助力“双碳”，合同能源管理破局公共建筑节能改造
为解决气候变化和能源资源日益紧张问题，节能减排已成为重要课题。基于此，我国积极应对气候变化，提出了“碳达峰、碳中和”的目标。为实现该目标，相关部门和企业积极采取行动，大力推进节能减排工作。
公共机构作为建筑领域节能降碳的重要领域，也是相关部门发挥自身贡献的关键环节。因此，相关部门不断强化政策引导，持续推进公共机构节能市场化机制运作，并鼓励公共机构采用合同能源管理模式开展用能改造工作。
合同能源管理(EMC)作为一种新兴的节能服务模式，以其独特的优势在节能减排领域得到了广泛应用。但目前公共机构节能规模普遍较小，市场化机制运用不充分，节能改造资源过度依赖财政投入，导致公共机构合同能源管理未能大面积推广。相关学者们研究了低碳改造路径和改造节能效果评价体系，将改造成本和环境影响纳入研究。
文中以深圳市某公共机构的合同能源管理节能改造项目为研究对象，深入分析该项目的实施背景、合作模式、改造方案、经济可行性及风险防控等方面内容，旨在探讨EMC模式在公共建筑节能改造中的应用效果及推广价值。
01、项目概况
项目位于深圳市宝安区，是一处政府办公建筑。项目整体包括主楼、附楼、综合楼和信访楼各1栋，占地面积约为32000m2，总建筑面积为16163m2。主要能源消耗为电力。用能设备涵盖空调系统、照明与插座系统、生活热水系统及其他设备。此次改造主要内容包括搭建建筑设备低碳智能管控平台，实施集中空调制冷机房系统改造、建设屋面分布式光伏发电系统，旨在通过综合能源改造提升建筑能效，降低化石能源消耗和碳排放。
经统计，2021~2023年，上述机构用电量分别为202.02万kWh、208.30万kWh和205.73万kWh，用电水平虽然存在轻微波动，但整体趋于平稳。
02、项目节能分析与改造
项目节能潜力问题
1.空调系统老化
经现场踏勘，该机构的制冷机组自1993年投入使用，核心设备已运行30余年，老化严重，且缺乏必要的保养维护，导致机组振动大、存在噪声且制冷效率低。
2.能耗监测系统及平台不完善
机构内目前配备一套能耗监测系统，但由于长期缺乏必要的维护，部分硬件设备出现故障并损坏，导致采集的数据出现失真现象。此外，该监测系统的功能并不完善，无法满足当前对于建筑节能潜力的挖掘及能源资源精细化管理的需求。因此，亟需进行升级改造。
3.可再生能源利用
该项目存在大面积闲置的屋面未能够被有效利用，总面积约为2280m2。
项目改造方案
1.空调系统
上述机构配备的空调系统分为集中式空调系统和分体式空调，此次改造范围为集中式空调制冷机房系统。集中式空调制冷机房系统设置在西乡街道办事处主楼-1F层，制冷机房共配置3台螺杆式冷水机组、3台冷冻水泵、3台冷却水泵和3台冷却塔（置于主楼的屋顶）。水冷主机设备参数如下：设备出厂日期为1993年，包含3台螺杆式冷水机组，功率为86.6kW。空调系统水泵和冷却塔参数如表1所示。
集中式空调制冷站缺乏智能化群控系统，现场设备（如制冷机组、水泵、风机等）的启停台数均依赖人工手动控制。虽然水泵等设备已安装变频控制器，但仍采用人工设定工频运行，整体智能化水平较低。此外，由于设备老化导致能效大幅降低及后续保养维修频次高、配件难寻等问题，建议更新整个制冷机房的空调设备，并搭建空调智能群控系统。同时，接入更新的输配系统（包括空调水泵、冷却塔）的变频器，实现冷站设备的智能联动调节。
改造时，拆除1台制冷主机、1台冷冻水泵、1台冷却水泵及相关附属管件设备，新增1台200RT磁悬浮制冷主机、1台变频冷冻水泵、1台变频冷却水泵和1台冷却塔；增设冷却塔变频控制器，修复并重新启用现有空调水泵变频控制器，并将其接入控制系统平台。主要新增设备参数如表2所示。
项目利用建筑闲置屋面搭建分布式光伏发电系统，选用高性能640Wp单晶硅组件，共布置510块光伏组件，总装机容量为326.4kWp。按照“自发自用、余电上网”的发电模式，采用“多个发电单元结合，分散与集中并网相结合”的并网发电方案。
2.空调控制系统
改造前，中央空调制冷站的设备之间及制冷站与空调末端系统之间均为独立控制，运行模式依赖人工手动操作，存在较大的随意性。此种控制方式未能充分考虑各设备及系统间的相互联系与平衡，缺乏系统协调运行优化的核心控制，导致虽然某个设备实现了节能，但系统中其他关联设备可能因缺乏协调而增加能耗，整体节能效果较差，甚至可能导致能耗增加或室内舒适性下降。
