广州国际银行中心中央空调系统高效冷站节能改造服务项目

广州市金卫物业管理有限公司为该大厦的物业管理单位，广州广盛置业有限公司为该大厦的产权所有人。两公司的100%持股人均为中国香港企业——中国金丰集团有限公司。

广州国际银行中心位于广州市越秀区东风西路191号，地处广州市商业金融区，1997年建成，大厦运营超过22年，作为优质的甲级写字楼为客户提供高质量营商环境。大厦供冷面积约40000平方米，地上15层，地下4层；大厦内有数据中心、银行服务结构、通信服务机构、商业办公单位等业态。中央空调冷站机房位于大楼负4层，中央空调系统全年24小时不间断供冷，对其可靠性要求非常高。

广州国际银行中心采用水冷中央空调系统，总装机容量为2388RT，中央空调冷源系统主要用能设备、现场情况如表1。

表1 中央空调冷源系统配置

参照广州国际银行中心2019年7月至2020年6月的运行数据记录和值班日记，中央空调冷源系统运行期间最多开启两台557RT的主机，单台主机冷负荷最大值412RT。通过测试及计算，得到大厦全年用冷量为186.1万RTh（655万kWh冷），中央空调冷源系统全年用电量307.7万kWh，全年平均EER值约2.1。

南方电网综合能源股份有限公司。

（1）高效机房改造——主机设计选型

根据广州国际银行中心负荷需求，对中央空调冷源系统内的设备进行匹配，达到整个冷站性能最优。选用高效冷水机组，保证各负荷段都处于主机高效运行区，降低主机水阻；根据管网阻力计算进行水泵选型，选用高效率、低能耗水泵。

（2）高效机房改造——管网优化

①管路优化布线

管路优化的原则是科学布置设备位置，合理安排管道标高、走向、缩短管路长度、减少管件数量，最终目标是降低冷冻、冷却系统管路的阻力。

冷水机组统一型号、冷却塔相应也统一型号，冷却水管路取消平衡阀，降低由平衡阀引起的阻力损失。

设备流量、阻力参数不变的情况下，降低管路系统阻力的主要措施包括：

适当增大管径，降低流速；

合理布置管道及设备，缩短管路长度；

减少管路弯头；

采用斜三通替代正三通；

取消不必要的阀门和部件。

②冷站机房布置要点

*优化后的管路，支管与主管尽量采用45~60弯头连接，水泵法兰出口与机组的蒸发器、冷凝器入口高度尽量一致，并尽可能对正，通过水泵混凝土基础高度进行调整。

*支管与主管之间连接尽量少用直角弯，主干管水平布置也尽量减少90度弯头，改为 30-45 弯头，按照最近路线布置，缩短管长度。

管路沿程阻力计算公式：H1=L×hf/10000 (mH2O)（其中：当量阻力 hf=105×120-1.85×φ-4.87×(L/3600)1.85×1000）

局部阻力计算公式：H2=ζρＶ2/2 (mH2O)

总阻力 H=H1+H2 (mH2O)

接水泵、冷却塔的支管与主管连接，应采用45度插接，以降低水阻。

图2 管道45度插接

*集水器、分水器进水与出水分别在上、下侧布置，减少阻力。

（3）高效机房改造——水泵与冷却塔变频

采用高效水泵与冷却塔，并增加变频控制。当冷冻水、冷却水一次泵及冷却塔缺乏变频控制，设备全年处于工频运行状态时，在部分负荷时段，中央空调系统无法根据建筑物内负荷变化情况实现变频节能运行，导致空调水系统常年处于“大流量、小温差”状态，水泵运行能耗高。

对冷冻水泵的电机作自动变频处理，可以在保证供回水压差恒定的前提下，减小水泵的流量，运行功率随之减小从而达到节能的效果。通过分析冷水主机最适合冷却水流量点，通过变频优化使冷却水泵运行于最优的冷却水流量点，保证机组的运行稳定，且降低冷却水泵的耗能达到节能效果。提高冷却塔散热效率，加装变频控制可提高冷却水换热效率，降低能耗达到节能效果。

（4）高效机房改造——建设机房群控系统

机房设备在设计选型时，通常按建筑物的逐时最大负荷来选择配置，而实际运行空调负荷是时刻随季节、昼夜及用户负荷而变化的。在不同时段下，冷源设备制冷负荷变化较大，常规定流量系统，空调冷冻水大部分时间在大流量、小温差状态下运行，无法随负荷及环境温度的变化而调整，既不节能，也不利于机房设备正常、高效运行。通过分析空调冷冻水系统特点和运行要求，将冷冻水系统设计为变流量运行，设定冷却塔回水温度，控制冷却塔的出水温度。当空调负荷变化或外界温、湿度变化，造成冷却水出水温度变化时，通过调整冷却泵运行频率。在保证冷冻机安全、满足用户负荷要求的前提下，可以节省大量电耗，大幅降低运行费用，达到降低综合能耗。冷站机房控制系统不仅能够实现全面自动化运行的要求，还基于负荷控制和关联控制，将冷冻机房作为一个整体，可以实现整个冷水机房能效比最高的目标。

