1、1节能量测量和验证技术要求 空气压缩机系统国家标准编制说明（草稿）1 工作简况1.1 任务来源“十三五”规划提出了“能源总量”和“能源强度”双控目标，并据此在 “十三五 ”节能减排综合性方案中提出继续在工业、民用等重点用能领域推动开展一系列重点节能工程，大力推广合同能源管理、绿色金融等市场化机制，推动节能项目的有效实施和节能产品和技术的应用。无论是推动“节能改造工程” ，还是“合同能源管理推广工程” ，其实施成效的评定都是基于对节能量的科学合理认定。因此，针对重点用能系统和节能项目开展节能量测量和验证方法学研究并形成标准，成为推动“十三五”节能工作开展的重要基础性工作，通过科学合理评估节能效果
2、，可以有效识别推广先进节能技术、有力推进节能服务市场化，自下而上的支撑国家总体节能目标的实现。随着我国工业迅速发展，压缩空气作为一种绿色资源得到广泛应用。而在空压机系统的寿命周期成本中，其能耗成本约占总成本的 70%。因而空气压缩机能耗问题已经引起了全世界的高度重视。欧盟成员国内空压机组运行能耗占其工业用电总量的 10%左右，而欧盟的空压机组潜在能耗损失占总耗能的 11%，德国作为西欧传统工业国家，空压机潜在能耗损失占总耗能 7%，已经处于世界领先的水平，美国能源部关于空压机负荷率调查数据显示，中国工业空压机负荷率比全球平均水平低 13%，机组潜在能耗损失占总耗能的 25-30%，空压机的耗电
3、量已接近 3000 亿 kWh。因此识别空压机系统关键能耗影响因素，构建空压机能耗基线模型，研制空压机节能量测量与验证标准对督促空压机系统节能降耗有重大意义。为了规范空压机系统节能量测量和验证技术方法、明确相关技术要求，推2动在空压机系统节能量测量和验证工作的科学规范开展，经科技部批准， 节能量测量和验证技术要求 空气压缩机系统被正式列入了 2016 年国家重点研发计划“国家质量基础的共性技术研究与应用”专项（NQI） “支撑重点领域能耗总量和能耗强度双控的关键技术标准研究”项目“建材等行业企业能源管理绩效提升与节能市场机制关键技术标准研究”课题，并于 2017 年申报国家标准立项。该标准由全
4、国能源基础与管理标准化技术委员会（SAC/TC20）提出并归口。1.2 工作过程2016 年 10 月 9 日，NQI 课题在北京召开启动会，同时组织成立了标准起草组，进行了任务分工；2016 年 10-2017 年 1 月，进行了相关资料的收集、分析；2017 年 1 月 6 日，在北京召开课题例会，确定标准框架；2017 年 1 月-11 月，开展空气压缩机系统重大影响因素的研究，并赴深圳、武汉等地相关企业开展实地调研工作；2018 年 3 月，完成标准草稿及编制说明。2018 年 7 月，完成标准案例、标准征求意见稿及编制说明。2 标准编制原则和确定主要内容的论据2.1 标准编制原则本标
5、准规定了空气压缩机系统节能量测量和验证的术语和定义、项目边界、节能量计算原则、测量和验证方法。标准制定过程中，针对空气压缩机系统节能量测量和验证工作中实际情况和具体需求，遵循以下原则：（1） 通用要求与具体方法相结合空气压缩机系统节能改造项目类型的多样性决定了一方面需要归纳提出节能量计算公式、基期、报告期等通用基本要求，以提高标准的普适性；另一方面需要针对不同的项目类型、数据基础、基期条件等分类制定不同的测量和验证方法，强化标准的针对性。（2）理论指导与实际案例相结合空气压缩机系统节能改造项目的技术复杂性和实际工程项目的差异性决定3了在标准正文中通过对相关用能模型（或算法）的建立、主要影响因素
6、的确定、重要数据的获取等重要技术内容提出明确规定和要求，从而为不同的具体项目节能量测量、计算和验证提供重要的理论指导和依据；同时，为提高可操作性和实用性，针对不同的测量验证方法在附录中结合具体节能改造案例给出了主要步骤实施的详细操作说明，从而为标准用户提供了实施指南。2.2 确定主要内容的论据2.2.1 空气压缩机系统的概念和定义通过划定项目边界从而明确实施优化的对象系统是确保空气压缩机系统节能改造项目节能量测量和验证可规划、可实施、可测算、可控制的基本前提。目前，相关标准中尚无专门针对“空气压缩机系统”的定义，故在本标准中给出了“空气压缩机系统”的定义，即空气压缩机及其辅机、辅助设备组成的运
