建筑暖通空調(diào)高效制冷機(jī)房設(shè)計(jì)

1、建筑暖通空調(diào)高效制冷機(jī)房設(shè)計(jì)摘要：在節(jié)能降耗的時(shí)代背景下，要想提高建筑物本身的節(jié)能性能，就要對(duì)影響其能耗的多方因素進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并采用各種較為先進(jìn)的節(jié)能手段來(lái)對(duì)暖通空調(diào)高效制冷機(jī)房進(jìn)行更加科學(xué)的設(shè)計(jì)，以此來(lái)有效降低建筑能耗，節(jié)約建筑的運(yùn)營(yíng)成本?；诖?，本文就建筑暖通空調(diào)高效制冷機(jī)房設(shè)計(jì)展開了如下探究。關(guān)鍵詞：建筑；暖通空調(diào)；制冷機(jī)房；設(shè)計(jì)1影響建筑暖通空調(diào)高效制冷的因素分析氣候特點(diǎn)分析目前，氣候、室內(nèi)環(huán)境狀況、人員行為以及建筑能源服務(wù)系統(tǒng)等是影響建筑能耗的主要因素。而本文中的高效制冷機(jī)房設(shè)計(jì)思路主要是建立在建筑當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件以及其全年運(yùn)行負(fù)荷基礎(chǔ)之上的1。以北京地區(qū)的建筑為例，由于其地處寒冷

2、地區(qū)，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，冬季氣候較為寒冷，年平均氣溫在1012C之間。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，北京的全年濕球溫差較大，低于18C的小時(shí)數(shù)可以達(dá)到6731h，高于28C的小時(shí)數(shù)只有36h。因此，在過(guò)渡季節(jié)，外區(qū)主要以開窗自然通風(fēng)為主，內(nèi)區(qū)則應(yīng)該選擇自然冷源這種節(jié)能措施。全年負(fù)荷計(jì)算采用HDYSMAD軟件對(duì)北京建筑物全年的冷負(fù)荷實(shí)施精準(zhǔn)的計(jì)算分析，得出北京每年的供冷時(shí)間為5月1日到9月30日，冷負(fù)荷大概為578.5104kWhc，而空調(diào)冷負(fù)荷指標(biāo)則約為120.9W/m2，典型日高峰冷負(fù)荷為5685kW。在具體實(shí)踐中,大多情況下都是根據(jù)全年冷負(fù)荷來(lái)選擇水泵、冷水機(jī)組與冷卻塔的。同時(shí)也要依據(jù)廠家

3、所提供的性能曲線，經(jīng)過(guò)擬合后來(lái)實(shí)施全年能耗模擬，并選擇出性能最佳的設(shè)備。2高效制冷機(jī)房設(shè)計(jì)本文中高效制冷機(jī)房設(shè)計(jì)主要以北京某高端寫字樓為例，詳細(xì)概況如下：總建筑面積為8萬(wàn)m2。其中地上建筑面積為5萬(wàn)m2,地下建筑面積為3萬(wàn)m2。總建筑高度為60.00m，分為地下三層，地上十三層。其中，地下一層為配套商業(yè)、員工廚房及餐廳、自行車庫(kù)夾層。地下二層為自行車庫(kù)、汽車庫(kù)及設(shè)備用房。地下三層為汽車庫(kù)、設(shè)備用房，而首層則為商業(yè)，213層均為辦公樓層，只有在4層設(shè)有餐廳廚房，6層設(shè)有咖啡廳。2.1水蓄冷技術(shù)應(yīng)用在對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)實(shí)施初步設(shè)計(jì)時(shí)，要先使用冰蓄冷系統(tǒng)，之后再選用水蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行初投資、實(shí)用性以及系統(tǒng)效

4、率等方面的比較。最后得出水蓄冷不僅在位置及體積等方面均占有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在其他方面的優(yōu)勢(shì)也表現(xiàn)的較為突出2。本文中，采用BIM技術(shù)對(duì)機(jī)房實(shí)施了優(yōu)化布置，既可以縮小制冷系統(tǒng)的實(shí)際占用面積，同時(shí)也能夠在保證蓄冷量與機(jī)房面積不發(fā)生變化。之后要考慮到投資回收期的情況，就決定選擇水蓄冷技術(shù)。文中所指的水蓄冷系統(tǒng)所采用的技術(shù)為自然分層式水蓄冷技術(shù)。針對(duì)機(jī)房空間進(jìn)行優(yōu)化布置，在地下三層制冷機(jī)房?jī)?nèi)形成了一個(gè)蓄冷水池，其有效容積可以達(dá)到1450.5m3。在夜間谷段電價(jià)時(shí)間段內(nèi)，要借助制冷系統(tǒng)中空余的1臺(tái)277RT水冷變頻螺桿式冷水機(jī)組與1臺(tái)600RT水冷離心式冷水機(jī)組完成蓄冷操作，在蓄冷5.2h后，即可將蓄冷水池蓄

