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摘要：在用电负荷日益增长的今天，尤其是大城市的金融商务区更为明显，冰蓄冷技术带给项目能源利用的削峰填谷作用格外重要。本文以北京丽泽商务区的丽泽平安金融中心项目制冷机房工程为例，简要介绍冰蓄冷系统施工中需注意的要点以及机房内管线综合BIM技术的应用，可为类似工程项目提供借鉴。
关键词：制冷机房；冰蓄冷；BIM技术；施工技术；调试
绪论
长期以来，能源一直是我国经济发展中的热点和难点问题，发展节约型经济，建设节约型社会，走可持续发展道路也成为我国经济发展的方向。建筑行业作为经济发展的重要载体，其设计方案和施工技术直接决定了运用后能源的消耗方式和消耗数量。随着人民日益提高的生活需求，对能源尤其是电力资源的消耗愈发增加，尽管近年我国电力工业的快速发展，但电力能源的供应紧张问题仍然存在，尤其是夏季高峰时段空调的用电问题依然没有得到有效缓解，而暖通空调行业的冰蓄冷技术正在逐步解决这一难题。冰蓄冷中央空调的工作机制与电力系统不同，空调在夜间用电波谷时段开启部分制冷机组制冰，通过冰蓄冷槽在日间电力使用波峰时段融冰用于供冷，这不仅充分利用供电高峰的负荷要求，也因为利用供电峰谷电价差降低用电成本，且较其他类型空调而言可以适当减少空调主机的装机容量。因此冰蓄冷空调有效降低了空调运行成本，同时提高经济效益和社会效益，还能在电力储备紧张情况下达到空调制冷效果，值得在建筑施工方案中大力推广。
1.工程概况
1.1基本情况
笔者负责的丽泽平安金融中心项目，位于北京市丰台区卢沟桥乡丽泽金融商务区D03、D04地块，总用地面积为2.11万平方米，总建筑面积23.25万平方米，地上建筑面积15.5万平方米，地下建筑面积7.75万平方米。大厦由两栋高层建筑、会议中心部分、和公共空间部分组成，其中A座地上45层，结构高度为198.0米；B座为32层，结构高度为142.5米；C座地上4层，结构高度为20.3米；D座地上4层，结构高度为23.0米。制冷机房地下室5层，地下室埋深为-21.20米。
丽泽平安金融中心制冷机房工程包括2个独立的供冷系统，其中A座制冷机房采用的是冰蓄冷空调冷源供冷系统，B座制冷机房采用常规电制冷系统。由于电制冷冷源系统形式技术成熟，故此在本文中不再赘述，下文重点对A座制冷机房的冰蓄冷空调冷源供冷系统为深化对象，按照安全、舒适、科学、经济的理念出发，进行系统配置、冷负荷匹配与系统运行分析。
1.2主要设备情况
丽泽平安金融中心项目冰蓄冷系统集成双工况冷机、常规电制冷冷机、蓄冰盘、板式换冷器、冷却水循环泵、冷冻水循环泵、乙二醇循环泵、分集水器、真空脱气、加药装置、冷凝器清洗装置、软化水器、稳压泵组、各类水箱、配电柜、隔离开关柜、及其下口后的所有桥架、线缆、管线、保温材料、外表处理、油漆标示工程、有关设备及配/附件等。
2.施工技术要点
2.1技术原理
A座制冷机房的冷源为部分负荷、内融冰冷机上游串联的冰蓄冷系统。
选用离心冷水机组1台作为基载冷机，供回水温度为5/11℃；选用离心冷水机组3台作为系统双工况主机；设置蓄冷量12920RTH的蓄冰盘管。
本系统设计A座制冷机房的系统峰值冷负荷4518RT，乙二醇系统供回水温度为3/10℃，板换冷冻水供回水温度为5/11℃。
该项目冰蓄冷系统采用冷机上游串联形式，能够根据不同负荷情况，采取相适应的运行模式和运行策略，实现冷负荷灵活的调配，取得良好的经济效益。由于基载冷机的供冷独立于蓄冰系统，故此将本项目冰蓄冷系统的模型图简化示意如图2-1所示。
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图2-1 冰蓄冷系统的模型图简化示意图
