多;地铁通道入口处风速高达11m/s,玻璃门直接被吹开,无阻挡效果。

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地铁通道改造方案

措施1:地铁通道入口增加门帘,大量减少冷风长驱直入

措施2:增加双层门

措施3:在双层门上加装4台热风幕机

措施4:关闭卷帘门

措施5:将此区域吊顶,降低高度,打乱气流组织,开启空调加热此区域

措施6:侧门常开,加装热风幕

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地铁通道改造效果

  • 改造后B2层环境场温度平均上升5.3 ℃。
  • 地铁通道入口处风速由11m/s降低为1m/s,效果非常明显,通道内无吹风感。
  • 在地铁通道进入商场的侧门处风速仅为1.3m/s,且为23℃热风。

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车场照明

现象:2017年6月,商业综合体停车场采取收费制度,车流量有所减少,对其照明进行测试,结果超过《建筑照明设计标准》GB 50034-2013中的标准值30lx,照度偏高。

原因:车场照明控制回路较为简单,停业后开启应急照明,白天无法按需控制,不满足节能需求图片图片

车场照明改造方案

解法:考虑商业综合体的定位,将原车场4800余盏照明由T8LED升级为感应式LED灯,分为两档照度,车道7~8m感应距离,车位3~4m感应距离, 全亮模式30s延迟时间17W功率,节能模式常亮2.5W功率,管理仍按原有模式操作即可,无需对其进行修改。图片

车场照明改造效果

效果:改造后照度由改造前343lx变为412lx(全亮模式),上升了20%,节能模式照度为77.5lx(功率仅2.5W),于2017年年底完成全部更换,同期对比,1-9月节能量为48万kWh,节能率43%。

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谐波治理

现象:抽测变压器中存在大量三次谐波,最大达85A,中性线的3次谐波为260A,其中冷站水泵配电柜的运行电流为500A,其中电流畸变率超过了35%(190A),设备产生的谐波以5次和7次为主。

原因:系统中存在大量整流设备以及变频设备时,系统内会产生大量谐波电流,谐波电流在流经变压器时,由于变压器存在阻抗,所以会产生谐波电压,产生的谐波电压会对系统下的所有用电设备产生影响。

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谐波治理改造方案

解法:加装有源谐波过滤装置,通过检测负荷所产生的非线性电流,有源滤波器能够产生一个电流波形,有效地匹配负荷所产生的电流的非线性部分;并将该电流实时地注入配电母线,可消除具有危害的负荷所产生的谐波电流。

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谐波治理效果

效果:开启有源滤波器后可以看出五次谐波由112.7A降到80.7A,三项的电流畸变率分别由49%、52%、47%降到1%、2%、1%。

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文章分类: 绿建能耗
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