陈灿堃
（广东省工业设备安装有限公司，广东广州，510000）
摘要：2021年全国两会，碳达峰和碳中和被首次写入政府工作报告，建筑节能减排政策的不断推进。高效制冷机房对于建筑节能意义非凡，具有优秀的经济效益和显著的推广应用价值。本文基于项目实施经验，对高效制冷机房施工予以简要分析。
关键词：高效制冷机房；优化选型；BIM应用
引言
中央空调系统是公共建筑机电系统的重要组成部分，同时在建筑能耗中的占据很大的比重。市面上主流采用水冷式制冷机的中央空调系统，中央空调系统的能耗占建筑总能耗的40%～60% 。而中央空调系统的冷源“三大件”部分（制冷机组、冷却塔、空调水循环泵）的能耗则占中央空调系统能耗的60%～80% 。也就是说，中央空调系统制冷机房的能耗占建筑总能耗的20%～50%。
根据美国标准或者新加坡绿建标准，以及广东省标准，中央空调系统的制冷机房系统能效COP超过5.0才能称之为高效制冷机房。目前国内普遍公共建筑制冷机房全年综合能效COP在2.5～3.0区间，中央空调系统的制冷机房系统能效COP从3.0提升到5.0，建筑能耗降低可高达20% 以上。因此，中央空调系统制冷机房的能源利用效率提高对于提升建筑能效水平具有着显著的正面效应。针对高效制冷机房施工，本文基于项目实施经验，在此予以简要分析。
1 高效制冷机房优化选型
开展高效制冷机房优化选型，首先需要进行全年空调冷负荷模拟，根据不同业态的使用规律拟定全年冷负荷趋势。然后以全年空调冷负荷模拟数据作为制冷机房设备优化依据，根据模拟结果及特点，合理选择制冷机组、空调水循环水泵、冷却塔的制冷量、扬程等性能参数，适当降低冷却水供回水温度，节约机组耗能。其次需要合理优化中央空调系统冷冻水管网布置，尽可能地保证各末端环路维持水力平衡状态。最后需要针对性地制定群控节能运行策略，全自动运行系统监控、自适应调整。
1.1 全年空调冷负荷模拟
常规公共建筑中央空调系统的初步设计方案趋于保守，现有空调设计大多为冷冻水温度为7-12℃，冷却水温度为32℃入口，没有考虑负荷变化、冷却塔与主机的匹配，缺乏针对性研讨末端用冷需求，制冷机组和循环水泵的选型通常富余量偏大，而这直接导致了制冷机房在日常运行中综合能效偏低，徒增能耗。因此，在实施高效制冷机房深化设计初期运用全过程的模拟分析辅助方法计算建筑冷负荷分析是非常有必要的。通过运用空调系统模拟软件对建筑物负荷逐时、逐日、逐月的计算可获取建筑模拟全年制冷总负荷、峰谷值制冷负荷，以及日常冷负荷变化规律。相比中央空调系统初步设计，可以剔除冷源部分的选型余量，实现制冷机房精细化设计、设备适配化选型，并就制冷机房群控策略提出改善及优化支持。
1.2 冷源“三大件”优化选型
首先，制冷机组是制约整个高效制冷机房的能耗核心。由制冷循环的基本理论可知，在制冷机组蒸发温度不变的情况下，冷凝温度越低，压缩机功耗越小，制冷量越大，制冷效率也越高。制冷主机需要选取低冷却水温主机（30.5/35.5℃）。
其次，空调水循环水泵能耗占整个中央空调系统能耗的20%～25% 左右。在满足最不利端用冷需求的情况下，应尽量降低空调水输送动力能耗。空调水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阻力成正比关系。因此，要想提升空调水循环水泵效率，可从降低空调水系统阻力着手。
空调水泵的扬程、流量等参数通常是在整个高效机房项目深化方案基本定下来才能最终确定，因为水泵参数要结合空调系统的管径、阀门数量、阀门水阻、系统水流量、冷却塔选型及进水高度、末端设备冷负荷及水阻等因素确定后，才能通过水力计算倒推出空调水泵的选型参数。
最后，按照以往项目案例测算，保持制冷机组蒸发温度不变，冷凝温度每增加1℃，单位制冷量的耗功率约增加3%～4%，冷却系统供回水温度直接关系到制冷机组的COP值。因此，在选用冷却塔型时，必须考虑一定的富余量，但也不能一昧盲目加大冷却塔的型号而徒增项目初期投资成本。比如当最不利环境湿球温度在28℃时，常规制冷机房的冷却塔标准工况供回水温度为37/32℃，高效制冷机房的冷却塔选型可尽量将冷却塔供回水温度降低至35.5/30.5℃。
1.3 空调水系统管网优化
水冷式制冷中央空调系统通常设置不同供回水路以满足末端用冷需求，通过优化管路布置和管径以保证同一供冷时间段内系统管网维持水力平衡，确保各并联回路之间压力损失的相对差额控制在15% 以内，同时将最不利端回路的水阻将至最低。降低水系统阻力可从以下措施着手：
1.3.1 选用低阻力阀门管件。
常规制冷机房在循环水泵进水端多用Y型过滤器，常见的Y型水过滤器过滤面积小，阻力较大。应优先选用水压降小于2 kPa的角型过滤器或篮式过滤器，由于其形状特性，可以同时连接水平和竖向管道，在管路设计上节省一个管道弯头及其水损。除此之外，常规蝶式止回阀也应调整为静音式止回阀，其水压降小于2 kPa。
1.3.2 管路低阻力优化。
在空调水系统管路流量不变的情况下，高效制冷机房的管路系统优化应采取支管与主管尽量采用45°～60°斜插式连接，以进一步降低管路系统的水头损失。循环水泵出口与制冷机组的蒸发器、冷凝器入口高度维持在同一水平线。干管水平走向应尽量减少使用直角弯头，将直角弯头、直角三通改为顺水弯头或顺水三通，规避“马鞍形”管路，同时缩短管道路径。
2 BIM应用
高效制冷机房管道往往比较复杂，BIM技术在高效制冷机房深化设计中的应用，是在相对有限的空间里更科学、合理、美观、高效地布置各机电专业管线，实际地反映设备、管道、桥架等在空间的排列走向，更好地指导现场施工人员进行作业，为施工现场合理安排施工次序、优化施工方案提供技术依据，使各专业管线交叉有序，更好地协调施工现场。
相比常规制冷机房，高效制冷机房的支干管接驳多数为斜置，管路上安放的传感器数量非常多，包括流量传感器、温度传感器、压力传感器等众多精密传感器，仅仅依靠CAD二维软件无法直观展现。而利用BIM模型除了可以多角度精细展示管道布置、主要设备、管线的安装标高和管线之间的水平间距及定位尺寸，精准复核各类传感器的安装空间，而且还可以利用revit碰撞检测功能，提前反馈不同专业管线之间、管线与建筑结构之间的交叉碰撞问题，提前规划设置综合支架，大幅提高施工效率，提高机房整体观感。
结语
高效制冷机房对于建筑节能意义非凡，在很大程度上节约设备的运行成本，提高中央空调系统综合能效比已经是时代必然。在建筑面积大的民用综合体建筑中建设高效制冷机房，具有优秀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,梁锐等.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
[2]李元阳,黄国强,阎杰,梁锐等.高效绿色智慧建筑综合解决方案[J].暖通空调,2019,49(10),123-128
[3]许杰.广东省某市图书馆高效空调系统深化设计方案[J].制冷,2020,39(1),52-56