北京夏季有一定时间的潮湿天气，为便于冷机保持高效率运行，本项目设计双工况冷机上游的串联系统。乙二醇溶液先经过冷机实现降温，再经过冰槽再次降温，然后经过板换，通过这种流程，可以提供比较大的温差。钢制冰盘管优点在于可以稳定的低温3℃出水，这样的大温差小流量设计，能够减小水路系统管径，降低初投资。依靠自控系统及优化控制软件，并对全天空调冷负荷的分析，可以优化匹配蓄冰装置、双工况冷机负荷分配，适时适量的使双工况冷机投入运行，在整个长达5个月的供冷季，不但能够全面高效的满足各种负荷情况的需求，而且将整个冷站系统的设备耗电量降低到最小，节约可观的运行费用。
2.2 BIM技术的应用
本项目制冷机房在地下5层，整体建筑的地下部分综合了停车库、各类站房，且机电系统各种管线排布错综复杂，各专业管线密集交错，使用面积非常紧张、造价昂贵，在施工前期需对各种设备及管道设置及排布进行BIM优化设计，做到排布合理。在施工过程中，不仅会发生不同专业的碰撞情况，本专业各系统管道也会出现交叉避让以及标高不符合要求等问题。未经前期排查，一旦出现就会造成拆除返工现象，甚至会导致重新修改设计图纸，造成项目的施工成本增加及工期延长。本项目深化设计阶段，结合BIM技术对制冷机房整体排布进行优化，再根据建筑专业要求及标高要求将综合模型导入Revit软件进行机电专业和建筑、结构专业的碰撞检查，根据碰撞报告结果避让建筑结构或对管线进行相应调整。机电本专业的碰撞检测，是在根据“机电管线排布方案”建模的基础上对设备和管线进行综合布置并调整，从而在工程开始施工前发现问题，通过深化设计及设计优化，使问题在施工前得以解决。制冷机房整体BIM排布如图2-2、图2-3所示：
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2.4乙二醇管道的充注及调试问题
本工程乙二醇环路的溶液是质量百分比为25%的乙烯乙二醇。系统加注乙二醇溶液前，管路必须进行清洗和水清洗，保证管内清洁无异物，清洁时将蓄冰设备与管路隔开，以免冲洗时焊渣、铁锈与杂物、垃圾进入蓄冰设备盘管内。
为提高初次加液速度，可用泵将乙二醇溶液直接从蓄冰设备集管中注入，灌注溶液后在正常使用前应使系统运行4小时以上，使管道中空气完全排出。
由于乙二醇溶液价格昂贵，且本项目体量较大，在冰蓄冷系统中，一旦检修或者管道出现泄露，就造成乙二醇溶液的大量浪费，并对现场造成污染。在施工中，管道及设备的支、吊架需设立牢固。且在乙二醇充注前，系统严密性试验必须合格，特别强调，溶液在充注前需清楚整个系统的运行情况、系统中涉及自控系统的监测点和电动阀门的动作配合。根据以往类似项目的调试经验，往往板换的乙二醇侧电动阀门易出现关闭不严从而产生泄漏，导致板换冷冻水一侧结冰，进而设备冻裂。因此，本项目施工过程中，为方便系统检修和人工手动运行，在电动阀门两侧安装检修阀、旁通阀。采购电动阀门时，尽量减少系统中的阀门出现问题，优先采用有手动调节装置的型号。
乙二醇溶液具备易挥发的特性，在充注时需注意并可控制溶液浓度，一旦乙二醇溶液的浓度降低，则导致溶液的凝固点温度提高，冷水机组的防冻保护则无法保证。所以要求调试人员定时检测乙二醇浓度的变化，尤其是冷水机组出口处、板换乙二醇侧出水口、蓄冰槽的泄水口、水泵的进口等位置，做到系统亏液或浓度降低时及时补液。
2.5蓄冰池的防水保温
本工程中的蓄冰槽位于B5的A座制冷机房内，为手枪形状的钢筋混凝土槽体，其防水、保温做法全部按设计图纸要求的工艺做法完成，以期具备优良的防腐蚀、防渗漏、防结露、保冷、耐久性能。具体施工工艺流程图2-8所示。
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图2-8 蓄水池放水保温施工工艺流程图
聚氨酯发泡是蓄冰池内保温施工中的核心施工步骤，也是本项目优于传统制冷机房保温施工的一个主要创新点。聚氨酯发泡体是柔性保温材料，对于蓄冰池的开裂和变形具有较强的适应性，这样的保温材料与辅助材料的热胀冷缩性能一致，不易开裂。且施工简单，保温效果好，耐久性好。施工时喷枪与基层面的距离为0.6m，控制移动速度均匀。喷涂作业时，上一层喷涂的聚氨酯硬泡表面不粘手后，方可喷涂下一层。一个施工作业面可分遍喷涂完成，一面方易于控制调整喷涂层的厚度，减少收缩影响。二是可以增加结皮层，提高防水效果。每遍喷涂最大厚度25mm。当天的施工作业必须当日连续喷涂施工完毕。喷涂施工后，可修整时间为满24小时，72小时后，经验收合格，进入下道工序施工。下道工序施工时必须注意成品保护,如果破坏及时修补。
