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大型商场空调系统的节能改造

大型商场空调系统的节能改造

北京双安商场

案例分析概述
    北京双安商场是一家集购物、娱乐、餐饮为一体的综合性服务大厦。1994年建成,商场大楼高五层,总建筑面积2.1万平方米,1997年被评为"北京市顾客光顾率最高的十大商场"之一。
    该商场空调使用面积1.8万平方米,空调系统为典型的夏季制冷、冬季供热设计。商场开业运行后,发现在过渡季和冬季营业区温度偏高,冬季非但不需供热,反而有时要制冷。由此造成冷水机组年运行时间长,这样既浪费能源又容易导致空调箱盘管冻裂等设备事故。
    经过对双安商场空调系统的测试分析,发现主要是排风系统不适宜,导致上述问题的出现。因此针对该商场的排风系统制定了改造方案,在改造工程实施完成以后一年的运行过程中,过渡季节和夏季室温基本保持在23℃,冬季无需制冷,室温控制在20℃左右,室内空气质量大大改善。全年冷水机组运行时间缩短了将近一半,空调箱开启台数明显减少,从而节约了能源并取得了良好的经济效益。

案例研究目的
    通过从技术、经济、节能和环保等方面对双安商场空调系统节能技术改造项目的研究,旨在总结该项目的成功经验和示范性,并向广大企业推广该项节能技术。
  
项目总投资
    新系统于1998年9月投入运行,总投资55.5万元。
  
节能效果
    1998年9月至1999年8月,年节约电量36万kwh, 节省电费28.9万元(按现在电费0.8元/kwh计算),年二氧化碳减排量380吨。
    此外,项目实施后改善了购物环境,少开空调箱、制冷机组、减少了检修材料费、人工费和管理费。

投资回收期
    投资回收期为2.1年
  
适用对象
    出现过渡季和冬季室温偏高、冷水机组年运行时间长、使用单风机空调系统的商场和其它建筑。
  
案例源单位
    北京双安商场
  
监测单位
    上海市节能监察中心

节能原理
    经对商场空调运行参数实际测量和分析发现:原系统空调箱新风量的设计,仅考虑了夏季制冷工况,取值尚合理。但到过渡季和冬季时,要大量利用新风来调节室内温度时就显得'捉襟见肘',不堪应付。
    为此商场在二至五层各楼面吊顶上加装排风口,夹层作为静压箱,在南侧墙吊顶以上安装八台轴流风机,共计三十二台。并采用计算机来控制风机的开启台数,调节排风量。

图一 改造后排风口和温度传感器

    图二所示的空调风平衡图,可以具体地说明问题的症结和解决的方法。

图二 系统风平衡图
A1:新风,A2:回风,A3:空调风,A4:门窗排风,A5:改造后排风口排风

    改造前风量平衡关系式:
    A3=A1+A2=A2+A4
    则 A1=A4
    从以上关系式可知改造前新风量等于门窗漏风量,由于门窗漏风有限,导致室内正压过高,新风难以吸入,过渡期和冬季,不能大量利用新风来抵消室内热负荷。如不制冷,则室内温度偏高,故不得不通过开启冷水机组来达到降温目的。这样的运行方式是很不合理的,既浪费能源,又可能造成冬季空调箱冷水盘管冻裂。
    加装排风系统后的风量平衡关系式是:
    A3=A1+A2=A2+A4+A5
    则 A1=A4+A5
    改造后增加了排风系统,吸入室内的新风量也随之增加。由于过渡期和冬季室外空气焓低于室内空气焓,利用大量低温新风便足以抵消室内热负荷,可停开冷水机组,避免了大量电能的浪费。

项目监测情况

图三 改造后商场室内图

    根据对系统改造前和改造后三年统计数据的分析,对商场风量平衡的测试及商场内环境温度的测试,得出如下结果:
   
    1. 改造前商场最大新风量是25万立方米/小时,改造后可达65万立方米/小时,新风量为原来新风量的2.6倍。
   
    2. 改造后过渡期室内平均温度可控制在23度左右,冬季不开冷水机组,室内平均温度可控制在20度左右,这在改造前是做不到的,而且室内空气质量明显好转。
    3. 经过对三年空调耗电量的CUSUM图计算,改造后一年可节电36万度。

    4. 按节电量计算36万度每年可减少二氧化碳排放380吨。
    5. 财务效益:该项目内部收益率50.20%,项目投资回收期为2.1年(折现率6%),项目财务净现值126.07万元(计算期8年, 折现率6%)。

图四 累积节电量图

    根据三年商场空调用电数据的分析绘制了累积节电量图(图四),图中横坐标为时间(单位:月),纵坐标为累积节电量(单位:万度)。从图中可以看出,改造前24个月,不节电,自改造后节电量逐月增加。自第33月(1999年5月)开始累积节电量有所减少,是由于进入夏季制冷期,排风口增加了漏风量,导致新风量增加,耗电量略有上升。到1999年8月底,改造后一年累积节电量达36万度。
未来市场潜力
    大型商场都采用中央空调系统,对北京十大商场调查发现,多数商场都存在空调能耗大,过渡季、冬季不能采用大量新风,全年制冷机运行时间过长,并经常出现过渡期或冬季室内温度偏热现象。造成这种问题的原因在于普遍存在与双安商场改造前的同样问题。
    因此双安商场空调系统的节能改造无疑为同类型建筑提供了一个有效的范例,我们认为有如下现象的建筑都可以参照双安商场的经验进行改造:
    1. 系统排风量不足或是没有专门的排风系统,造成过渡季和冬季室内温度偏高。
    2. 没有自控系统,不能利用调节新回风比的方式利用室外低焓值的空气冷量,使制冷机开启时间加长,浪费大量的电能。
    目前,国内大部分地区(除寒冷地区外)的商场都存在这种现象,因此这种加设排风和自控的空调节能改造方式还是有很大的市场潜力的。

案例源企业评价
    我们商场空调系统经清华同方股份有限公司改造后取得了明显的节能效果,经营成本下降,更重要的是商场购物环境舒适程度大大提高,带来营业额和利润的增长,而投资全部回收只有二年左右。不久的将来,二期全自动控制系统完成,节能效果将会更加显著,商场的成本还会降低,商场的效益会更好。这次改造的成功,会促进我们更积极地应用新的节能技术。



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