（1）项目实施前存在问题

①系统可靠性方面

制冷主机：

设备运行长达23年，老化、效率下降，其中一台557RT主机已损坏。 阀门老旧关闭不严，部分阀门2017年已更换。

机组噪音大，轴承存在变形、间隙增大。

主机定频运行，不能根据负载变化自动调整，制冷效率低。

设备使用年限长，频繁故障。

设备运行长达22年，老化、破损严重。

漂水严重，地上长期泡水长出青苔，地面湿滑，存在安全隐患。

水泵无变频功能，且设备老化严重，存在安全隐患。

冷却塔

填料层长期未清洗、杀菌、灭藻，设备表面附着大量灰尘泥沙与生物粘泥。

布水不均，放置地点四面被墙遮挡，通风受阻，影响换热效果，效率低下。

②系统效率方面

中央空调冷源整体负荷率不高。通过对大厦空调冷站运行记录分析，发现冷站的用冷负荷率不高，长时间运行在部分负荷工况下。

冷站综合运行效率低，用冷成本偏高。除去已损坏的主机，其他557RT主机的平均COP值均在3.0左右，1#活塞机COP值低于2.0，见下图所示,可见主机效率衰减比较严重，基于冷站运行记录上的设备用电量数据，结合全年用冷量，测算出冷站年均运行效率值ERR为2.1。可见，冷站的运行成本偏高，主要原因为设备老化，效率衰减，后期运行维护成本偏高。

③运行管理方面

用电计量系统：

广州国际银行中心电房只设置到二级计量，未设置三级分项计量，无法了解各分项系统（如、空调、照明、机房设备等）的耗电情况。从目前现状来看，难以把中央空调系统、照明、数据机房设备、通风设备等分项耗电准确拆分出来。

空调系统：

空调机房缺乏BA群控系统，主机、水泵启停都依赖人工操作，各空调系统长期处于“大流量，小温差”运行状态，无法根据末端负荷变化合理调整冷站运行策略，实现冷站各设备的最优组合运行，导致主机、水泵能耗偏高；空调冷水机组等主要设备的运行，都有人工记录，但尚未实现信息自动收集、处理和存储，对于新风机和空调柜无设备机组运行状况历史数据记录，也尚未实现运行数据自动采集和存储。

运行管理水平：

缺乏完善的能源管理系统，无法实现对大楼内重要设备系统的用能情况、用能效率等进行检测及分析，通过实地调研获知物业管理人员具有相关设备启停、控制等基本技能，并且制定有相应的操作规程。但从高效节能运行管理的角度评价，与国际国内先进水平比较，无论在专业技术还是管理经验等方面仍存在提升的空间。

（1）主要建设/改造内容

本项目以提高冷源系统能效比EER为主要目标，最低目标为将冷站机房能效从现有2.1提高至4.5以上。

①高效冷站机房建设（含高效主机、水泵、冷塔等采购、安装、调试、运行）

负荷分析：

参照国际银行中心2019年7月至2020年6月的运行数据记录和值班日记可知，空调系统运行期间最多开启两台557RT主机，单台主机冷负荷最大值412RT（见下表），当2台主机同时运行，则大厦冷负荷最大值为824RT，取10%的余量，则最大值约906RT。

设备更新：

拆除现有1台已损坏的和2台COP较低的557RT主机，拆除160RT主机，根据大厦最大冷负荷值906RT进行主机选型，主机负载率取80%，则主机最大冷负荷为1132RT左右，配置2台415RT的超高效变频螺杆机，1台278RT的变频水冷螺杆机，此时日常运行负荷能处在主机高效段，且在12月-次年4月夜间负荷较低（约80RT）时，可以由小主机供冷，3台新主机已满足大厦的正常供冷需求和可靠性需求，系统中还剩余一台557RT的旧设备可以作为备用，保证系统的安全可靠性。