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图2-9池顶聚氨酯发泡作业示意图
2.6管道冲洗
本制冷机房水管路管径大且集中，采用大管道闭式循环冲洗技术最为方便快捷，闭式循环冲洗原理就是将这个系统及集分水器内灌满水，连通供回水管路，设备加以隔离，依靠循环水泵将水在管内强制循环流动，待冲洗流速达标后，脏水排到水池，脏水经过过滤，再次注入管道，对系统管道多次循环冲刷后，更换清水，再次反复循环，最终达到冲洗对水质的要求。系统投运前，进行最后清洗。配置好清洗剂，注入管路系统，启动循环泵，循环24小时，排空，清洗过滤装置。再注满水循环24小时，检验合格，进入系统调试阶段。
在系统正式投入运行之前，必须对冷冻水、冷却水、乙二醇溶液进行加药处理，加入杀生剂、防腐剂、阻垢剂，系统运行后的水质化验及加药必须纳入正常的管理工作。
3.自控系统及调试要点
3.1优化自控系统方案
能源管理与控制系统正常运行是幸福平安中心项目冷源机房正常运营和高效运营的前提，所以其自控系统必须具备高度的可靠性和安全性。再次蓄冰冷站被控设备具有工艺复杂、监控点数量众多、自带通讯接口不统一、分阶段扩容等特点，因此在对被控设备的工艺特点进行充分分析的基础上，结合相应的控制策略，所搭建的控制系统具备集中管理、分散控制、灵活开放、高度集成的特点。
冷水机组、变频器等自身运行参数较多，为对受控设备实行全面的监测、控制，本项目将对冰蓄冷的监控分为两类，即常规的I/O点监控和通信集成监控。冷源机房配置一台主控制器，通过现场传感器、智能仪表、执行机构进行参数监测和控制。
常规的自控系统设计中，现场控制器故障或网络总线中断时，会导致控制器输出复位，从而导致水路电动蝶阀关闭、水泵停止运行、冷水机组突然停机等不可预料的事故风险。本项目从软件和硬件上采取双重的联锁和保护措施，避免自控系统故障状况时导致水路电动蝶阀关闭、水泵停止、冷水机组停机。重要设备如冷水机组，设计了总线启停和物理硬节点启停双重保证。水泵（冷冻、冷却）变频器通过控制时，在未接到停机指令时变频器不会停止运行，水泵变频器即使故障也不会引起水泵停止运行而导致冷水机组断水保护停机；对于水路电动蝶阀，软件设计中，水泵运行则不得关闭相应水路电动蝶阀，进行软件逻辑联锁，同时在电动蝶阀控制回路中，将水泵运行状态和水路电动蝶阀关闭控制回路进行物理联锁，即水泵运行时即使控制器输出点复位，水路电动蝶阀也不会关闭。所以整个控制系统具备了充分的稳定性，避免了水泵异常停机对冷水机组及整个系统造成危害和风险。
整体制冷机房控制功能包括：设备安全联锁启停控制、冷水机组台数节能群控、冷冻水泵变频节能控制、冷水机组最低冷冻水流量控制、备用设备自动投入控制、冷冻站系统参数设置功能、设备运行故障报警功能规划等。
3.2蓄冰槽充水试验
蓄冰槽内部的所有附属工作全部完成后可进行满水渗漏试验。满水试验过程按50%与100%液位两个阶段进行 在放水至50%液位时， 需观察相应基础的沉降，在系统管路充水时，先将蓄冰槽内的水填充标定蓄冰量为0RTH的高度刻度上。为保证充水量准确，可在槽内水温为1.7℃时，再进行观察，看视窗上的水位是否在0%刻度上。若水不够多，则需再加水到0%刻度。若充水过量，不会影响蓄冰槽性能，但此时视窗上的刻度表示将不再正确。若充水量不足，将会减少蓄冰量，所以水量需位于或超过0%的刻度，过量的水将会在初始的几次蓄、融冰循环时溢出。一般情况需进行5次的蓄冰和融冰循环，可以达到正常的模式。必要时须再进行检查和调整水位的高度。特别注意，需在蓄冰槽的四周，可作一排水沟，以避免蓄冰槽溢出的水流至地面上。
