關(guān)于公共建筑高效機(jī)房建設(shè)方案的探索

摘 要：為降低公共建筑能耗，本文提出高效制冷機(jī)房建設(shè)思路。本文通過(guò)分析現(xiàn)有制冷機(jī)房典型問(wèn)題，提出從方案設(shè)計(jì)、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、設(shè)備招采、施工、調(diào)試、驗(yàn)收、運(yùn)維等全流程精細(xì)化的高效機(jī)房建設(shè)方案。

關(guān)鍵詞：高效機(jī)房;制冷機(jī)房典型問(wèn)題;全流程

1 背景介紹

中央空調(diào)為公共建筑提供冷熱舒適環(huán)境的同時(shí)，也成為能源消耗大戶(hù)。以廣東省公共建筑為例，中央空調(diào)能耗占建筑總能耗的30%-60%，而空調(diào)能耗中60%-90%是制冷機(jī)房（冷水機(jī)組+冷凍水泵+冷卻水泵+冷卻塔）能耗[1]。

清華大學(xué)研究報(bào)告顯示，廣東省公共建筑平均制冷機(jī)房能效為2.5-3.5，部分建筑能效低于1.5[2]。國(guó)家發(fā)展改革委等七部委2019年聯(lián)合下發(fā)《綠色高效制冷行動(dòng)方案》，明確要求到2030年大型公共建筑制冷能效提升30%。而根據(jù)美國(guó)ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)、廣東省標(biāo)準(zhǔn)等要求，制冷機(jī)房能效>5.0為高效機(jī)房，如常規(guī)制冷機(jī)房能效3.0提升至高效機(jī)房能效5.0，制冷機(jī)房能效提升66.7%，公共建筑能效可提升12%-36%。

如何建設(shè)高效機(jī)房？在滿(mǎn)足現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)冷熱功能的同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化暖通空調(diào)選型、優(yōu)化水系統(tǒng)阻力、優(yōu)化末端選型、優(yōu)化控制系統(tǒng)等措施，從方案設(shè)計(jì)、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、設(shè)備招采、施工、調(diào)試、驗(yàn)收、運(yùn)維等全流程進(jìn)行精細(xì)化把關(guān)。

2 現(xiàn)有制冷機(jī)房典型問(wèn)題

2.1 大馬拉小車(chē)

受室外環(huán)境溫度、人流量、新風(fēng)量等影響，制冷機(jī)房長(zhǎng)期處于部分負(fù)荷，制冷主機(jī)能效較低。以武漢市為例，夏季空調(diào)室外計(jì)算干濕球溫度為35.2/28.4℃，筆者統(tǒng)計(jì)了2018-2019年武漢市室外氣溫，平均每年超過(guò)35.2℃約30天，多數(shù)時(shí)間制冷機(jī)房處于部分負(fù)荷。同時(shí)，因武漢市極端最高溫度為39.3℃，為應(yīng)對(duì)極端高溫天氣，同時(shí)考慮機(jī)組備用，設(shè)計(jì)時(shí)通常放大制冷機(jī)房冷量配置，進(jìn)一步加劇部分負(fù)荷。

2.2 人為經(jīng)驗(yàn)控制

不同主機(jī)的最佳運(yùn)行效率點(diǎn)不同：變頻離心機(jī)最佳效率點(diǎn)為40%-70%，定頻離心機(jī)最佳效率點(diǎn)為80%-100%。

不同主機(jī)對(duì)冷卻水溫適應(yīng)性不同：當(dāng)冷凍水供回水溫度7/12℃時(shí)，磁懸浮離心機(jī)冷卻水進(jìn)水溫度可低至10℃、變頻離心機(jī)可低至15℃、定頻離心機(jī)需保證20℃以上。

不同主機(jī)對(duì)冷卻水溫敏感度不同：不同冷卻水進(jìn)水溫度時(shí)，磁懸浮離心機(jī)能效差異較大，而定頻離心機(jī)波動(dòng)相對(duì)較小。

