中央空調(diào)系統(tǒng)是公共建筑機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分,同時(shí)在建筑能耗中的占據(jù)很大的比重。市面上主流采用水冷式制冷機(jī)的中央空調(diào)系統(tǒng),中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗占建筑總能耗的40%~60% 。而中央空調(diào)系統(tǒng)的冷源“三大件”部分(制冷機(jī)組、冷卻塔、空調(diào)水循環(huán)泵)的能耗則占中央空調(diào)系統(tǒng)能耗的60%~80% 。也就是說,中央空調(diào)系統(tǒng)制冷機(jī)房的能耗占建筑總能耗的20%~50%。
根據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)或者新加坡綠建標(biāo)準(zhǔn),以及廣東省標(biāo)準(zhǔn),中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷機(jī)房系統(tǒng)能效COP超過5.0才能稱之為高效制冷機(jī)房。目前國內(nèi)普遍公共建筑制冷機(jī)房全年綜合能效COP在2.5~3.0區(qū)間,中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷機(jī)房系統(tǒng)能效COP從3.0提升到5.0,建筑能耗降低可高達(dá)20% 以上。因此,中央空調(diào)系統(tǒng)制冷機(jī)房的能源利用效率提高對于提升建筑能效水平具有著顯著的正面效應(yīng)。針對高效制冷機(jī)房施工,在此予以簡要分析。
1、 高效制冷機(jī)房優(yōu)化選型
開展高效制冷機(jī)房優(yōu)化選型,首先需要進(jìn)行全年空調(diào)冷負(fù)荷模擬,根據(jù)不同業(yè)態(tài)的使用規(guī)律擬定全年冷負(fù)荷趨勢。然后以全年空調(diào)冷負(fù)荷模擬數(shù)據(jù)作為制冷機(jī)房設(shè)備優(yōu)化依據(jù),根據(jù)模擬結(jié)果及特點(diǎn),合理選擇制冷機(jī)組、空調(diào)水循環(huán)水泵、冷卻塔的制冷量、揚(yáng)程等性能參數(shù),適當(dāng)降低冷卻水供回水溫度,節(jié)約機(jī)組耗能。其次需要合理優(yōu)化中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍水管網(wǎng)布置,盡可能地保證各末端環(huán)路維持水力平衡狀態(tài)。最后需要針對性地制定群控節(jié)能運(yùn)行策略,全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)監(jiān)控、自適應(yīng)調(diào)整。
1.1 全年空調(diào)冷負(fù)荷模擬
常規(guī)公共建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)方案趨于保守,現(xiàn)有空調(diào)設(shè)計(jì)大多為冷凍水溫度為7-12℃,冷卻水溫度為32℃入口,沒有考慮負(fù)荷變化、冷卻塔與主機(jī)的匹配,缺乏針對性研討末端用冷需求,制冷機(jī)組和循環(huán)水泵的選型通常富余量偏大,而這直接導(dǎo)致了制冷機(jī)房在日常運(yùn)行中綜合能效偏低,徒增能耗。因此,在實(shí)施高效制冷機(jī)房深化設(shè)計(jì)初期運(yùn)用全過程的模擬分析輔助方法計(jì)算建筑冷負(fù)荷分析是非常有必要的。通過運(yùn)用空調(diào)系統(tǒng)模擬軟件對建筑物負(fù)荷逐時(shí)、逐日、逐月的計(jì)算可獲取建筑模擬全年制冷總負(fù)荷、峰谷值制冷負(fù)荷,以及日常冷負(fù)荷變化規(guī)律。相比中央空調(diào)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì),可以剔除冷源部分的選型余量,實(shí)現(xiàn)制冷機(jī)房精細(xì)化設(shè)計(jì)、設(shè)備適配化選型,并就制冷機(jī)房群控策略提出改善及優(yōu)化支持。
1.2 冷源“三大件”優(yōu)化選型
首先,制冷機(jī)組是制約整個(gè)高效制冷機(jī)房的能耗核心。由制冷循環(huán)的基本理論可知,在制冷機(jī)組蒸發(fā)溫度不變的情況下,冷凝溫度越低,壓縮機(jī)功耗越小,制冷量越大,制冷效率也越高。制冷主機(jī)需要選取低冷卻水溫主機(jī)(30.5/35.5℃)。