7、行系统，可包括进气分离过滤调节系统、管路输送系统、压缩机单元、控制和监测系统、驱动与传动系统、润滑油系统以及冷却系统。此外，还将 GB/T 4975容积式压缩机术语总则中的吸气温度、排气压力等术语定义抄写在本标准中，方便使用。并且给出了“空气压缩机标准容积流量” 、 “空气压缩机进口容积流量”定义。2.2.2 空气压缩机系统节能改造项目的边界划分和能耗统计范围空气压缩机系统节能改造项目边界通常包括进气分离过滤调节系统、管路输送系统、压缩机单元、控制和监测系统、驱动与传动系统、润滑油系统以及冷却系统。系统边界示意如图 1 所示，其中，项目边界内容主要的耗能设备如下应列入项目基期和报告期的能耗统计
8、范围，以确保节能量测量验证的准确性：a) 进气分离过滤调节系统：包括空气过滤器、进气流量控制系统等；b) 管路输送系统：包括进/排气管路、进/排气缓冲器、油水分离器等；c) 压缩机单元：包括空压机气缸、主轴、密封函等部件；d) 控制和监测系统：包括油压联锁、主轴瓦温度联锁及温度、压力、振动状态监测系统等；e) 驱动与传动系统：包括驱动机及其联轴器等；f) 润滑油系统：包括润滑油箱、润滑油泵、润滑油过滤器、润滑油温度调节系统及其他附件；g) 冷却系统：包括级间冷却器、润滑油冷却器等附件。4启 动 系 统压 缩 机 单 元润 滑系 统冷 却 系 统驱 动 与 传 动 系 统管 路 输 送 系 统气
9、体入口气体出口 能 耗 边 界进 气 分 离 过 滤调 节 系 统控 制 和 监测 系 统图 1 空气压缩机系统节能改造项目边界示意图2.2.3 计算节能量的基本公式按照节能量测量和验证技术通则 （GB/T 28750-2012）给出的公式(1) 计算，arsE（1）式中：空气压缩机系统节能量，单位为千瓦时（kWh） ；sE空气压缩机系统统计报告期能耗，单位为千瓦时（kWh） ；r空气压缩机系统校准能耗，单位为千瓦时（kWh）。a需要注意的是，按照公式（1）计算的节能量结果应为负值。2.2.4 基期和报告期空气压缩机系统的基期和统计报告期的设定应符合 GB/T 28750-2012 的要求：a
10、) 基期和统计报告期应包括用能单位、设备、系统可能出现的各种典型工况，如包含能源消耗量由极大值到极小值得一个完整的运行循环。一般为一个自然年。b) 基期内应可获得足够的运行记录或检测数据，能够总结出用能单位、设备、系统的能源消耗量与其影响因素的量化关系。52.2.5 测量和验证方法2.2.5.1 方法一：“基期能耗-影响因素”模型法空气压缩机系统节能改造项目节能量测量和验证方法可选用 GB/T 28750-2012 中的“基期能耗影响因素”模型法或直接比较法。1）适用条件对于可获得完整基期数据和统计报告期数据的项目，宜采用“基期能耗影响因素”模型法获得较为准确的节能量结果。2）能耗主要影响因素
11、的选取影响空气压缩机系统能耗的因素众多，应依据空气压缩机系统节能改造项目对象选取能耗主要影响因素以建立空气压缩机系统“基期能耗-影响因素”回归模型。a) 空气压缩机各级吸气温度；b) 空气压缩机排气压力；c) 空气压缩机进口容积流量与标准容积流量之比。模型函数中的能耗影响因素均应为独立变量。独立变量是指影响用能系统能耗的基本变量，它将影响用能设备或系统的环境或运行工况，从而影响用能系统的能耗。独立变量是用能系统能耗的基本影响因素，任何需要对用能系统能耗及节能量进行评估和计算的项目都应合理地选择相应的独立变量，并在节能量计算时间段内对其进行准确的测量。为了合理地选择独立变量，必须分析和确定它们对
12、用能系统的运行特性及能耗的影响。由于相关的用能系统所涵盖的范围不同，在节能量的测量与验证过程中独立变量的数量会有所差异。3）“基期能耗影响因素”回归模型的建立回归模型是根据测量结果或已知数据，用回归分析的方法，描述独立变量和因变量之间的相互关系，用以预测未知但符合函数关系的变量。a) 基于空气压缩机系统能耗和相关影响因素的基期数据，建立空气压缩机系统“基期能耗-影响因素”函数，见公式（2）。（2）),(,21, jiiibxfe式中，6基期逐时段空气压缩机系统能耗，单位为千瓦时（kWh） ， i=1,2, ibe, m, 其中， m为基期的时段数；基期逐时段影响因素值, j=1,2, , n,
13、 其中， n为影响因素的个数；jix基期能耗与影响因素变量之间的函数关系。fb) 应对回归模型进行假设检验，模型验证结果应满足统计学的一般验证条件。 c) 当基期回归模型使用逐月数据时，采集的数据组应不少于12个。4） 校准能耗的计算将统计报告期的测量数据代入建立的回归模型对校准能耗进行计算，见公式（3）。mjiiminja AxfE),(211 （3）空气压缩机系统校准能耗，单位为千瓦时（kWh） ；aE统计报告期逐时段影响因素值， i=1,2, , 其中， 为统计报告,jix 期的时段数， j=1，2, ， n，其中， n为影响因素的个数；Am校准能耗调整值。校准能耗调整值的确定应符合 G