根据系统的实际需求，更换4台与系统匹配的高效冷却泵和4台高效冷冻泵，并且采用变频控制，以提高泵的节能效益。

拆除现有的冷却塔，更换为全新高效的冷却塔，并移动到通风顺畅的位置。高效冷站主要设备选型及参数见下表。

冷却塔散热性能优化：

调整冷却塔的安装位置至顶层屋面见下图，避免热气回流和提升冷却塔的通风条件，提高冷却系统的散热效率。

部分管道阻力优化

现有的管网系统是按传统机房系统设计和建造的，具备良好的供回水功能，但是并不能达到小阻力节能的要求，进行冷站机房改造时，在更换部分主机、水泵的同时，优化管网设计（见下图），减少不必要的管网阻力。

②建立中央空调冷站机房群控系统

通过分析空调冷冻水系统特点和运行要求，将冷冻水系统设计为变流量运行，设定冷却塔回水温度，控制冷却塔的出水温度。当空调负荷变化或外界温、湿度变化，造成冷却水出水温度变化时，通过调整冷却泵运行频率。在保证冷冻机安全、满足用户负荷要求的前提下，可以节省大量电耗，降低运行费用。冷站控制系统采用三层结构，即系统监控层、过程控制层 、设备层，如图7所示。

2020年4月-7月：项目开发阶段，开展业主沟通、现场勘察、资料收集等工作；

2020年7月-8月：现场测试、数据分析与测试方案编制；

2020年9月-12月：内部立项文件编制及合同内容确认，签订合同。

2021年10月29日，项目竣工验收，至今高效稳定运行，验收时冷站系统平均运行能效EER为5.33，高于方案目标能效值EER=4.5。

① 以项目合同约定全年保底用冷量615万kWh冷、改造后冷站系统效率目标值为4.5、改造前机房全年平均EER值2.1为计算依据，改造前后能源数据计算如下：

改造前：

中央空调冷源系统全年保底用电量W1=全年保底用冷量/改造前机房全年平均EER值=615万kWh冷/2.1=292.9万kWh

改造后：

中央空调冷源系统全年保底用电量W2=全年保底用冷量/改造后机房十年合同期内平均EER预测值≈615万kWh冷/4.2=146.5万kWh

注：改造后空调冷站机房系统效率EER目标值为4.5，考虑冷站机房内其他设备，EER值取4.4。中央空调系统全年24小时运行，考虑到合同期10年内设备性能会有衰减，按其性能逐年衰减率1% 计算，则改造后机房十年合同期内平均EER预测值约为4.2。

节能量：

中央空调冷源系统全年保底节能量W=W1-W2=292.9万kWh-146.5万kWh=146.4万kWh

折算成标准煤：

选取电力折标系数304.9gce/kWh，年节能量为：146.4万kWh×304.9gce/kWh=446.4tce

②以项目合同约定全年保底用冷量615万kWh冷、改造后验收报中冷站机房的EER值5.33、改造前机房全年平均EER值2.1为计算依据，能源数据计算如下：

改造前：

中央空调冷源系统全年保底用电量W1=全年保底用冷量/改造前机房全年平均EER值=615万kWh冷/2.1=292.9万kWh

改造后：

中央空调冷源系统全年预计用电量W3=全年保底用冷量/改造后空调冷站机房验收报告测试系统效率EER值=615万kWh冷/5.33=115.4万kWh

注：改造后空调冷站机房验收报告测试系统效率EER值为5.33。

节能量：

中央空调冷源系统报告期全年保底节能量W'=W1-W3=292.9万kWh-115.4万kWh=177.5万kWh，折合541.2tce。

（2）年减碳量

按照实测ERR值5.33，计算出项目年减碳量177.5万kWh×0.5271 tCO2/MWh=935.6tCO2

当地电价0.6259元/kWh，年节能效益111.1万元。

本项目采用节能效益分享型合同能源管理模式。项目合同期自节能效益分享起始日（节能效益分享起始日为中央空调冷站机房系统改造完成后进入正常供冷服务期，开始计收用量冷费的首日）起共10年，甲方分享比例为2.43%、节能服务公司分享比例为97.57%。

项目合同期10年内，业主付清合同项下全部款项之前，设备所有权及运营维护（含人工费、运维费、运行电费等）由节能服务公司负责，合同期满，业主付清合同项下全部款项后，设备所有权归甲方，运营维护由甲方负责。

节能效益分享期内，双方约定年保底冷量615万kWh冷，当客户年用冷量≦年保底冷量时，算上节能服务公司的固定投资回收、运维及电费成本，业主需按301.8万元/年支付用冷费用，折算成用冷单价为0.4907元/kWh冷，按约定年均节能效益98.83万元，分享2.43%节能收益（即2.4万元/年）给甲方后，实际需支付保底用冷费用299.4万元/年，折算成用冷单价为0.4868元/kWh冷。若目录电价发生调整或甲方用冷量超出保底冷量时，按以下计费方式收取冷费。