其次,空調(diào)水循環(huán)水泵能耗占整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)能耗的20%~25% 左右。在滿足最不利端用冷需求的情況下,應(yīng)盡量降低空調(diào)水輸送動(dòng)力能耗。空調(diào)水循環(huán)水泵效率與水泵功率為反比關(guān)系,水泵功率與水泵揚(yáng)程成正比關(guān)系,而水泵揚(yáng)程又與系統(tǒng)內(nèi)阻力成正比關(guān)系。因此,要想提升空調(diào)水循環(huán)水泵效率,可從降低空調(diào)水系統(tǒng)阻力著手。空調(diào)水泵的揚(yáng)程、流量等參數(shù)通常是在整個(gè)高效機(jī)房項(xiàng)目深化方案基本定下來才能最終確定,因?yàn)樗脜?shù)要結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)的管徑、閥門數(shù)量、閥門水阻、系統(tǒng)水流量、冷卻塔選型及進(jìn)水高度、末端設(shè)備冷負(fù)荷及水阻等因素確定后,才能通過水力計(jì)算倒推出空調(diào)水泵的選型參數(shù)。
最后,按照以往項(xiàng)目案例測算,保持制冷機(jī)組蒸發(fā)溫度不變,冷凝溫度每增加1℃,單位制冷量的耗功率約增加3%~4%,冷卻系統(tǒng)供回水溫度直接關(guān)系到制冷機(jī)組的COP值。因此,在選用冷卻塔型時(shí),必須考慮一定的富余量,但也不能一昧盲目加大冷卻塔的型號而徒增項(xiàng)目初期投資成本。比如當(dāng)最不利環(huán)境濕球溫度在28℃時(shí),常規(guī)制冷機(jī)房的冷卻塔標(biāo)準(zhǔn)工況供回水溫度為37/32℃,高效制冷機(jī)房的冷卻塔選型可盡量將冷卻塔供回水溫度降低至35.5/30.5℃。
1.3 空調(diào)水系統(tǒng)管網(wǎng)優(yōu)化
水冷式制冷中央空調(diào)系統(tǒng)通常設(shè)置不同供回水路以滿足末端用冷需求,通過優(yōu)化管路布置和管徑以保證同一供冷時(shí)間段內(nèi)系統(tǒng)管網(wǎng)維持水力平衡,確保各并聯(lián)回路之間壓力損失的相對差額控制在15% 以內(nèi),同時(shí)將最不利端回路的水阻將至最低。降低水系統(tǒng)阻力可從以下措施著手:
1.3.1 選用低阻力閥門管件。
常規(guī)制冷機(jī)房在循環(huán)水泵進(jìn)水端多用Y型過濾器,常見的Y型水過濾器過濾面積小,阻力較大。應(yīng)優(yōu)先選用水壓降小于2 kPa的角型過濾器或籃式過濾器,由于其形狀特性,可以同時(shí)連接水平和豎向管道,在管路設(shè)計(jì)上節(jié)省一個(gè)管道彎頭及其水損。除此之外,常規(guī)蝶式止回閥也應(yīng)調(diào)整為靜音式止回閥,其水壓降小于2 kPa。
1.3.2 管路低阻力優(yōu)化。
在空調(diào)水系統(tǒng)管路流量不變的情況下,高效制冷機(jī)房的管路系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)采取支管與主管盡量采用45°~60°斜插式連接,以進(jìn)一步降低管路系統(tǒng)的水頭損失。循環(huán)水泵出口與制冷機(jī)組的蒸發(fā)器、冷凝器入口高度維持在同一水平線。干管水平走向應(yīng)盡量減少使用直角彎頭,將直角彎頭、直角三通改為順?biāo)畯濐^或順?biāo)ǎ?guī)避“馬鞍形”管路,同時(shí)縮短管道路徑。
2、BIM應(yīng)用
高效制冷機(jī)房管道往往比較復(fù)雜,BIM技術(shù)在高效制冷機(jī)房深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,是在相對有限的空間里更科學(xué)、合理、美觀、高效地布置各機(jī)電專業(yè)管線,實(shí)際地反映設(shè)備、管道、橋架等在空間的排列走向,更好地指現(xiàn)導(dǎo)場施工人員進(jìn)行作業(yè),為施工現(xiàn)場合理安排施工次序、優(yōu)化施工方案提供技術(shù)依據(jù),使各專業(yè)管線交叉有序,更好地協(xié)調(diào)施工現(xiàn)場。
相比常規(guī)制冷機(jī)房,高效率制冷機(jī)房的支干管接駁多數(shù)為斜置,管路上安放的傳感器數(shù)量非常多,包括流量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等眾多精密傳感器,僅僅依靠CAD二維軟件無法直觀展現(xiàn)。而利用BIM模型除了可以多角度精細(xì)展示管道布置、主要設(shè)備、管線的安裝標(biāo)高和管線之間的水平間距及定位尺寸,精準(zhǔn)復(fù)核各類傳感器的安裝空間,而且還可以利用revit碰撞檢測功能,提前反饋不同專業(yè)管線之間、管線與建筑結(jié)構(gòu)之間的交叉碰撞問題,提前規(guī)劃設(shè)置綜合支架,大幅提高施工效率,提高機(jī)房整體觀感。
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