盘管式冰蓄冷系统施工技术

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【作者简介】张金河（1967-），男，大专，工程师，项目总工。

联
系地址：上海浦东新区源深路269号（200120）。

【收稿日期】2010－06－10
BUILDING CONSTRUCTION
建筑施工
第32卷第6期Vo1．32No．
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图1乙二醇水溶液系统形式
乙二醇溶液，换热器次级端为初级冷冻水系统。

②蓄冰槽的低温水经过ＨＸ－３与ＨＸ－４换热器生产初级冷冻水，换热器初级为蓄冰槽系统的融冰水，换热器次级端为空调用初级冷冻水系统。

2施工技术关键及解决方案
2.1蓄冰槽施工深化设计
本工程冰蓄冷系统融冰方式为外融冰方式，总蓄冰量≥１９２００ＲＴＨ。

由于系统结构组成比较复杂，并且其供冷量占总冷量的３０％左右，所以必须在现有施工图基础上，进行深化设计工作。

2.1.1管道校核
对原设计乙二醇溶液管道进行校核计算，确定各管道管径．
2.1.2管道布置
（１）对管道的走向和空间标高进行深化设计，确定乙二醇溶液管道及融冰水管道的定位与标高。

（２）管道阻力平衡设计：
①两个冰槽管道阻力平衡，并联同程式管路；
②冰盘管组之间阻力平衡，并联同程式管路；
③同一组内各盘管之间阻力平衡，采用平衡阀。

（３）为了保证阻力平衡，不仅进行管道同程式设计，而且采用平衡阀。

在每组盘管的回液管上加装平衡阀。

2.1.3蓄冰槽深化设计
蓄冰槽的深化设计工作主要要解决以下几个问题：蓄冰槽的预留预埋套管、蓄冰槽的保温／防水、冰盘管的平面定位、冰盘管的支撑基础、冰盘管侧部竖直方向配管详图、蓄冰槽气动搅动管道配管、蓄冰槽控制系统设计及设备选型（冰盘管选型与阀门选型）。

（１）蓄冰槽平面布置见图２。

（２）冰盘管支撑基础见图３。

（３）设备吊装孔：每个蓄冰槽设计一个设备吊装孔，尺寸６５００ｍｍｘ２５００ｍｍ。

由于冰盘管组之间的夹缝不足以安装人员的通行，所以为了满足最后一组冰盘管的吊装、组对就位，吊装孔的位置应在盘管组的正上方位置，见图４。

图2蓄冰槽平面图
图3蓄冰槽剖面图
图4吊装孔位置
（４）蓄冰盘管加固：由于蓄冰盘管在混凝土槽内，且冰与水的密度差会产生浮力，所以须在蓄冰盘管顶部安装角钢，将蓄冰盘管固定，防止蓄冰盘管大量结冰后浮动。

2.1.4冰盘管单元深化设计
（１）选用ＴＳＣ－６００Ｓ冰盘管单元共计３２组，每组由３层换热盘管组成，ＴＳＣ－６００Ｓ冰盘管单元的技术参数见表１。

（２）蓄冰盘管的防腐：蓄冰盘管组装完成后，采用整体热浸镀锌，因而满足防腐要求。

必须保证镀锌层密度均匀，表面光滑，无暇点，锌的附着量大于５７２ｇ／ｍ２，镀锌层的厚度大于８０μｍ，捶击试验后不脱落。

2.1.5气动搅动系统深化设计
（１）在冰盘管出厂时已经配带空气搅动管道，安装在冰盘管底部。

本工程每个ＴＳＣ－６００Ｓ盘管底部均安装有空气搅动管道。

在制冰工况下，其作用是保证换热均匀，从而保证结冰的整体均匀性。

在融冰工况下，其作用是增强换热效果，保证换热均匀，从而保证出水温度的恒定。

（２）设备选型设计：空气泵选用进口优质品牌，其性能参数通过计算确定，选用型号为５００６－２１Ｌ２，气压量为２００ＣＦＭ。

表4冰盘管单元技术参数
名称规格型号外形尺寸额定压力降承压试验压力重量
(mm)蓄冰量(KPa)(MPa)(MPa)(Kg)冰盘管单元TSC-600S5430×1730×3903600RTH119 1.0 2.596212
2.2蓄冰槽防水与保温
乙二醇溶液在蓄冰过程中温度在－３．７℃￣－５．５６℃范围内，与四周环境的温差大；假如蓄冰槽本体隔热效果不好，在平时的运行中会造成非常大的浪费，所以蓄冰槽本体的保温厚度应大于标准工况的冷冻水的保温厚度，保温层应严密尽量减少冷损失，施工对策见表２。