當(dāng)多種類(lèi)型主機(jī)組合使用時(shí)，運(yùn)維人員很難找到最佳節(jié)能運(yùn)行方案。

2.3 附屬設(shè)備能耗大

在附屬設(shè)備選型時(shí)，通常會(huì)放大水泵揚(yáng)程選型，造成實(shí)際運(yùn)行中流量過(guò)大，系統(tǒng)小溫差運(yùn)行，尤其采用定頻水泵系統(tǒng)時(shí)，會(huì)造成水泵長(zhǎng)期超流運(yùn)行，電機(jī)壽命減少。

傳統(tǒng)的一次泵變流量設(shè)計(jì)中，僅僅針對(duì)冷凍水泵進(jìn)行變頻控制，而冷卻水泵、冷卻塔采用定頻系統(tǒng)。以江蘇某項(xiàng)目為例，定頻冷卻水系統(tǒng)的供回水溫差長(zhǎng)期處于1.5-3.0℃之間，如溫差由2.5℃升至5.0℃，水流量降低50%，水泵功率可降低87.5%。

2.4 維護(hù)不及時(shí)

制冷機(jī)房通常采用開(kāi)式冷卻塔，冷水機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后冷凝器管內(nèi)壁積累大量水垢、污垢、生物污泥等，使冷凝器的傳熱效率降低。通常采用人工清洗，如清洗不及時(shí)會(huì)造成機(jī)組冷凝溫度持續(xù)上升。

2.5 設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)明確能效要求

設(shè)計(jì)時(shí)一般參考《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，僅對(duì)SCOP有明確要求，對(duì)制冷機(jī)房無(wú)明確設(shè)計(jì)要求。筆者調(diào)研了17個(gè)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)制冷機(jī)房能效范圍為3.13-4.59，制冷機(jī)房平均能效為3.99。

3 高效機(jī)房建設(shè)方案

3.1 全年負(fù)荷設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)單狀態(tài)點(diǎn)負(fù)荷設(shè)計(jì)升級(jí)為全年逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算，通過(guò)負(fù)荷模擬軟件，模擬8760h暖通空調(diào)負(fù)荷變化，詳細(xì)模擬環(huán)境溫度、人流量、新風(fēng)量、燈光發(fā)熱等造成的負(fù)荷變化，通過(guò)逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算，結(jié)合建筑開(kāi)啟時(shí)間，核算全年不同負(fù)荷段分布占比、最大負(fù)荷率和最小負(fù)荷率。

3.2 優(yōu)化冷水機(jī)組選型

通過(guò)全年負(fù)荷模擬，進(jìn)行不同冷水機(jī)組選型，通過(guò)高效運(yùn)行策略模擬計(jì)算不同主機(jī)方案的能效對(duì)比，最終確定主機(jī)冷量和臺(tái)數(shù)。

在冷水機(jī)組選型時(shí)，優(yōu)先選擇低阻力換熱器的變頻冷水機(jī)組，傳統(tǒng)換熱器阻力約60kPa-100kPa，高效機(jī)房系統(tǒng)用冷水機(jī)組換熱器阻力宜為20kPa-50kPa。同時(shí)，冷水機(jī)組或冷水系統(tǒng)宜配置冷凝器自清洗裝置。

3.3 優(yōu)化系統(tǒng)方案

根據(jù)建筑功能分區(qū)，選擇合適的水系統(tǒng)方案：一次泵變頻方案、一次泵定流量+二次泵變頻量方案、全變頻方案。在高效機(jī)房系統(tǒng)中，優(yōu)先采用全變頻系統(tǒng)，即，冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔均變頻控制。公共建筑以滿(mǎn)足舒適性為主，為降低水系統(tǒng)阻力，可采用大溫差（8℃）系統(tǒng)，冷凍水供回水溫度采用7/15℃，并重新匹配末端選型。

