在高校实验室中,刺耳的报警声和突如其来的噪音绝非实验人员所愿,对于设施管理者而言,每年花费数万美元运行一台不必要的备用风机更是难以接受的浪费。加拿大不列颠哥伦比亚省的维多利亚大学(UVic)近期通过控制系统的重新调试与变频器(VSD)改造,不仅消除了这些隐患,更实现了显著的成本降低,提升了设施人员与使用者的体验。
现有建筑的控制系统重新调试是节约能源、修复运营缺陷并与使用者协作减少投诉的绝佳机会。该案例中,实验室排风系统的运营缺陷曾引发严重的安全担忧。为应对持续投诉,系统被迫手动强制开启第三台风机。虽然这解决了安全问题,却导致每年额外消耗300,000 千瓦时的电力。SES 咨询公司协助校方团队开发了一套解决方案,旨在修复运营缺陷、降低能耗、减少维护成本,并提升建筑整体性能。
该科学楼建于2008年,拥有五层楼,包含多个实验室和大型报告厅。实验室翼楼设有超过55个变风量通风柜,它们共享一个由四台60马力轴流风机组成的定风量排风系统。系统设计为根据需求开启两台或三台风机,第四台作为冗余。然而,由于风机启停时排风竖管压力骤降,导致管道内产生剧烈噪音、振动以及通风柜出口风速降低,触发了报警。这种场景在实验室中屡见不鲜,引发了使用者的恐慌,迫使设施管理方不得不全年维持三台风机运行。
尽管不列颠哥伦比亚省商业电价较低(约每千瓦时0.06加元),但第三台风机的持续运行每年仍消耗约400,000千瓦时电力,电费成本近24,000加元,加上需量电费,总成本高达29,000加元。经过对历史趋势数据的分析,团队发现系统全年大部分时间仅需两台风机即可满足需求,节能潜力巨大。项目的财务模型显示,仅能源节省部分的简单投资回收期不足两年,且未计算需量电费和维护成本的节约,极具吸引力。
项目团队由咨询工程师、能源经理、维护主管及健康安全代表组成,采取敏捷的项目管理方式,通过频繁测试、修订和优化来确定系统限制。在设施管理监督下,团队与楼宇自控(BAS)操作员合作,在通知使用者的前提下进行系统实验。2013年12月2日,系统被重置为双风机模式运行,并在随后一个多月内保持该模式,仅在1月14日因需求增加短暂切换至三风机模式。这一初步结果极大地增强了校方对项目的信心。
最终解决方案是在第三台风机上安装变频器(VSD),以精确控制启停时的 ramp time(斜坡时间)。通过平滑控制,有效管理了压力波动,消除了噪音和振动,同时保证了通风柜的出口风速。值得注意的是,VSD仅在启停阶段低于100%运行,正常运行时保持100%风量以确保排气烟羽高度,并在大风天气下禁用双风机切换模式以防止短路循环。
改造效果显著。自实施以来,实验室用户关于风机启停的投诉几乎为零。数据显示,系统约70%的时间运行在双风机模式,特别是在夜间(晚6点至早6点)及周末假期。2013年3月至2014年2月期间,年节电量达300,000千瓦时,节省电费18,000加元,项目资本投入约19,000加元,投资回收期仅为1.1年。
更令人惊喜的是,2013年11月后双风机运行比例进一步提升至90%,额外节省了20%的能耗。经分析,这得益于通风柜阀门的修复、操作序列的优化、其他区域控制升级以及“绿色实验室”用户参与计划的推进。这表明,通过持续调试和多方协作,节能潜力可以不断挖掘。
对于中国高校及科研机构的设施管理者而言,此案例极具参考价值:在追求节能减排的同时,必须将使用者的安全与舒适度放在首位。通过引入智能控制设备(如变频器)进行精细化调试,并建立与使用者的有效沟通机制,完全可以在保障实验室安全运行的前提下,实现能源效率与运营满意度的双重提升,避免“一刀切”式的节能措施带来的负面效应。