通过引入系统智能优化技术SOD®，实现系统层面的整体优化节能，而非仅关注单个设备或局部的常规优化控制。该技术综合考虑各设备之间及水系统与风系统之间的相互影响与联系，将中央空调系统视为一个整体，以最大化整个系统的能效作为控制优化目标。通过实时采集系统运行参数，动态建立涵盖冷水机组、冷冻水泵、管路水力及风系统能耗等的设备模型，并进行优化联合计算，以求解在满足需求的前提下，实现系统最低能耗的各设备最优运行工况，从而实现系统层面的节能优化控制。SOD优化控制逻辑如图1所示。
同时搭载空调智能群控系统，该系统是针对中央空调机房设备进行能效管控的节能控制产品，涵盖主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、阀门及末端空调机组等设备。系统采用整体节能与局部优化相结合、负荷动态调整与设备效率提升相结合、机械设备特性与自动化系统相融合、系统能量供需平衡与室内环境舒适性相结合、设备性能与故障多维度分析相结合的管控方式。通过优化分析建筑负荷及其变化趋势、主机及输配系统随负荷变化的能耗特性、室外气象条件，系统自动调节输配系统循环流量，以实现主机和输配系统运行的综合效率最大化和能耗最小化。
3.可再生能源利用
改造前，公共机构屋面可利用面积约为2280m2，主要为水泥屋面。目前，屋面上除放置空调室外机外，未安装其他设备。机构内建筑现状及光伏装机容量情况如表3所示。因此，具备建设分布式光伏发电装置的条件。
项目利用建筑闲置屋面搭建分布式光伏发电系统，选用高性能640Wp单晶硅组件，共布置510块光伏组件，总装机容量为326.4kWp。按照“自发自用、余电上网”的发电模式，采用“多个发电单元结合，分散与集中并网相结合”的并网发电方案。
▍节能量分析
1.节能量计算方法
项目当期节电量等于空调系统节电量与光伏系统发电量中建筑消纳量之和。光伏系统发电量以供电局安装的光伏并网电表读数为准。若光伏所发电量因本地无法自消纳而需要反送至电网，则该部分电量由节能服务公司单独与当地供电公司结算。根据节能服务公司与机构的约定，项目以2021~2023年的平均用电量作为基准用电量。其中，2021年用电量为202.02万kWh，2022年用电量为208.30万kWh，2023年用电量约为205.73万kWh（2023年空调制冷机组耗电量为398451.98kWh）。据此计算，项目基准耗电量为205.35万kWh。
2.节能量对比
全年制冷机房运行能耗如表4所示。空调智能群控系统如图2所示。
在更换空调智能群控系统搭建和制冷机组核心设备后，根据项目集中机房空调机组2024年运行记录，对空调负荷进行分解，得出全年空调机组负荷为957606.5kWh。根据项目负荷分布、冷水机组能效及水泵等参数，计算得出全年空调制冷机组行能耗为188602.70kWh。与2023年相比，集中空调机组节电量为209849.28kWh。
按照“自发自用、余电上网”的发电模式，采用“多个发电单元结合，分散与集中并网相结合”的并网发电方式。2024年，屋面光伏总发电量为33.93万kWh，其中自用部分为28.33万kWh。
03、项目节能效益分析
节能量汇总
改造前、后节能量对比对比如表5所示。
实施合同能源管理后，该机构2024年度节电量约为49.31万kWh，年节能量约为150.34吨标准煤，年减少温室气体排放约120.2t。与2023年相比，节电率达到24.01%。
经济性分析
该项目节能改造总投资约为300万元。2023年，运营电费单价为1.11元/kWh，以此为基准，2024年节省电费约为54.7万元。合同期限为10a，预计节约电费将超过500万元，项目收益能力良好。
总结
文中通过对公共机构节能改造合同能源管理项目的深入研究，得出以下结论：实施EMC管理后，该机构年节能量约为150.34吨标准煤，年减少温室气体排放约120.2t。与2023年相比，节电率达到24.01%，年节省电费超过50万元，经济效益明显，具有良好的投资价值。经过实际案例，以实际数据印证了合同能源管理（EMC）模式在实现节能降碳与经济效益双赢上的巨大潜力。这一成功实践，也为意欲进军这一领域的工程商提供了借鉴。
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