2.3蓄冰槽内安装
蓄冰槽是冰蓄冷系统实现蓄冰功能的关键设备，其中关键部件－－冰盘管，每个重达２ｔ，蓄冰槽内的安装质量关系到整个系统能否有效运行。

2.3.1冰盘管吊装前的准备
（１）将蓄冰槽内部清理干净。

（２）冰盘管定位：蓄冰槽地面及侧壁保温、防水施工、地面混凝土施工完成合格后，根据图纸，将所有冰盘管的位置，在混凝土地面上准确放线划出。

（３）将承重混凝土梁的位置画出，确定将来盘管组安装在承重混凝土梁的上面。

（４）在吊装预留洞上部混凝土顶板上合理位置安装１个规格为５ｔ手动葫芦，以便将冰盘管吊入蓄冰槽内（每个冰盘管重２０７１ｋｇ）。

（５）ＴＳＣ－６００Ｓ盘管底部自带槽钢底座，无需预制基础支架，只需在槽钢底座与混凝土地面之间衬垫橡胶板即可。

橡胶板的厚度５０ｍｍ，长度８００ｍｍ，宽度与冰盘管底座型钢相同，共计１２８块。

用于冰盘管的调平找正和将来小量应力消除。

（６）准备４￣６个移动式小坦克，用于冰盘管的水平移动。

移动式小坦克见图５。

图5设备搬运专用小坦克示意图
（７）蓄冰槽内安装人员交底、培训，充分了解整个吊装与就位的过程，使整个吊装就位过程安全、严密、有序。

2.3.2冰盘管吊装
（１）冰盘管出厂前已经安装了吊环，吊装时钢丝绳可以直接连接在吊环上。

起吊后，冰盘管从预先留好的设备吊装孔中进入蓄冰槽底部（图６）。

图6冰盘管吊装示意图
（２）每组ＴＳＣ－６００Ｓ盘管是由３个等尺寸盘管叠落组成，吊装时每组盘管需分３次完成，实际总吊装工作量应以９６次计。

先将第一个盘管吊放在蓄冰槽底部的小坦克上，再将第二个盘管吊放在第一个盘管上面，用连接螺栓固定，然后将第三个盘管吊放在第二个盘管上面，也用连接螺栓固定，最后利用小坦克将盘管组水平移位到设计位置。

（３）用齿条式起重器微调盘管组，使盘管组间距分布均匀。

冰槽内冰盘管水平移动时，注意小心轻拿轻放，移动盘管时，切勿碰撞，以免损毁设备或防水层。

2.3.3施工中冰盘管的保护
（１）冰盘管到现场后，如现场不具备安装条件，将冰盘管存放在仓库内，四周使用钢管将其隔离起来，防止在搬运其它材料、设备时碰到冰盘管，造成设备的损坏。

（２）冰盘管到现场后保留原来的包装，防止拆除包装冰盘管片堆放无序，造成破坏。

（３）在组对冰盘管现场敷设橡胶板，保护冰盘管片及组对好的冰盘管。

（４）组对时不允许在冰盘管上放置重物，不能踩、踏冰盘管。

（５）在进行吊装时由起重工进行指挥，缓慢进行升降，防止操作过猛，造成正在吊装的冰盘管晃动，与冰槽壁碰撞，造成盘管损坏。

（６）吊装时严格按厂家提供的吊装孔进行钢丝绳的串联，坚决杜绝在冰盘管的不受力位置绑扎钢丝绳，以免冰盘管受力不匀，造成折断。

（７）冰盘管安装完毕进行保温顶板的施工时，在冰盘管上临时放置防护网，防止产生坠落物，砸到设备。

同时吊装顶板时缓慢升降。

（８）对冰盘管进行配管时，管道必须固定牢固，不能晃动、扭曲，不能让冰盘管承受来自管道的外力，以免外力作用到冰盘管上，造成冰盘管损伤。

2.3.4系统配管与阀门安装
施工部位顺序
蓄冰槽墙体保温蓄冰槽底部保温蓄冰槽顶板保温槽地面二次混凝土
施工工序及要求
1)20mm厚1∶3砂浆与3%防水剂找平层。

