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加强节能管理实现绿色运行 努力成为节约型公共文化窗口单位

发布时间:2021-04-06 16:57

中国国家博物馆节约型示范单位建设案例

案例摘要:

中国国家博物馆通过加强节能管理、完善制度建设、节能技术改造、 开展节能宣传培训等措施,做到了由定性管理转变为定量管理,由行政管理转变为科学管理,实现了精细化管理和运行。由于藏品和展览条件、参观 人数及舒适度情况、开放时间、天气情况等因素都会直接影响到空调系统 的负荷,因而能源消耗会出现明显的波动性。20113月新馆开放以来, 国家博物馆实施了空调机组变频控制改造、热力站增加自控系统改造、制冷站完善自控系统改造、中央空调系统群控策略改造等一系列节能改造项 目,在参观人数每年同比增长28%的前提下,能耗逐年下降,能耗总量从最高的1.07万吨标准煤下降到5423吨标准煤。北京市自2013年开始碳 排放履约工作以来,按时完成各年度的各项碳排放工作任务,累计结余二 氧化碳排放配额量1. 36万吨。中国国家博物馆通过严格的制度、科学的管理、积极的宣传和技术改造等手段,大大减少了能源资源消耗,降低了管理成本,实现了节能提质增效。

一、国家博物馆基本情况

国家博物馆隶属文化部,是集收藏、展览、研究、考古、公共教育、文化交流等职能于一体的综合性博物馆。国家博物馆新馆于2007年开始进行改扩建,2010年底竣工,获政府颁发的鲁班奖。建筑面积由原来的6.5 万平方米增加到近20万平方米,现为世界上建筑面积最大的国家博物馆。

2013年国家博物馆改扩建工程荣获住房城乡建设部颁发的三星级绿色建筑设计标识;2014年在第十五批绿色建筑评价标识项目中被评为公共建筑类三星级绿色建筑运行标识;2015年被评为全国节约型公共机构示范单位。

国家博物馆收藏文物130多万件,这些文物都是中华民族的文化瑰宝,其对馆内温、湿度要求高,且十分严格。不同类型的文物要求设置不同的 温、湿度,且均为恒温恒湿。相比办公建筑、写字楼和星级酒店等商业类建筑来说,空调系统运行工况复杂多样,运行时间基本为24小时不间断, 加大了能源消耗。中国国家博物馆作为中华文化的祠堂和祖庙、作为中国梦的发源地和国家的文化客厅,是展示我国文化软实力的重要窗口。2011 3月国家博物馆新馆正式开放,当年共接待观众370万人次。2015年接待观众数量达到763万人次,被美国和英国有关机构评为全球最受欢迎的博物馆排名第二位。

二、案例具体实施情况介绍

(一)加强节能管理,完善制度建设

国家博物馆成立了以吕章申馆长为组长的节能领导小组。大力加强节能制度建设,从源头上规范用能行为,提出年度节能计划及中长期节能规划,开展节能技术革新。

先后制定了《中国国家博物馆节约资源能源管理制度》、《中国国家博物馆展厅照明空调使用办法》、《中国国家博物馆用电管理办法(试行)》及各类设备的运行管理、记录和技术文件规范。这些制度对能源的输入、加 工转换、分配传输、使用、定额管理、节能技改作出了详细规定,有效地加强了能源统计分析等基础工作,对科学使用能源起到了约束作用。

(二)及时维护保养,注重技术节能

对空调、照明、电梯、给排水等系统及时维护、保养并因地制宜进行技术改造,是国家博物馆实现节能的重要手段。

1、空调机组变频控制改造

(1)改造前系统情况

国家博物馆共有170380V, 5-30kW的空调机组。机组全部按恒湿恒温设计,均为定频送风机。

(2)改造内容

针对170380V, 5kW-30kW空调机组在现有工频正常运行的基础上增加变频就地、远程启动功能。同时将变频控制纳入楼宇控制系统,风机区分不同工况变频调节,减少设备长期在恒速下运行和利用风阀调节风量造成的能源浪费。送风机根据变频器所给频率自动运行,其频率大小与冷水阀、热水阀及加湿阀的开度大小有关(现场负荷大时频率高、负荷小时自动降频),同时也可以根据需要手动设置变频器的频率,最终实现不同区域机组根据实际运行工况,在满足温湿度、风速、洁净度、空气新鲜程度等运行参数的基础上调节变频器频率,从而节约能源消耗、实现空调机组节能高效运行。

