葛鑫
北京燃气能源发展有限公司 北京市 100101
摘要：在节能降耗的时代背景下，要想提高建筑物本身的节能性能，就要对影响其能耗的多方因素进行系统的分析，并采用各种较为先进的节能手段来对暖通空调高效制冷机房进行更加科学的设计，以此来有效降低建筑能耗，节约建筑的运营成本。基于此，本文就建筑暖通空调高效制冷机房设计展开了如下探究。
关键词：建筑；暖通空调；制冷机房；设计
1影响建筑暖通空调高效制冷的因素分析
1.1气候特点分析
目前，气候、室内环境状况、人员行为以及建筑能源服务系统等是影响建筑能耗的主要因素。而本文中的高效制冷机房设计思路主要是建立在建筑当地的气候条件以及其全年运行负荷基础之上的[1]。以北京地区的建筑为例，由于其地处寒冷地区，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，冬季气候较为寒冷，年平均气温在10~12℃之间。据有关数据统计，北京的全年湿球温差较大，低于18℃的小时数可以达到6731h，高于28℃的小时数只有36h。因此，在过渡季节，外区主要以开窗自然通风为主，内区则应该选择自然冷源这种节能措施。
1.2全年负荷计算
采用HDY-SMAD软件对北京建筑物全年的冷负荷实施精准的计算分析，得出北京每年的供冷时间为5月1日到9月30日，冷负荷大概为578.5104kWhc，而空调冷负荷指标则约为120.9W/m2，典型日高峰冷负荷为5685kW。在具体实践中，大多情况下都是根据全年冷负荷来选择水泵、冷水机组与冷却塔的。同时也要依据厂家所提供的性能曲线，经过拟合后来实施全年能耗模拟，并选择出性能最佳的设备。
2高效制冷机房设计
本文中高效制冷机房设计主要以北京某高端写字楼为例，详细概况如下：总建筑面积为8万m2。其中地上建筑面积为5万m2，地下建筑面积为3万m2。总建筑高度为60.00m，分为地下三层，地上十三层。其中，地下一层为配套商业、员工厨房及餐厅、自行车库夹层。地下二层为自行车库、汽车库及设备用房。地下三层为汽车库、设备用房，而首层则为商业，2~13层均为办公楼层，只有在4层设有餐厅厨房，6层设有咖啡厅。
2.1水蓄冷技术应用
在对暖通空调系统实施初步设计时，要先使用冰蓄冷系统，之后再选用水蓄冷系统进行初投资、实用性以及系统效率等方面的比较。最后得出水蓄冷不仅在位置及体积等方面均占有优势，同时在其他方面的优势也表现的较为突出[2]。本文中，采用BIM技术对机房实施了优化布置，既可以缩小制冷系统的实际占用面积，同时也能够在保证蓄冷量与机房面积不发生变化。之后要考虑到投资回收期的情况，就决定选择水蓄冷技术。
文中所指的水蓄冷系统所采用的技术为自然分层式水蓄冷技术。针对机房空间进行优化布置，在地下三层制冷机房内形成了一个蓄冷水池，其有效容积可以达到1450.5m3。在夜间谷段电价时间段内，要借助制冷系统中空余的1台277RT水冷变频螺杆式冷水机组与1台600RT水冷离心式冷水机组完成蓄冷操作，在蓄冷5.2h后，即可将蓄冷水池蓄满。同时，在冷水系统进行制冷运行的过程中，白天要联合冷水机组进行放冷。其中，蓄冷温度与放冷回水温度分别为4℃、12℃，而蓄放冷的温差则可以达到8℃。据初步估测，若直接选择直接蓄冷、间接放冷的这种形式来完成蓄放冷运行，其投资回收期就可以控制在3年内[3]。
在蓄放冷环节当中，受温水与冷水间温差的影响，就会引起导热过程，这就会导致温水与冷水的分界面位置处出现过渡层，也被称为斜温层。而斜温层的厚度是评价蓄冷水池中温水与冷水混合程度的一种关键性的技术指标。例如，斜温层厚度越小，水池内的有效蓄冷利用率也就越高，损失也就越小。除了保温层厚度、水池结构以及水池空气等多种因素之外，布水器的设计也会影响到斜温层的厚度。
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图1网格划分及蓄冷水池斜温层
通过CFD动态模拟蓄冷水池的防冷斜温层与蓄冷斜温层，可以得出不管是在蓄冷的过程中，还是在放冷环节当中，都存在斜温层。在最开始运行时，斜温层时比较薄的，但会随着放冷与蓄冷的过程不断的增厚。同时，放冷与蓄冷的过程在层流状态下多数是可逆的。而在蓄放冷的总体过程当中，虽然斜温层的厚度大小在变化，但却稳定在600mm以内。
2.2输配管网低阻力设计