5、滿。同時(shí)，在冷水系統(tǒng)進(jìn)行制冷運(yùn)行的過(guò)程中，白天要聯(lián)合冷水機(jī)組進(jìn)行放冷。其中，蓄冷溫度與放冷回水溫度分別為4C、12C，而蓄放冷的溫差則可以達(dá)到8C。據(jù)初步估測(cè)，若直接選擇直接蓄冷、間接放冷的這種形式來(lái)完成蓄放冷運(yùn)行，其投資回收期就可以控制在3年內(nèi)3。在蓄放冷環(huán)節(jié)當(dāng)中，受溫水與冷水間溫差的影響，就會(huì)引起導(dǎo)熱過(guò)程，這就會(huì)導(dǎo)致溫水與冷水的分界面位置處出現(xiàn)過(guò)渡層，也被稱為斜溫層。而斜溫層的厚度是評(píng)價(jià)蓄冷水池中溫水與冷水混合程度的一種關(guān)鍵性的技術(shù)指標(biāo)。例如，斜溫層厚度越小，水池內(nèi)的有效蓄冷利用率也就越高，損失也就越小。除了保溫層厚度、水池結(jié)構(gòu)以及水池空氣等多種因素之外，布水器的設(shè)計(jì)也會(huì)影響到斜溫層的厚度

6、。圖1網(wǎng)格劃分及蓄冷水池斜溫層通過(guò)CFD動(dòng)態(tài)模擬蓄冷水池的防冷斜溫層與蓄冷斜溫層，可以得出不管是在蓄冷的過(guò)程中，還是在放冷環(huán)節(jié)當(dāng)中，都存在斜溫層。在最開始運(yùn)行時(shí)，斜溫層時(shí)比較薄的，但會(huì)隨著放冷與蓄冷的過(guò)程不斷的增厚。同時(shí)，放冷與蓄冷的過(guò)程在層流狀態(tài)下多數(shù)是可逆的。而在蓄放冷的總體過(guò)程當(dāng)中，雖然斜溫層的厚度大小在變化，但卻穩(wěn)定在600mm以內(nèi)。輸配管網(wǎng)低阻力設(shè)計(jì)分析制冷機(jī)房的總耗能情況來(lái)看，冷卻水泵與常規(guī)系統(tǒng)冷凍泵占到了40%60%，因此就要優(yōu)先選擇低阻力設(shè)備(詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1)、借助建筑信息模型(BuildinginformationModeling)技術(shù)來(lái)對(duì)管理員進(jìn)行優(yōu)化，并合理設(shè)計(jì)低阻力。具

7、體來(lái)講，就是把冷水機(jī)組進(jìn)口與水泵的高度調(diào)整到與水泵出口處平齊，以此來(lái)盡可能減少?gòu)濐^。同時(shí)，要使用彎曲半徑為直徑長(zhǎng)度1.5倍的彎頭，以此來(lái)盡量減少系統(tǒng)壓力損失，節(jié)約大量的閥門、彎頭以及三通阻力等，進(jìn)而減少非必要性的資源浪費(fèi)。另外，對(duì)管路進(jìn)行優(yōu)化后，冷凍水泵機(jī)房中與冷卻水泵機(jī)房的內(nèi)揚(yáng)程分別可以控制在7.5m、12m。表1低阻力設(shè)備參數(shù)設(shè)備名稱蒸發(fā)冷凝蒸發(fā)器冷凝器器阻力器阻力溫差溫差/kPa/kPa水冷離心式冷水機(jī)組36.628.266變頻水冷螺桿式冷水機(jī)組21.623.366大溫差低冷卻水進(jìn)水溫度設(shè)計(jì)使用6C大溫差供水系統(tǒng)對(duì)冷水溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并結(jié)合管網(wǎng)阻力，對(duì)制冷系統(tǒng)的能耗實(shí)施合理的分配。并在大大

8、提升水蓄冷容量的基礎(chǔ)上，減少泵體與管路的初投資。在實(shí)踐中，要想提高冷水機(jī)組的效能，就要減小冷卻水的設(shè)計(jì)溫度。在27C的冷卻水進(jìn)水溫度下，600RT水冷離心式冷水機(jī)組的能效最高可以達(dá)到6.88W/W,在31C的冷卻水進(jìn)水溫度下，其能效最好可以達(dá)到6.20W/W，前后差異可以達(dá)10.9%。而在27C冷卻水進(jìn)水溫度下，277RT變頻螺桿式水冷冷水機(jī)組的能效最高可以達(dá)到7.21W/W，在31C的冷卻水進(jìn)水溫度下，其最好效能可以達(dá)到6.41，前后相差12.5%。中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)本文中所應(yīng)用的中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)為IndasEMC007。該系統(tǒng)通過(guò)模糊控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及專家控制系統(tǒng)等，可以大

