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装配式数字高效制冷机房设计与应用

2025-03-19 49 上传者：管理员

摘要：高效制冷机房是在传统机房建造基础上对设备进行高效优化、管路降阻、各部件模块化预制、数字装配式施工、智能化集成高效控制和智慧高效运维等，实现机房处于最佳运行工况。结合联润大厦项目空调系统高效制冷机房的建造实例，从设备选型优化、低阻力构件设计、构件数字装配式施工、设备智慧集成控制系统建立、智慧运维等方面，详细阐述了高效机房的设计优化与施工实践。

关键词：
管路降阻
装配式施工
运维管理
高效制冷机房
高效机房
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2019年6月,国家发展改革委等七部委联合印发的《绿色高效制冷行动方案》提出,到2030年,大型公共建筑制冷能效提升30%,制冷总体能效提升25%以上,绿色高效制冷产品市场占有率提高40%以上｡空调系统作为提升建筑环境舒适度的重要系统,能耗巨大,空调能耗约占建筑运行能耗50%,制冷机房能耗占空调能耗70%｡因此,打造高效机房有助于降低建筑能耗,降低运营费用,实现建筑行业的“双碳”目标｡冷水机组选型未考虑全年负荷变化曲线,缺乏末端用冷需求的针对性研究,制冷机组选型通常富余量偏大,直接导致了制冷机房在日常运行中综合能效偏低｡因此,在实施高效制冷机房深化设计初期,运用全过程模拟分析软件计算建筑冷负荷非常必要｡通过对建筑物冷负荷逐时､逐日､逐月的计算,获取建筑模拟全年制冷总负荷､峰谷制冷负荷,以及日常冷负荷变化规律(见图1､图2)｡基于此方法进行冷水机组选型可以剔除选型余量,实现主要制冷设备高效运行｡

1、工程概况

联润大厦项目位于深圳市龙华区,项目制冷机房位于地下一层,包括酒店制冷机房,公配制冷机房｡机房面积654.5m2｡机房空间狭窄,设备数量相对较多｡传统施工方式图2全年365日冷负荷分布图1全年365日气象参数因两个制冷机房共用一个吊装口,施工无法同时进行,且通风不佳,焊接作业较多,施工作业环境极差｡

图1全年365日气象参数

图2全年365日冷负荷分布

2、高效制冷机房设计优化

2.1设备选型优化传统制冷机房

联润大厦项目根据深圳龙华区当地逐时室外气象数据,通过DeST能耗模拟软件对建筑物进行全年8760h逐时冷负荷计算[1],得出酒店夏季空调总冷负荷为4800kW,公配活动中心夏季空调总冷负荷为1900kW｡基于此酒店制冷机房选用2台制冷量2638kW的高效磁悬浮离心式冷水机组,公配站制冷机房选用2台制冷量1010kW的高效磁悬浮离心式冷水机组｡4台冷水机组搭载的PLC控制系统提高了控制精度和运行可靠性,同时结合压缩机变频技术实现了无级变速的能量调节,使机组性能与系统负载之间的平衡得到优化,运行高效节能,综合能效为6.63｡

空调系统循环水泵能耗占整个系统能耗的20%~25%,应在满足最不利端用冷需求的情况下,尽量降低空调水输送动力能耗｡循环水泵效率与水泵功率为反比关系,水泵功率与水泵扬程成正比关系,而水泵扬程又与系统内水阻力成正比关系[2]｡因此,提升循环水泵效率,可从降低空调水在管道内运行阻力着手｡管道水阻力受空调系统管路路由､阀门选型及数量､管件型号及数量､冷却塔选型､末端用冷负荷选型及数量等的影响,因此,空调水泵的扬程､流量等参数应在机房及系统管路降阻深化设计完成后,通过管道系统水力计算出来｡按照以上思路进行管道水阻力优化｡制冷机房水泵最终选型参数见表1｡

