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淺談城市大型公共建筑能耗與節(jié)能改造決策研究
點擊次數(shù):1570 更新時間:2021-03-16

王蒙蒙

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:本文以公共建筑中酒店類建筑為例,基于酒店的用能現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、潛在節(jié)能改造方向、改造投資額等數(shù)據(jù),通過采用線性規(guī)劃的分析方法得出在達(dá)到節(jié)能率指標(biāo)的情況下,實現(xiàn)改造投資的經(jīng)濟(jì),為下一步公共建筑節(jié)能改造提供分析方法。

關(guān)鍵詞:公共建筑節(jié)能 投資規(guī)劃分析 節(jié)能改造技術(shù)

1 

1.1 研究背景

改革開放以來,經(jīng)濟(jì)保持了高速增長,特別是近年來城鎮(zhèn)化步伐加快,建筑規(guī)模大幅增加。建筑能耗是繼工業(yè)通能耗之后的三大社會能源消耗主體。隨著建筑規(guī)模的擴(kuò)大,建筑節(jié)能成為節(jié)能降耗的重要內(nèi)容,特別是公共建筑節(jié)能。根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2017年2月發(fā)布的《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展"十三五”規(guī)劃 》要求,"十三五 ”期間公共建筑節(jié)能改造的主要目標(biāo)是:公共建筑節(jié)能改造1億平方米。因此,十三五"期間公共建筑節(jié)能仍然任重道遠(yuǎn)。

1.2 研究內(nèi)容和方法

本文主要研究上海市公共建筑節(jié)能改造系統(tǒng)的選擇, 以旅游飯店建筑為例,基于該類酒店現(xiàn)有的用能系統(tǒng)數(shù)據(jù)、潛在的節(jié)能改造系統(tǒng)節(jié)能量和相關(guān)投資估算,通過采用規(guī)劃分析的方法,分析在一定節(jié)能率的要求下,投資額低時的改造系統(tǒng)選擇,為下一步企業(yè)投入節(jié)能改造提供經(jīng)濟(jì)有效的分析方法支持。

2 節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)性分析

針對大型公共建筑的節(jié)能要求,投資金額往往是業(yè)主方考量的重要因素,本文以上海某五星級酒店為例,通過改造前用能系統(tǒng)能耗、節(jié)能改造方向和相關(guān)投資數(shù)據(jù),分析在一定節(jié)能率的要求下,投資量低時的改造系統(tǒng)選擇。這是一個資源分配問題,決策目標(biāo)受低節(jié)能率(如前一年節(jié)能10%)的制約,同時要求在低投資額下保障節(jié)能率目標(biāo)的實現(xiàn)。

2.1 酒店基本情況

本文研究對象為上海某五星級酒店,酒店主要能源利用系統(tǒng)包括:中央空調(diào)系統(tǒng)、鍋爐供熱系統(tǒng) (冬季采暖生活熱水、衣房消毒、除氧)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等。酒店改造前,總能耗如表 1所示,其中:根據(jù)《綜合能耗計算通則》 (GB/T2589-2008),電力的折合標(biāo)煤系數(shù)采用電力(等效電)為0.350kgce/ (kW•h)燃?xì)獾恼酆蠘?biāo)煤系數(shù)采用氣田天然氣為1.2143kgce/m3,水的折合標(biāo)煤系數(shù)為0.0857kgce/m3。

酒店主要用能系統(tǒng)的情況如下 

(1) 照明系統(tǒng):酒店照明光源共21250套,光源類型包括MR16鹵素射燈、螺旋或U型節(jié)能、白熾燈、T5 日光燈帶、T8/T5 熒光燈。適合改造的燈具共7229盞。

(2) 中央空調(diào)系統(tǒng):酒店冷源系統(tǒng)現(xiàn)有約克離心機(jī)組4臺,制冷量 700RT/臺,額定輸入功率490kW,蒸發(fā)器承壓1.60MPa。

(3) 變配電系統(tǒng)酒店供電系統(tǒng)為兩路供電,供電總?cè)萘繛?/font>12000kVA,每路供電配備為2臺2500kVA和1臺10OOkVA變壓器35kV直降0.4kV系統(tǒng),6臺變壓器皆處于較低負(fù)載工況,尤其是兩臺1000kVA 變壓器的工作效率較低。

(4) 蒸汽鍋爐系統(tǒng)鍋爐房內(nèi)有蒸汽鍋爐4臺,1用3備4臺鍋爐來回切換使用。單臺鍋爐的額定產(chǎn)出蒸汽量為6噸,單臺鍋爐額定工作壓力0.78MPa,寒冷日消耗天然氣量1000017。