9、大增強(qiáng)中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、高效性與節(jié)能性。同時(shí)，該控制器中，不僅搭建了知識(shí)庫(kù)，構(gòu)建了模糊控制模型，形成了模糊運(yùn)算規(guī)則，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了智能模糊控制。在應(yīng)用中，該系統(tǒng)可以全面收集會(huì)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響的各項(xiàng)產(chǎn)出，并且會(huì)根據(jù)系統(tǒng)最優(yōu)原則，通過(guò)智能模糊運(yùn)算以及符合預(yù)測(cè)來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算出各項(xiàng)控制參數(shù)。若將這些控制參數(shù)實(shí)際應(yīng)用于冷凍水、冷卻水以及冷卻塔等子系統(tǒng)當(dāng)中，不僅可以改變空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)流體的溫度，也會(huì)改變其流量，進(jìn)而確保系統(tǒng)在多種符合狀態(tài)下，均可以高效的運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)能的設(shè)計(jì)目標(biāo)?；诮ㄖ畔⒛Ｐ偷哪茉幢O(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)目前，BIM技術(shù)大多被應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)與施工領(lǐng)域，因此針對(duì)其在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段中的應(yīng)用研

10、究就相對(duì)較少。而有研究發(fā)現(xiàn)，在建筑全生命周期中，貫徹與應(yīng)用建筑運(yùn)營(yíng)維護(hù)，可以大大降低其維護(hù)成本，且僅為建筑生命周期總成本的三分之二。智能建筑管理系統(tǒng)(IntelligentBuildingManagementSystem，IndasIBMS)可以對(duì)具有不同功能的建筑智能化子系統(tǒng)及有關(guān)設(shè)備實(shí)施集中化管理，構(gòu)建出一個(gè)具備優(yōu)化管理功能、信息匯集功能以及互聯(lián)互通功能的建筑管理平臺(tái)。同時(shí)，根據(jù)BIM模型，相關(guān)工作人員可以借助3D管控方式來(lái)對(duì)管路走向、冷卻塔以及冷機(jī)冷凍泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行查看，并且能夠在一定程度上增加設(shè)備呈現(xiàn)的立體感與清晰度。與此同時(shí)，該模型也能夠?qū)Ξ?dāng)前所查看設(shè)備的狀態(tài)與參數(shù)實(shí)施控制，幫助工

11、作人員在第一時(shí)間通知與處理各種突發(fā)事件與設(shè)備故障。除此之外，建筑管理平臺(tái)還可以利用建筑能源監(jiān)測(cè)管理的各項(xiàng)功能，完成設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行的采集工作，構(gòu)建以采集、統(tǒng)計(jì)、分析挖掘以及優(yōu)化反饋為一體的閉環(huán)管理系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)。圖2能耗公示、能耗分析、能耗對(duì)比示意圖能效測(cè)量與驗(yàn)證待空調(diào)系統(tǒng)安裝完畢后，要進(jìn)行驗(yàn)收。主要是由測(cè)量專員，采用精準(zhǔn)的測(cè)量?jī)x器，在制冷季節(jié)，對(duì)待測(cè)的空調(diào)冷水機(jī)組的制冷能效這一指標(biāo)實(shí)施嚴(yán)格的測(cè)量，并進(jìn)行科學(xué)的驗(yàn)證，之后在對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化或者是微調(diào)，最后出具一份完整的制冷系統(tǒng)熱平衡報(bào)告。在能源測(cè)量與驗(yàn)證環(huán)節(jié)當(dāng)中，具體所使用的儀器精度要求見(jiàn)表2。表2能源測(cè)量與驗(yàn)證（M&V）精度要求項(xiàng)目精度要求數(shù)據(jù)采集儀16bit采集精度高精度溫度傳感器精度0.05C流量傳感器流量傳感器1%精度，采用管道式電磁流量計(jì)或插入式超聲波流量計(jì)智能電表精度：電壓0.2%，電流0.5%，功率0.7%，Modbus協(xié)議通訊結(jié)束語(yǔ)綜上所述，暖通空調(diào)系統(tǒng)在我國(guó)北方的整個(gè)建筑節(jié)能中是十分關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。因此就要對(duì)建筑暖通空調(diào)的制冷機(jī)房進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，這對(duì)于降低建筑物的運(yùn)行能耗來(lái)講也是非常重要的。為此，有關(guān)設(shè)計(jì)人員要高度重視暖通空氣制冷機(jī)房的設(shè)計(jì)，充分借助各種先進(jìn)的技術(shù)，制定科學(xué)的節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，以此來(lái)大大增強(qiáng)建筑暖通空調(diào)制冷機(jī)房設(shè)計(jì)的高效性與節(jié)能性，以便在保護(hù)環(huán)境、降低能耗的同時(shí)進(jìn)