14、B/T 28750-2012 的要求，并应得到各相关方的确认。5） 节能量的计算按照公式（1）计算节能量。6）数据的收集、测量和验证基期数据宜通过收集统计、计量、测量等方法获得；统计报告期数据应采用测量的方法获得。2.2.5.2 方法二：直接比较法1）适用条件对于无法获得完整基期能耗数据的项目，如节能措施可关停且对系统正常运行无影响，可采用直接比较法获得节能量结果。72）直接比较的实施在项目报告期内选取两个或多个测试工况作为典型工况，其中，在各个典型工况下，设定固定的空气压缩机系统运行时长。先关闭节能措施，并以此状态下的空气压缩机系统能耗作为设定运行时长内改造前的空气压缩机系统能耗；然后开启节
15、能措施，并以此状态下的空气压缩机系统能耗作为设定运行时长内改造后的空气压缩机系统能耗。通过比较节能措施开启和关闭时的空气压缩机系统能耗变化获得节能量。直接比较法所设定的空气压缩机系统运行时长应大于等于24小时。直接比较法除用于能耗的测量外，也可用于效率的测量。当改造所涉及的设备或系统的节能量，可以直接通过设备或系统能耗变化体现时，则可仅通过对比节能措施关闭前后的能耗来计算节能量；当改造所涉及设备或系统的节能量受到除能耗外其他与改造措施无关的因素，如产量或负荷等影响时，则可以通过测量设备的效率，如单位产能的用能变化或单位负荷的用能变化，来反映改造前后效率的提升，以此作为节能量的确定依据。采用直接
16、比较法时，必须遵循以下几个要求：根据项目所涉及的工艺流程或运行特点，列出所有可能影响该项目用能变化的独立变量，如负荷、排气压力等，并根据所选取的独立变量对运行能耗的影响大小和方式，确定作为相似运行工况选取依据的独立变量。在进行相似运行工况的挑选时，必须选择相关独立变量最接近的运行工况。当无法找到满足条件的相似运行工况时，独立变量允许的偏差可由双方自行约定。综上所述，直接比较法的基本思想可以表达为基于报告期数据基础上的项目节能率计算。此处节能率一方面可以表述为项目节能量与报告期能耗的比值，另一方面在采用相似工况的情况下又可以表述为测试日项目节能量与报告期状态（节能措施开启）测试日能耗，此处测试日
17、项目节能量是报告期状态（节能措施开启）测试日能耗与基期状态（节能措施关闭）测试日能耗之差。基于上述表述推导出式（4）sbrbrrbrbrs SSE 1/)(8（4）式（4）中，空气压缩机系统节能量，单位为千瓦时（kWh） ；sE节能改造措施开启状态下的空气压缩机系统统计报告期能耗，单r位为千瓦时（kWh） ；节能率；sbrSE（4-1） %10brsS（4-2）式（4-1） 、 （4-2）中：空气压缩机系统统计报告期能耗（含节能改造措施关闭状态下的测rE试日累计能耗） ，单位为千瓦时（kWh） ；节能措施关闭（改造前）状态下测试日累计能耗，单位为千瓦时bS（kWh） ；节能措施开启（改造后）状
18、态下测试日累计能耗，单位为千瓦时r（kWh） ；其中，kiibeS1,（4-3）kiirreS1,9（4-4）式中：节能措施关闭（改造前）状态下测试日逐日能耗，单位为千瓦时,ibe（kWh） ， i=1, , k ， k 为节能措施关闭状态下测试日天数；节能措施开启（改造后）状态下测试日逐日能耗，单位为千瓦时,ire（kWh） ， i=1, , k ， k为节能措施开启状态下测试日天数；3 主要试验（或验证）的分析、综述报告、技术经济论证，预期的经济效果无。4 采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标准水平的对比情况，或与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况目前，针对节能量测
19、量和验证，国内外标准化机构和相关技术组织已经开展了不同程度的研究。国际上，国际标准化组织 ISO/T301“能源管理和能源节约”标准化技术委员会（2016 年由 ISO/TC 242 能源管理体系和 ISO/TC257 节能量评估两个技术委员会合并组建）已经制定并发布了 ISO 17741项目节能量测量、计算和验证通则 、ISO 17742区域和城市节能量和能效的计算 、ISO 17743通用节能量计算方法学框架 、ISO 17747组织节能量的确定等区域、组织和项目层面的节能量测量验证的国际标准；国际能效评估组织（EVO）发布了(EVO 10000-1)国际节能效果测量和认证规程-确定节能和