(5) 電梯系統(tǒng):酒店電梯共X臺,包括客梯、貨梯和員工梯。

2.2 酒店改造措施及單系統(tǒng)節(jié)能量

從技術(shù)的節(jié)能量、酒店的安全性、系統(tǒng)穩(wěn)定性和減少對酒店的影響等幾個因素考慮,篩選出部分可行的節(jié)能改造措施。每個設(shè)備的節(jié)能量是通過以下兩種方式或結(jié)合所獲得

(1) 理論值:將設(shè)備理論的額定功率定義為改造后的用電功率

(2) 模擬分析:通過能耗模擬軟件Energy Plus,設(shè)定改造后的使用環(huán)境,然后模擬出節(jié)能量。

酒店可以采取的節(jié)能措施包括:

(1) 照明系統(tǒng):采用節(jié)能的LED燈具替換原有燈具。照明燈具的節(jié)能量 = (原燈具功率-改造后燈具功率) x平均運行時間x運行天數(shù)。

(2) 低區(qū)生活熱水改造:擬選擇6臺熱泵熱水器主機(jī) (可滿足66.7%負(fù)荷、80% 使用工況的需)。 通過計算采用空氣能熱泵熱水器后,系統(tǒng)年減少天然氣消耗為322930m3 ,系統(tǒng)年增加電量消耗 613568kW–h。

(3) 游泳池?zé)崴脑欤簲M選擇3臺熱泵熱水器主機(jī)(可滿60%負(fù)荷,75%使用工況的需)。通過計算采用空氣能熱泵熱水器后,系統(tǒng)年減少天然氣消耗105174m3同時系統(tǒng)年增加電量消耗為199831kW•h。

(4) 電梯勢能回饋:擬為電梯增設(shè)勢能回饋裝置,可將電梯運行中多余的機(jī)械能(含勢能、動能),預(yù)期年節(jié)能量約113040kW•h。

(5) 變配電系統(tǒng)改造:對兩臺WOOkVA變壓器進(jìn)行減容改,減容改造后供電總?cè)萘拷禐?/font>10000kVA。變配電系統(tǒng)節(jié)能改造的年節(jié)能量為131575.2kW•h。

(6) 增加能源監(jiān)測和管理系統(tǒng):酒店建立能耗監(jiān)測管理平臺可以以實際能耗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對酒店的現(xiàn)有用能狀況進(jìn)行分析,做出相應(yīng)節(jié)能診斷,得出切實可行的節(jié)能辦法,包括管理節(jié)能、技術(shù)節(jié)能和公示行為節(jié)能,降低酒店的能源消耗,提高酒店的運行管理水平,預(yù)計節(jié)電量為383523kW•h

2.3 問題分析和模型建立

2.3.1 問題分析

這是一個混合型的線性規(guī)劃問題,先需要滿足改造后的節(jié)能量與改造前相比減少10%,即節(jié)能量應(yīng)達(dá)到643.3噸標(biāo)煤。同時實現(xiàn)投資額低。因此需要決策的是各個系統(tǒng)如何投資做節(jié)能改造。決策限制條件包括

(1) 改造的燈具數(shù)量不能超過現(xiàn)有的燈具數(shù)量,并且燈具數(shù)量為整數(shù)。

(2) 低區(qū)生活熱水泳池生活熱水、電梯勢能回饋、變配電改造是否改造,屬于是非決策需要運用0- 1整數(shù)規(guī)劃來處理。

(3) 低區(qū)生活熱水泳池生活熱水若進(jìn)行改造,在減少燃?xì)庥?/span>量的同時,會增加耗電量。在模型中反映是:將燃?xì)庥昧亢陀秒娏?/span>折合為標(biāo)準(zhǔn)煤,在同一水平上進(jìn)行比較。

(4) 各項系統(tǒng)在決定是否進(jìn)行改造后,需對節(jié)能量加總,以達(dá)到低節(jié)能率10%的要求。

2.3.2 模型建立、求解與分析

建立線性規(guī)劃模型,并進(jìn)行求解

(1) 照明燈具系統(tǒng)

各類型燈具的改造數(shù)量<現(xiàn)有燈具數(shù)量;

節(jié)能量=(原燈具功率-替換燈具功率)*平均運行時間x運行天數(shù) ( 其中運行天數(shù)按365天計);節(jié)能量折合標(biāo)煤=節(jié)能量x電力折合標(biāo)煤系數(shù);投資=實際改造數(shù)量x單個燈具投資。