2)1.5mm防水涂料。

3)SBS改性沥青聚酯胎防水卷材（3+3mm）。

4)30mm厚1：3砂浆与3%防水剂找平层。

5)100mm厚聚氨脂泡沫塑料保温板，密度60kg/m3、导热系数λ=0.0275w/（m℃）、承压600kPa。

6)5mm厚环氧树脂防水涂料层。

100mm厚聚氨脂泡沫塑料保温板
5mm厚环氧树脂防水涂料层
钢筋混凝土（φ6，@200双向）厚度为100mm，主要用于安装过程设备的水平移动。

表2蓄冰槽防水与保温施工对策
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按照设计将冰盘管与冰盘管、冰盘管与主管、阀门连接。

（１）冰盘管层配管：
每个冰盘管组有３层，每层均有乙二醇溶液进口与出口，由于３层管道长度差距不大，所以在３层间的乙二醇溶液流量基本平衡。

（２）冰盘管组内配管：
每个大组盘管由４个冰盘管组组成。

配管过程中一定要严格按照设计，使每个冰盘管的供回液管道路程为同程式，保证４个冰盘管组的乙二醇溶液流量基本平衡。

（３）冰盘管组之间的配管：
蓄冰槽共由８个大组盘管组成。

①配管过程中一定要严格按照设计，使每组冰盘管之间的供回液管道路程为同程式，保证４组冰盘管组之间的乙二醇溶液流量基本平衡。

②在供液管上安装截止阀，在回液管上安装静态平衡阀，如果发生八大组冰盘管之间的流量不平衡问题，可以通过平衡阀进行调节。

（４）温度传感器和压力传感器的安装应利于平衡流量和检修故障。

（５）在每个蓄冰装置的截止阀与接管之间必须安装放气阀，承压为１ＭＰａ，保护盘管以免被膨胀液压损坏。

（６）系统必须安装膨胀水箱，防止系统内液体膨胀，在管路最高点设有足够的排气管，排出滞留气体。

2.3.5融冰水管道安装
（１）蓄冰槽融冰水进口管径ＤＮ３５０ｍｍ
（２）蓄冰槽融冰水出口管径ＤＮ４００ｍｍ，供水管道的流速小于回水管道，保证出水口不会产生堵塞。

出水口做法为开口朝墙。

（３）连接方法为焊接。

2.3.6气动搅动管道安装
气动搅动管道安装见图７。

图11气动搅动装置示意
2.3.7控制系统安装
（１）液位传感器安装：一般制冰前，液位传感器的安装位置在液面以下约３００ｍｍ。

（２）探头安装：根据本项目蓄冰设备排布特点，设计采用２套冰厚度控制器，２组探头。

再采用专用的探头固定支架将探头固定在冰盘管上，目的是检测结冰厚度。

2.3.8蓄冰槽补水管安装
蓄冰槽补水管从蓄冰槽盖板引入，管径ＤＮ１００ｍｍ。

2.3.9蓄冰盘管系统整体试压
（１）冰盘管连接管安装完毕后，对焊缝进行清理，喷涂原厂提供的富锌保护层，并现场对冰盘管进行气压试验，试验压力为２．０ＭＰａ，保压５ｍｉｎ后观察焊接质量。