20、节水量的概念和方法定义了相关术语，对建筑物和工业设施领域节水或节能项目的有效性进行记录成册，并提供最佳实践，从而帮助项目管理者编制成功的 M&V 计划，通过验证，阐明项目节约量的量化过程；美国能源部能效与可再生能源办公室于 2000 年编制了联邦政府节能项目验证和测试指南 （FEMP） ，美国暖通工程师学会 ASHRAE 编制了节能效果测试方法导则(ASHRAE14)，这些技术指导手册对如何确定基准能耗和节能量做了较为详尽的阐述。国内，全国能源基础与管理标委会（SAC/TC20）早在 90 年代初就开始节能量相关标准，先10后组织制定了用能单位节能量计算方法 （GB/T13234） 、 节能量
21、测量和验证技术通则(GB/T 28750)、 节能量测量和验证技术要求 泵类液体输送系统（GB/T 30256）和节能量测量和验证技术要求 通风机系统 （GB/T 30257）等组织和项目层面的节能量测量和验证方面的国家标准。我国“十二五”期间由科技部支持了科技支撑计划典型节能改造项目节能量测量和验证技术标准研究与示范课题，在节能量测量和验证技术通则 （GB/T 28750-2012）的基础上，根据空气压缩机系统、照明系统、板坯加热炉、水泥余热发电、居住建筑供暖及通信机房等节能改造项目的特点，对多个具体项目能耗数据和影响因素数据进行相关性分析，得到相应节能改造项目的重大能耗影响因素并建立了相关
22、性模型，给出了典型节能改造项目节能量测量和验证方法及数学回归模型的显著性检验方法、计算精度要求等，量化了不确定度分析方法，并通过工程实例验证了方法的可行性及可操作性，产出了节能量测量和验证技术要求 板坯加热炉系统 （GB/T 31344-2014） 、 节能量测量和验证技术要求 居住建筑供暖项目 （GB/T 31345-2014） 、 节能量测量和验证技术要求 水泥余热发电项目 （GB/T 31346-2014） 、 节能量测量和验证技术要求 通信机房项目 （GB/T 31347-2014）以及节能量测量和验证技术要求 照明系统 （GB/T 31348-2014）和节能量测量和验证技术要求 空
23、气压缩机系统 （GB/T 31349-2014）等 6 项国家标准，为空气压缩机系统、照明系统、板坯加热炉、水泥余热发电、居住建筑供暖及通信机房等节能改造项目节能量测量和验证提供了技术支撑。特别是 ISO 17741项目节能量测量、计算和验证通则是在我国国家标准节能量测量和验证技术通则(GB/T 28750)的基础上，由我国提出并由我国专家牵头制定并发布的国际标准。2015 年 2 月，我国在 ISO/TC 257 提出的另外 2 项国际标准新项目提案获得批准立项，分别为：ISO NP 20375 火电厂节能量评估技术指南和 ISO NP 20376节能量评估者选择通用指南 ，目前，该 2 项
24、标准正在 ISO/TC301 内由我国专家牵头开展起草，已形成 FDIS 稿。我国专家目前担任 ISO/TC301 副主席和联合秘书，在该领域的标准化技术水平为国际领先水平。本标准的编制是在充分调研了解了上述国内外节能量测量和验证标准及技术发展的基础上，吸收相关研究成果，并结合国内已开展的和正在进行的部分11空气压缩机系统节能改造项目，结合我国国情和项目实际，研制开发本标准。同时标准参考引用了现行的相关国家标准和国内外主要的技术参考资料和文献，在体现创新性的同时，保持了与现有相关标准的协调一致。5 与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系本标准与有关的现行法律、法规和强制性国家标准无交叉、矛盾和冲突。6 重大分歧意见的处理经过和依据本标准无重大分歧意见。7 国家标准作为强制性国家标准或推荐性国家标准的建议本标准为方法标准，建议作为推荐性国家标准发布。8 贯彻国家标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办法等内容）1）本标准对于相关方开展空气压缩机系统节能量测量和验证工作、确保相关节能改造项目实施效果具有重要的指导意义。建议标准发布后，针对标准不同的使用对象有侧重点的进行培训和宣传；2） 建议标准发布后 6 个月实施。9 废止现行有关标准的建议无。10 其他应予说明的事项无。