(3)节约能源资源效果分析

第一批变频改造部分机组加装变频器前后一天用电量(24小时全开) 分析如下,改造后平均每台机组节约电量40%以上。

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 (4)技术经济性分析

变频改造从2013年到2015年共进行了四批,总计变频器台数89台,功率最大的30kW,最小的7.5kW°年平均节约电费289万。总投资202.6 万,平均收回成本时间为8.5个月。详见下表:

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2、热力站增加自控系统改造

(1)改造前系统情况

热力站采用一次侧安装自力式温度调节阀,根据二次侧供水温度调节阀门开度。首先,由于自力式温度调节阀控制精度有限加之设备老化,无法完成相应调节功能,因而运行中必须依靠人工调节。但人工调节不可避免存在滞后或超调现象,当末端负荷发生变化时,市政供热量没有进行及时调整,势必造成能源浪费。其次,供热系统中的循环泵,虽然已加装变频装置,但是并没有根据系统末端负荷的变化进行自动变频调节,一直处于工频状态运行,造成了能源浪费。

(2)改造内容

以冬季供热板换为例(见图3),在每组板换的一次侧、二次侧分别加装温度(T)和压力传感器(P),在回水管上加装电动调节阀门(M),全热力站共加装传感器57个(29个温度、28个压力),电动调节阀门7个。现场IQ3控制器将供水温度与设定值进行比较,经比例积分运算控制供水管路上的一次侧电动二通阀开度,调节供水流量,使供水温度保持在设定值。

二次水温度设定值分冬夏季模式可分别调整。控制器内部时钟,可将一周内的每天任意分为多个时段,每个时段设定不同的供水温度进行节能控 制。循环水泵31备,变频器频率根据供回水压差控制。控制器与楼宇自控系统服务器联网,实现远程参数调整、报警提示和图形显示功能,并根据实际需求增加本地控制计算机,方便值班人员直观、及时的观察系统运行工况。

(3)节约能源资源效果分析

2014年改造完成后与2013年同比热流量变化情况见下表:

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 (4)技术经济性分析

20149月份改造完成后,同比改造前一年和改造后一年的热流量数据,一年中节约了热流量约8500GJ当时热流量单价为80/GJ 一年节约了热力费约70万元。而热力站增加自控系统改造的投资约30万元,即半年内可收回成本。

3、制冷站完善自控系统改造

 (1)改造前系统情况

国家博物馆制冷系统建成时间较早,存在自动化程度低、冰池数据监测值不准、供水温度控制波动较大,在3.88.6°C之间(见下图一)、未监测冷机内部运行数据等问题。

而改造后冷冻水出水温度在6.67. 1°C之间(见下图二),波动明显降低。

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图一  改造前冷冻水出水温度

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图二 改造后冷冻水出水温度

(2)改造内容

尽可能利用原有电动阀门和传感器,通过加装少量现场设备以及更换更为先进、智能的控制系统的方式,实现各种工况自动组合,包括单机组联动控制,多机组联动控制,多种工况自控控制等。并在此基础上结合负荷预测,根据当天负荷总量合理分配冷机及冰池融冰负荷,自动进行制冰、融冰、融冰+基载主机全过程控制。自动按照负荷要求进行加减 基载制冷机及其辅助设备,保证基载主机在高效负荷下运行,最大可能的实现“移峰填谷”,同时将冰池特殊作用融入控制策略内,实现 最优控制。

(3)节约能源资源效果分析

由于制冷站完善自控系统工作刚刚完成,还未经历一个完整的制冷季,所以目前还缺乏准确、详细的节能数据。但仅从改造完成后的8月份看,整体用电量比去年同期节约了50万度,在馆内没有其他重大负荷变化的前提下,制冷控制系统的改造是能源资源节约的重要原因。

(4)技术经济性分析

制冷站改造总投资约85万,保守估计一年内能收回成本。

4、中央空调系统群控策略改造

 国家博物馆原有的暖通系统主要为末端空调机组的自控,各核心机房相对独立,各自为政,不能及时根据末端负荷变化来调整运行工况,如然力站依靠精度较低的自力式温控阀及手动干预等措施,制冷站主要靠经验来固定日程的启停冷机切换制冰、融冰、制冷等工况。此类控制方法延迟性较高,准确度较低,温度曲线波动大,经常造成不够用或浪费的现象。