分析制冷机房的总耗能情况来看，冷却水泵与常规系统冷冻泵占到了40%~60%，因此就要优先选择低阻力设备（详细参数见表1）、借助建筑信息模型（BuildingInformationModeling）技术来对管理员进行优化，并合理设计低阻力。具体来讲，就是把冷水机组进口与水泵的高度调整到与水泵出口处平齐，以此来尽可能减少弯头。同时，要使用弯曲半径为直径长度1.5倍的弯头，以此来尽量减少系统压力损失，节约大量的阀门、弯头以及三通阻力等，进而减少非必要性的资源浪费。另外，对管路进行优化后，冷冻水泵机房中与冷却水泵机房的内扬程分别可以控制在7.5m、12m。
表1低阻力设备参数
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2.3大温差低冷却水进水温度设计
使用6℃大温差供水系统对冷水温度进行设计，并结合管网阻力，对制冷系统的能耗实施合理的分配。并在大大提升水蓄冷容量的基础上，减少泵体与管路的初投资。在实践中，要想提高冷水机组的效能，就要减小冷却水的设计温度。在27℃的冷却水进水温度下，600RT水冷离心式冷水机组的能效最高可以达到6.88W/W，在31℃的冷却水进水温度下，其能效最好可以达到6.20W/W，前后差异可以达10.9%。而在27℃冷却水进水温度下，277RT变频螺杆式水冷冷水机组的能效最高可以达到7.21W/W，在31℃的冷却水进水温度下，其最好效能可以达到6.41，前后相差12.5%。
2.4中央空调节能控制系统
本文中所应用的中央空调节能控制系统为IndasEMC007。该系统通过模糊控制技术、计算机控制技术以及专家控制系统等，可以大大增强中央空调系统运行的安全性、高效性与节能性。同时，该控制器中，不仅搭建了知识库，构建了模糊控制模型，形成了模糊运算规则，同时也实现了智能模糊控制。在应用中，该系统可以全面收集会对空调系统运行产生影响的各项产出，并且会根据系统最优原则，通过智能模糊运算以及符合预测来准确计算出各项控制参数。若将这些控制参数实际应用于冷冻水、冷却水以及冷却塔等子系统当中，不仅可以改变空调系统循环流体的温度，也会改变其流量，进而确保系统在多种符合状态下，均可以高效的运行，进而实现综合节能的设计目标。
2.5基于建筑信息模型的能源监测管理系统
目前，BIM技术大多被应用在建筑设计与施工领域，因此针对其在运营维护阶段中的应用研究就相对较少。而有研究发现，在建筑全生命周期中，贯彻与应用建筑运营维护，可以大大降低其维护成本，且仅为建筑生命周期总成本的三分之二。
智能建筑管理系统（IntelligentBuildingManagementSystem，IndasIBMS）可以对具有不同功能的建筑智能化子系统及有关设备实施集中化管理，构建出一个具备优化管理功能、信息汇集功能以及互联互通功能的建筑管理平台。同时，根据BIM模型，相关工作人员可以借助3D管控方式来对管路走向、冷却塔以及冷机冷冻泵的运行状态进行查看，并且能够在一定程度上增加设备呈现的立体感与清晰度。与此同时，该模型也能够对当前所查看设备的状态与参数实施控制，帮助工作人员在第一时间通知与处理各种突发事件与设备故障。除此之外，建筑管理平台还可以利用建筑能源监测管理的各项功能，完成设备实时运行的采集工作，构建以采集、统计、分析挖掘以及优化反馈为一体的闭环管理系统（见图2）。
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图2能耗公示、能耗分析、能耗对比示意图
2.6能效测量与验证
待空调系统安装完毕后，要进行验收。主要是由测量专员，采用精准的测量仪器，在制冷季节，对待测的空调冷水机组的制冷能效这一指标实施严格的测量，并进行科学的验证，之后在对其进行优化或者是微调，最后出具一份完整的制冷系统热平衡报告。
在能源测量与验证环节当中，具体所使用的仪器精度要求见表2。
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结束语
综上所述，暖通空调系统在我国北方的整个建筑节能中是十分关键的一个环节。因此就要对建筑暖通空调的制冷机房进行节能设计，这对于降低建筑物的运行能耗来讲也是非常重要的。为此，有关设计人员要高度重视暖通空气制冷机房的设计，充分借助各种先进的技术，制定科学的节能设计优化方案，以此来大大增强建筑暖通空调制冷机房设计的高效性与节能性，以便在保护环境、降低能耗的同时进一步促进节能建筑的可持续发展。
参考文献
[1]李晨.基于水冷式中央空调的数据机房暖通空调系统节能设计[J].建筑工程技术与设计,2019,(31):4601.
[2]戴力军.基于水冷式中央空调的数据机房暖通空调系统节能设计[J].科技视界,2019,(17):252-253,243.
[3]梁军,李承泳.北京某写字楼项目暖通空调高效制冷机房设计[J].建筑热能通风空调,2017,36(9):103-105,61.