3.3机房设备系统联动调试
在单机试车合格后即可开展蓄冰工作，时间应大于8个小时。乙二醇溶液流程和冷冻水、冷却水的流程是否正确是制冷机房的联动调试重点，同时，自控系统的通讯情况、流量与设计的偏差情况、系统排气是否完成、手动和电动阀门的动作情况是否正常，均是制冷机房调试过程中应重点关注的内容；正式启动制冷主机及其配套系统，并开启末端设备进行带负荷的联合调试。过程中主要考虑以下工况是否正常：
（1）主机蓄冰工况
首先检查系统各手动阀门的状态位置保证其正常使用，然后根据工况设置情况打开相应的电动阀门，分别启动冷却水循环泵和冷冻水循环泵，以及乙二醇循环泵，并开启冷却塔设备，确定所有的设备均正常后开启双工况冷机，使其置于制冰工况运行。
在冷机工作正常的情况下，通过蓄冰槽顶的人孔观察可见，冰盘管上的结冰量是逐渐增厚的，冰套粗细不匀。随时间推移，冰套逐渐变厚直到粗细冰套相切，此时就是设计的蓄冰量，记录此过程的液位数据并校核蓄冰量。
观察蓄冰系统在低温工况下保温材料表面是否有结露现象。蓄冰结束，先停掉双工况冷机，停机后15分钟停泵及冷却塔。
（2）联合供冷工况
首先检查系统各手动阀门的状态位置保证其正常使用，然后根据工况设置情况打开相应的电动阀门，先后分别启动冷却水循环泵，冷冻水循环泵，一次泵、二次泵并开启冷却塔设备，待所有的设备正常工作三分钟后，再开启双工况冷水机，基载主机，进行联合供冷。保证末端负荷稳定充裕，维持8小时持续供冷，注意冷机出力、冰盘管的放热量等参数，监测水泵进出口压力、温度等数据，并每隔2小时记录相应调试数据。注意停机顺序，先停制冷主机，15分钟后停泵及冷却塔等设备。
（3）蓄冰装置单独供冷工况
当末端负荷小于板换单供模式时，先开启乙二醇循环泵，再开启冷冻水二次循环泵。确认板换进出口的温度是否为设计温度，如不是需调节相应阀门使其合乎要求，连续运行2小时，记录相关运行调试数据。
（4）双工况主机工况
将对应的水泵与冷却塔开启，设备运行15分钟稳定后，开启双工况主机（空调工况），同时监测基载冷机的进出口压力等数值是否正常。每隔2小时记录板换两侧的温度数值及相应工况下冷机的运行调试数据。
3.4运行管理要点
（1）监测乙二醇溶液的浓度:乙二醇系统在运行时，乙二醇溶液存在部分变质和挥发现象，挥发后浓度降低，进而凝固点温度提高，由此会产生无法确保冷水机组的防冻保护等问题。系统运行过程中，相关管理人员需定期检测乙二醇浓度的变化，及时补充。需注意的乙二醇浓度主要监测点包括:1、蓄冰槽泄水口;2、水泵进水口;3、冷水机组出口处;4、板式换热器的乙二醇侧出水口。（2）板换的防冻保护:在系统运行过程中，必须对板换冷冻水侧的运行情况进行严格的监测。一旦出现水流速度过低，出口温度过低等异常情况需及时进行检查，防止由于水温过低;发生板换冷冻水侧的冻结，从而损坏设备。
4.类似工程的建议
4.1蓄冰盘管的带压安装
蓄冰盘管在对接前均需充氮带压操作。在乙二醇管道系统安装完成后，系统不能立即与蓄冰盘管对接，需在系统清洗达标后，蓄冰盘管方可泄压与系统对接并继续进行系统清洗直至达标。主要原因是蓄冰盘管内若不充氮保护，与系统对接后，系统管路中潮湿的环境会极速地氧化腐蚀盘管内壁，造成锈蚀，极大地增加了冲洗难度。
4.2设备管道保护层施工
设备管道保护层的施工时间极大地影响机房的形象工程和保护层的施工质量。因此我建议保护层的施工不能只追求施工进度，应在节能检测结束后进行，且保护层施工结束后机房整体移交。
5.结 论
目前，我国正处于从传统建设思路向资源更加充分利用的可持续性发展建设中转变，本文以丽泽平安金融中心项目制冷机房的施工经验，对于冰盘管施工，分别从技术原理、施工新技术的应用以及施工和调试过程中的重点等方面进行归纳总结，且该项目的实施已征得业主、设计及监理的一致好评。事实证明，本文对于类似施工项目是具备参考借鉴意义的。
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