(2) 低區(qū)熱水系統(tǒng)、泳池?zé)?/span>水系統(tǒng)改造

節(jié)能量折合標(biāo)煤=改造后減少的燃?xì)饽芎?/span>(折合標(biāo)煤)-改造后增加的用電能耗(折合標(biāo)煤);

投資:根據(jù)初步設(shè)計后得出工程量清單,估算得出。

(3) 電梯勢能回饋

節(jié)能量折合標(biāo)煤=改造后減少用電能耗(折合標(biāo)煤)

投資:根據(jù)初步設(shè)計后得出工程量清單,估算得出。

(4) 變配電系統(tǒng)改造

節(jié)能量折合標(biāo)煤=改造后減少用電能耗(折合標(biāo)煤);

投資:根據(jù)初步設(shè)計后得出工程量清單,估算得出。

(5) 能源監(jiān)測和管理系統(tǒng)

節(jié)能量折合標(biāo)煤=改造后減少用電能耗(折合標(biāo)煤);

投資:根據(jù)初步設(shè)計后得出工程量清單,估算得出。

建立模型及進(jìn)行規(guī)劃求解后得出如表2和表3所示的結(jié)果。

規(guī)劃求解的結(jié)論為:當(dāng)實現(xiàn)總節(jié)能量要達(dá)到低節(jié)能量要求時,643.3噸標(biāo)煤,應(yīng)改造的系統(tǒng)包:部分照明燈具系統(tǒng)、低區(qū)熱水系統(tǒng)、電梯勢能回饋、變配電系統(tǒng)改造、能源監(jiān)測和管理系統(tǒng)。改造總投資由各系統(tǒng)單項投資加總,合4,914,604 元。

 1 酒店全年能耗值統(tǒng)計

 

 2 照明系統(tǒng)決策方案

 

 3 各系統(tǒng)決策方案

 

2.3.3 決策方案分析

從求解的解可以看出以下特點 

(1) 照明燈具:節(jié)能量較大、單項投資較低的燈具是項選擇。而節(jié)能量大,但單項投資也較高的燈具,改造時不作為考慮。

(2) 熱水系統(tǒng)改造:節(jié)能量較大的泳池?zé)崴脑?/span>,在化求解中沒有被采納,主要原因是該項投資較大,與低區(qū)熱水改造相比,實際投資量約為低區(qū)熱水改造的2/3, 但節(jié)能量(折合標(biāo)煤)為低區(qū)熱水改造的 1/3。

(3) 電梯勢能回饋、變配電系統(tǒng)改造和能源監(jiān)測和管理系統(tǒng)的節(jié)能量都非常可觀,同時,投資遠(yuǎn)低于熱水改造,因此,可以作為本次改造的考慮范圍

3 安科瑞能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)介紹

3.1 系統(tǒng)概述

Acrel-5000建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng),在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析,通過對用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計,以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況,便于找出高耗能點或不合理的耗能習(xí)慣,有效節(jié)約能源,為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

3.2 應(yīng)用場所:

1)辦公建筑(商務(wù)辦公、辦公建筑等);

2)商業(yè)建筑(商場、金融機(jī)構(gòu)建筑等);

3)旅游建筑(賓館飯店、娛樂場所等);

4)科教文衛(wèi)建筑(文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等);

5)通信建筑(郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等);

6)交通運輸建筑(機(jī)場、車站、碼頭建筑等)。

3.3系統(tǒng)功能

1)登陸界面

系統(tǒng)可以根據(jù)客戶要求定制個性化的系統(tǒng)登錄界面,登錄界面所用的圖片、 Logo等由用戶提供。

2)綜合能耗展示

系統(tǒng)登陸成功進(jìn)入主頁面,主頁面顯示該建筑的建筑圖片,建筑基本信息,建筑當(dāng)月分項用電餅圖和各種能源的消耗量。

3)支路能耗概況

系統(tǒng)可以根據(jù)分類能耗的支路名稱查詢用能情況,顯示當(dāng)日和當(dāng)月的用能峰值(電能對應(yīng)需量值)、當(dāng)日用能、當(dāng)月用能、當(dāng)年用能以及昨天同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比較情況。

4)支路用能

系統(tǒng)可以統(tǒng)計各支路某段時間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。

5)分項能耗概況

系統(tǒng)可以按照動力、空調(diào)、插座等分項進(jìn)行能耗統(tǒng)計與顯示,支持用能餅圖顯示各分項過去31天的用能占比;堆積圖顯示各分項過去31天的能耗趨勢;分項用能圖顯示被選中分項對應(yīng)能耗值*位的支路。

6)分項用能

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