3.4 優(yōu)化系統(tǒng)阻力

系統(tǒng)中相同時(shí)間或者具有相同規(guī)律的區(qū)域按照同一管網(wǎng)設(shè)計(jì)，盡量減少多個(gè)管網(wǎng)之間的相互影響。選擇低阻力零部件可降低系統(tǒng)阻力：傳統(tǒng)Y型過(guò)濾器阻力約3m，而籃式過(guò)濾器阻力約0.3m;蝶式止回閥阻力約2m，而靜音型止回閥阻力約0.3m。避免直角彎頭，改為鈍角135℃彎頭，降低局部阻力。采用水泵和主機(jī)直聯(lián)方案也可降低管路阻力損失。通過(guò)水系統(tǒng)仿真模擬，可得出不同負(fù)荷下的管網(wǎng)阻力損失，獲取水泵揚(yáng)程、流量、壓差等基礎(chǔ)信息。

3.5 優(yōu)化水泵選型

通過(guò)采用低阻力冷水機(jī)組、大溫差系統(tǒng)、水阻優(yōu)化后，重新匹配水泵的選型。與常規(guī)制冷機(jī)房相比，冷凍水泵揚(yáng)程通?？捎?0m-40m降低至22m-28m，冷卻水泵揚(yáng)程通?？捎?2m-30m降低至16m-26m。當(dāng)冷凍水側(cè)供回水采用8℃溫差時(shí)，冷凍水泵流量可降低37.5%。因此，綜合流量與揚(yáng)程因素，水泵額定功率可降低50%以上。

3.6 優(yōu)化冷卻塔選型

冷凝溫度每降低1℃，冷水機(jī)組能效可提升2%-3%。降低冷卻塔供回水溫度，可大大提升主機(jī)能效。在傳統(tǒng)制冷機(jī)房設(shè)計(jì)時(shí)，冷卻塔通常按照濕球溫度28℃、冷卻塔供回水32/37℃選型。而高效機(jī)房冷卻塔選型濕球溫度按照當(dāng)時(shí)濕球溫度計(jì)算，冷卻塔逼近度由4℃調(diào)整為3℃，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行冷卻塔選型。

3.7 精細(xì)化能效模擬

根據(jù)制冷機(jī)房選型參數(shù)，重新進(jìn)行制冷機(jī)房能效模擬。根據(jù)模擬能效確定是否進(jìn)行需求進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)。

3.8 優(yōu)化傳感器選型

為了滿(mǎn)足精細(xì)化控制需求，需要測(cè)定供回水溫度、耗電量、水流量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。不同精度的傳感器會(huì)造成測(cè)量誤差的疊加，形成能效誤差的“木桶效應(yīng)”。為減小測(cè)量誤差，需采用高精度測(cè)量設(shè)備。

3.9 BIM建模模擬

制冷機(jī)房管線(xiàn)復(fù)雜，傳感器布置眾多，采用制冷機(jī)房BIM技術(shù)，三維可視化與精確定位，可提前發(fā)現(xiàn)大量潛在問(wèn)題，避免施工中出現(xiàn)碰管、碰線(xiàn)、無(wú)處安裝等問(wèn)題。

3.10 智能化機(jī)房控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔的綜合能效最高，需要采用智能化控制，深度解析設(shè)備特性，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行策略。

3.11 精細(xì)化調(diào)試和運(yùn)維

采用全年全負(fù)荷調(diào)試運(yùn)維，確保全工況達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。

4、結(jié)束語(yǔ)

高效機(jī)房能效較傳統(tǒng)機(jī)房能效提升50%以上，設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等投資費(fèi)用均有上升，需要全流程參與和把關(guān)，保障項(xiàng)目全年制冷機(jī)房系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高能效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.集中空調(diào)制冷機(jī)房系統(tǒng)能效監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：DBJ/T 15-129-2017[S].北京：中國(guó)城市出版社，2017.

[2]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2018.

作者簡(jiǎn)介：

谷廣普，男，漢，1988年6月生，本科，工程師，就職于青島海爾空調(diào)電子有限公司。

（青島海爾空調(diào)電子有限公司? 山東 青島? ?266100）