改造后,制冷系统、热力系统等实现了在保证满足总供水温度的前提 下,通过空调末端供回水压力和供回水温度反馈的负载变化,调节运转模式、开启台数、冷冻水泵、热水循环泵频,调变流量。改造后的楼控系统控制对象涵盖暖通空调系统末端设备及核心设备,从末端设备到核心设备均可以根据现场实际负荷联动控制。运行和操作均在统一的人机界面环境下进行,实现信息、资源和任务共享,完成集中与分布相结合的监视控制和管理的功能。通过对各子系统资源的收集、分析、传递和处理, 实现了各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致的状态下运行,确保博物馆内舒适和安全的环境,实现库区及展厅的恒温恒湿,节约了大量的能 源、提高了设备运行效率、延长了设备使用寿命。

整个暖通系统实现集中监视、控制后,为日常运行管理维护带来了以下优点:

●采用了统一的模块化的硬件、软件,便于物业管理人员掌握管理技术和参与系统的维修保养;

●采用模块化、分布处理方式,具有很强的局部灵活性,可以满足对已建成项目有经常修改及调整要求的工程。在整体系统正常工作的情况 下,能够在局部范围内调整,升级换代,并经确认无误后,再无缝连接到中央集成系统中,具备很高的灵活性;

●浏览器/服务器(B/S 模式,在内部网络上的任何一台Web浏览器,只需安装通用的单一浏览器软件,而无需安装特定(或专用)的软件,就可以实现对大厦内各种各样信息与资源的调用、报警与状态的监视,以及完成各类任务的处理。同时避免了客户机/服务器(C/S)模式下相对复杂的程序操作;

●对于系统日后的功能及网络性能的提升,只需更新服务器端,而不必更新客户端。因而大大的减轻了系统升级和维护的成本及工作量;

●提高工作效率和管理质量;

●提高管理层决策准确性与全局事件处理的能力;

●可以实现远程的监控和管理操作及数据库访问。

(三)开展节能宣传培训,增强节能意识

通过加强节能教育宣传,引导全体干部职工树立节能减排的理念,增 强“人人节能减排的意识和行为自觉。充分发挥国家博物馆的“窗口” 功能,向参观博物馆的社会公众宣传节能减排知识,增强社会公众的“资 源意识”、“节能意识”和“环境意识”,让生态文明主流价值观深入人心,从而推动全社会形成良好的节能氛围。国家博物馆每年邀请专家举办节能技术专题讲座,组织人员参加能源管理培训,不仅提高了对节能政策、法规和技术知识的认识,也为全面开展节能工作奠定了良好的基础。

 三、节能综合收益

(一)节能效果

国家博物馆改扩建工程完成后,自20113月正式开馆运行以来,通 过加强能源管理和技术创新,在参观人数每年同比增长28%的前提下,能 耗逐年下降,能耗总量从最高的10778. 97吨标准煤降至5423. 08吨标准煤,节能成效十分显著。

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“十二五”期间参观人数与能耗变化趋势               

北京市自2013年开始碳排放履约工作以来,国家博物馆按时完成各年度的各项碳排放工作任务,累计结余二氧化碳排放配额量13601吨,履 行了博物馆人节能减碳的社会责任。

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“十二五”期间碳排放配额及实际排放量

(二)社会效益

中国国家博物馆在每年重点用能单位节能目标责任评价考核中均被评为优秀,在博物馆类公共建筑中发挥了示范带动作用。每年接待国内外多家单位来馆调研学习节能工作,2013年国家博物馆改扩建工程荣获住房城乡建设部颁发的三星级绿色建筑设计标识;2014年在第十五批绿色建筑评价标识项目中被评为公共建筑类三星级绿色建筑运行标识;2015年被评为全国节约型公共机构示范单位。“十三五时期,国家博物馆将进入全面建设“世界一流大博物馆目标,进一步加强节能科学管理,进一步提高各项工作管理水平,积极弘扬中华优秀传统文化,大力传播中华民族伟大复兴的中国梦,充分发挥国家博物馆的展示中华文明的重要窗口作用、培 育民族精神的重要基地作用以及引领文博事业科学发展的重要示范作用。

四、案例推广前景

截止2015年年底,全国登记注册的博物馆约4692家,由于博物馆具有文物储藏保管、对外开放及文化研究的特殊功能,相比办公建筑、写字 楼和星级酒店等商业类建筑来说,其空调系统运行工况复杂多样,国家博 物馆所采取的空调机组变频控制、以及中央空调系统群控策略等节能管理实践可以在全国博物馆等公共文化窗口单位推广。

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