成功案例
中央电视台系列节能改造工程

发布时间:2011-07-13

1、工程概况

1.1 建筑基本信息

    中央电视台位于长安街沿线,总建筑面积为8.4万平米。主要建筑为包括方楼和圆楼。方楼带有裙房,共25层,高度86米,主要为技术用房和办公室。圆楼与方楼相互连接,高度25米,包括大大小小40余个演播厅和相应的辅助用房。建筑外景和平面图分别见图1-1和1-2,整个建筑中有85套空调系统,一个冷站,一个热站,一个蒸汽源。中间的圆形在后期改造中加了玻璃屋顶,成为一号演播大厅,为春节晚会等重大演出的场所。

图1-1 建筑夜景图  
  图1-2 建筑平面图


1.2 改造背景

    该建筑设计于1983年,建成于1987年。采用的空调系统形式是:演播厅为全空气定风量系统,技术用房和办公室采用风机盘管加新风系统。随着电视技术的飞速发展,房间分隔和设备负荷发生重大变化,原有的空调系统无法满足室内环境要求。主要表现的现象有:无论是冬季还是夏季,同一空调系统的多个房间冷热不均;大部分演播厅夏季供冷不足,冬季有冷热两种需求,根据使用情况主要是人数和灯光设备等而不同;大部分技术用房冬季过热,主要是因为集成电路的发展、设备负荷大幅提升;冬季室内空气湿度低,与室温过高也有一定关系,只有15%左右,静电现象严重,对播出设备的安全运行有一定影响;部分房间的新风不足;磁带库的温、湿度达不到要求。 

1、改造工程概况

    公司(前身为清华人环)对空调系统进行了系列性的空调和自控系统节能改造工程。

    公司和清华大学于1995年10月至1996年2月对系统的运行状况进行了全面的调研和测试,在此基础上制定了整体的改造方案。

    工程实施分为几个阶段:1996年4月~1996年9月进行一期工程:涉及18套空调系统,主要改造范围包括三大演播厅以及几个重要技术用房,自控系统开始搭建,对总系统冷热源、水系统调配和控制管理制定策略。1999年3月~1999年11月进行二期工程:涉及29套空调系统,主要改造范围包括大部分圆楼演播厅和方楼重要技术用房,并解决冷风加湿问题。2001年11月~2002年9月进行三期工程:涉及30套空调系统,重点解决磁带库恒温恒湿环境问题。迄今已经过去十余年,对改造工程及其效果做一全面回顾。

2、节能改造关键技术

    改造工程中的技术关键和解决的难点,主要包括以下内容:负荷计算和全年运行分析,空调系统形式的确定,蓄冰制冷机房,变风量空调系统,大空间气流组织问题,冷风加湿问题,地下磁带库恒温恒湿问题。

    大楼内主要房间的室内环境技术要求如下:演播室:温度23±2℃,相对湿度30~70%;技术用房:温度21±2℃,相对湿度50±10%;办公室:温度23±2℃,相对湿度50±10%;磁带库18±2℃,相对湿度40~55%。可以看出,室温的要求相对较低,演播室内灯光负荷大,从人体感觉上要比正常温度低2℃;技术用房内的设备负荷大,为保证设备运行安全温度要求低,而且电气设备应杜绝水患。另外:新风方面,要求新风比不小于15%,或人均新风量不小于30m3/h。

3、负荷计算和全年运行分析

    央视负荷计算的主要难点在于:灯光和设备等发热量很大,而且随着使用要求不同变化范围也大。因此产生的问题就是同一房间可能同时有冷热要求,全年的运行调节策略很难确定,在现场调研中已发现有该现象。

    为解决这个困难,采用了双负荷曲线法,即打破普通空调设计的点设计和最大负荷设计方法,按照设备投入情况分为大、小两种负荷情况做全年的逐时计算。最大负荷是外温最高、设备满负荷时;最小负荷时外温最低,设备投入50%负荷、或演播厅灯光投入25%时。
 

负荷计算的结果见图2-1和图2-2。图2-1下方为北京市的全年外温,根据气象资料计算的最冷和最热年温度和焓,上方为某一水系统和空调系统的总计算负荷。可以看出夏季供冷需求很大,但冬季可能有冷、热两种负荷需求,需要供冷还是供热要根据使用情况确定。

图2-1 室外气象参数和空调负荷曲线
图2-2 各水系统的空调负荷曲线
 
    得到全楼的总负荷情况如下:
(1) 夏季最大冷负荷为6000kW,根据50小时不保证率确定。当时冷站只有两台离心式冷机,1台500RT,另1台370RT,总供冷量只能达到需求的51%。(2) 冬季最大热负荷为2000kW。原设计有很大富裕量。(3) 全年运行周期:四月中旬~十月初:为供冷季,最大冷负荷6000kW。三月初~四月中、十月初~十一月初:过渡季:最大冷负荷为1750kW,最大热负荷为1000kW。十一月初~三月初:冬季,最大热负荷2000kW,内区和部分技术用房,最大冷负荷为350kW。

    根据以上计算分析结果,确定改造空调系统的形式:(1)冷源:集中制冷机房加大容量,增加部分分散式风冷热泵机组,如个别需要24小时工作的制作机房。(2)水系统:原为二管制,一次泵定流量系统;因为水管改造困难,而且四管制有冷热抵消等问题,因此仍采用二管制,冬季供热水、夏季供冷水,有供冷需求的机组过渡季和冬季利用新风来免费制冷,冬季热水阀门切断。(3)风系统:改造量最大。根据内外区和房间使用特点重新调整分区,增大新风量,增加加湿功能。演播厅系统采用风机变频,技术用房采用全空气变风量系统,办公室内区全部采用全空气变风量系统,部分外区房间保留风机盘管加新风系统,因为空调机房的面积受限。

4、小结

    中央电视台的空调系统庞大而复杂,经改造后78套空调系统,80余台各种空调机,一个冷站,一个热站,一个蒸气源。为了保证系统的控制精度及工艺控制的复杂性,建立起完善的空调自控系统网络,复杂的计算机控制人工环境能源控制管理系统。完善、增加了水流量自动平衡控制,将分散单元机组也纳入集中监控网络。同时还有与消防系统的监控和联动。空调自控系统总控制点数达到4000个点,工程中使用了现场控制机95台、空调机配电柜95台,各种温度、温度、空气质量、压差开关等传感器1055个、电子流量计10台,各种电动风阀控制器253个、各种电动水阀执行器79个、电动蒸气阀24台,变风量控制器266个,通过15万米各类工艺控制缆和1.8万米通讯电缆的连接下构成了一个复杂的控制网络。

    改造工程的实施效果明显。首先在施工过程中,电视台的节目制作和播出未受任何影响。演播厅的室内环境令人满意:97香港回归连续72小时报导,98年春节晚会增加了大量电脑灯、激光灯的使用,空调系统运行技术指标始终没有超过24度,大量新风的使用,确保了空气质量的新鲜,而且工程设计体现了能源节约的设计思想。2003年中国北京经历了前所为有SARS影响,空调系统也经历了严格的考验,紧急运行状态下采用全新全排的运行模式确保了电视台的正常工作进行,所有这些效果反映出95年清华同方为电视台制订总体工程改造方案的技术前瞻性。另外冬季加湿问题解决,重要技术用房的静电现象消除,珍贵资料的存放环境安全可靠。自控系统长年累月运行着,将每时每刻室外气温与空调服务房间热负荷发生的变化,数以万计的数据送到计算机中进行处理,然后发出调控指令,调控自控系统对室内温度、湿度、空气品质,进行快速的调控,这是工程改造前人工运行方式所无法完成的工作。