表1循环水泵选型参数表

2.2低阻力构件设计

为了减小空调水循环水泵功率,需采取措施降低管道空调水运行阻力｡

设置不同供回水路以满足末端用冷需求,确保各并联回路之间水流压力损失相对差额控制在15%以内｡

制冷机房内参数化泵组模块,冷水主机等设备进出水接驳主管位置采用顺水三通,规避“马鞍形”管路｡

机房水泵采用参数化泵组模块,缩短管道路由｡管路弯头采用1.5D弯头｡

参数化泵组模块过滤器采用低阻力过滤器｡较常用的Y型过滤器,项目制冷机房选用低阻力过滤器,其采用大筒体和多折弯的过滤网板,增大过滤面积,提高水过滤处理能力｡水在大筒体内充分稳定后流出,大幅度减小了水的阻力,入水口､出水口和筒体连接采用大圆弧过渡连接,减少了水的紊流｡实物及现场安装见图3､图4｡

图3低阻力过滤器实物图

图4低阻力过滤器现场安装图

2.3高效机房构件数字装配式施工

该项目制冷机房空间狭长,设备管线较多,为提高建模效率及装配式施工效率,采用3D扫描技术,在机房主体结构完成后进行3D扫描,相较传统的尺寸测量或施工图建模,3D扫描翻模建立的机房结构模型更为精确(见图5),为后续机房的管线深化设计提供数字支撑｡在3D扫描模型上使用Revit+DBIM软件进行数字化建模,使机房管线排布更科学､合理､美观､高效｡机房数字装配式施工过程中采用3D扫描进行支架､设备及管道点位放样(见图6),极大提高现场高效机房构件安装效率｡

图53D扫描与模型建立

图63D扫描进行支架点位布置

该项目制冷机房位于地下一层,现场没有场地用于搭建加工棚进行构件加工,利用Revit+DBIM建立装配式数字高效制冷机房模型后在工厂进行预拼装,完成高效管道构件和参数化泵组模块预制(见图7､图8),实现现场“零”焊接,保证施工过程绿色､环保｡

2.4设备智慧集成控制系统建立

该项目空调系统各设备建立智慧集成控制系统(见图9),即根据采集管路数据､外部环境数据及用户设定需求对冷水机组､循环水泵､冷却塔､电动阀门等设备进行智慧控制,做到一键启停､自动调节变频､自动加减载､设备故障自动轮换,空调系统各设备用电能耗信息反馈,系统制冷能效分析计算,运行及故障历史数据查询等功能｡

图7高效机房数字化模型

图8预拼装高效构件加工

图9智慧集成控制系统图

2.5高效制冷机房智慧运维

该项目空调系统并入建筑智慧运维管理平台,将设备智慧控制系统与其通讯,可对高效机房内各设备能耗进行实时､可视化监测,所有历史运行数据可自动记录,并可生成趋势图或导出数据记录,方便分析机房运行能耗｡同时也具备对冷水机组､冷冻水泵､冷却水泵､冷却塔､电动阀门等设备的控制,能够实现一键启停､自动调节变频､对主机负荷率进行加减载等功能｡

运维人员通过智慧运维管理平台对制冷机房进行运维,智慧运维管理平台空调系统基于建筑Revit数字模型进行开发｡装配式高效机房施工完成后会提供与现场1:1BIM全专业模型｡维保人员通过智慧运维管理平台能够更直观分析并通过模型快速对机房内发生的故障问题进行及时处理,保证设备正常运行｡高效机房智慧运维管理平台见图10｡

图10高效机房智慧运维管理平台

3、结语

依托项目制冷机房设计阶段进行能耗模拟确定冷水主机选型,减小冷水主机的选型余量,设计应用低阻力构件,减小了循环水泵的功率,通过建立设备智慧集成控制系统､高效机房智慧运维管理平台使制冷机房的运行能耗､运维成本和难度显著降低｡由此可见,高效制冷机房对于建筑节能意义重大,在建筑面积较大的综合体建筑中建设高效制冷机房,具有良好的经济效益和显著的推广应用价值｡

参考文献:

[1]李元阳,黄国强,阎杰,等.高效绿色智慧建筑综合解决方案[J].暖通空调,2019,49(10):123-128.

[2]李元阳,黄国强,阎杰,等.超高效中央空调系统集成解决方案探析[J].制冷与空调,2019,19(7):6-12.

文章来源:孔祥雄,封文东,吴刚,等.装配式数字高效制冷机房设计与应用[J].安装,2025,(03):59-61.