（２）保持蓄冰槽与外部管道系统完全隔离，系统管路安装完毕后，对蓄冰槽内所有设备、阀门与管道进行压力试验，介质为空气，压力为０．９ＭＰａ。

2.4系统的清洗
冰蓄冷系统对管道洁净度要求较高，特别是乙二醇系统，管道必须冲洗干净；此外，由于蓄冰盘管易发生堵塞，这就给冲洗提出了更高的要求。

首先，冰盘管设备不加入任何清洗或化学镀膜。

由于蓄冰槽内管道为系统最低点，所以不加入整体清洗，管道系统采用单独清洗。

当外部管道物理清洗合格后，再加入整体化学镀膜。

具体做法：
（１）将冰盘管设备进出口法兰处进行封堵，并在进出口处加设临时旁通管，在系统最低点设置泄水口。

（２）系统冲洗水泵采用备用水泵，将非冲洗用水泵进出口阀门全部关闭。

（３）物理清洗、化学清洗与镀膜。

开启补水口及泄水口，直至泄水口水质透明无杂物为合格。

（４）冰盘管设备清洗。

将系统内水放空，拆去设备进出口盲板及旁通管，用高压氮气进行吹扫，直至合格为止。

（５）拆去钢丝网过滤器，对系统再进行冲洗，冲洗合格后进行二次试压，二次试压合格方可进行保温工序的施工。

3注意事项
（１）制冷机房外管道支、吊架的安装间距严格按施工规范有关规定设置，且管道支吊架尽量就梁（柱）安装。

机房内管道较多，宜上、下多排布置。

在设置支、吊架时尽量使多排管道共用支、吊架就梁（柱）设置，无法就梁（柱）设置的就将支架落地设置。

严禁机房内的支、吊架利用机房顶板生根，避免设备运行产生的振动通过管道、支架传递至其它楼层。

（２）乙二醇溶液（１００％）的价格大约是７１００元／ｔ，价格昂贵。

在系统中，如果因为检修或系统渗漏会造成很大的不必要的经济损失，同时对环境造成污染。

在施工中，管道及设备用设立牢固的支、吊架，同时系统应进行严格的严密性试验。

如果有可能在乙二醇溶液充注前进行水溶液的试运转，观察整个系统的运转情况；及自控系统的测点及电动阀门的动作配合。

（３）蓄冰槽内部安装过程中，冰盘管及管路的支撑必须在槽底部进行隔冷处理（也就是钢支撑不能穿过绝热层），以免局部形成冷桥。

乙二醇溶液在蓄冰过程中温度在－３．７℃／－６．５℃范围内，与周围环境的温差大；如果隔热效果不好，在平时的运行中会造成非常大的浪费。

（４）系统应设置膨胀水箱，而且还应设置溶液补给箱作为膨胀水箱外的溢流箱，在系统亏液或浓度降低时进行补
（上接第557页）
后浇叠合层来取，钢筋仍按原板底钢筋实配量来算，有效高度则按新的高度来取。

3.4框架梁的加固
在对梁的承载力按照现浇混凝土实际标号、实配钢筋量进行复核计算后，发现除梁跨中正截面抗弯承载力不足外，支座处负弯矩段抗弯承载力以及斜截面抗剪承载力仍能基本满足设计荷载要求，因此需对梁的正弯矩段进行加固。

梁常用的加固方法有：（１）增大截面加固法；（２）预应力加固法；（３）碳纤维布加固法；（４）粘贴钢板加固法。

考虑到加固范围大、工期紧、不能破坏原结构、工程造价等因素，本工程决定采用粘钢加固法。

其加固施工方案见图５。

图5框架梁加固图
粘贴钢板加固时按结构加固规范［２］进行设计和施工，粘结剂采用大连产的ＪＧＮ型建筑结构胶，粘贴钢板前，先对梁底混凝土表面打磨处理，用找平材料将梁表面凹洞填平，配好粘结剂，用抹刀将粘结剂涂在混凝土粘贴面和钢板粘贴面上，厚度１ｍｍ￣３ｍｍ（中间厚边缘薄为宜，以防止粘结剂沿钢板边缘溢出），再将钢板用一定压力粘贴于混凝土上后，即用木杆顶撑或用特制Ｕ型夹具夹紧，压力保持为０．０５ＭＰａ￣０．１ＭＰａ，使胶液刚好从钢板边缝挤出。

再用手锤轻轻敲击
钢板，检查粘贴质量，无空鼓声表示已粘贴密实；若锚固区空鼓面积大于１０％，非锚固区空鼓面积大于３０％应剥下重新粘贴。

然后沿钢板通长方向梅花形布置间距１５０ｍｍ的φ１０ｍｍ膨胀螺栓，这可使钢板紧贴梁底混凝土，对混凝土保护层的开裂起到抑制作用，以充分发挥钢板的抗拉强度，提高了加固梁的整体工作性能，降低挠度。

同时钢板端部的膨胀螺栓在一定程度上抵抗了钢板与混凝土之间的滑移，可以减少钢板端部的应力集中现象，防止过大的应力将混凝土保护层沿纵筋处撕裂，降低梁的有效高度，而使加固失效［３］。

4结语
加固后经检测发现，修补构件混凝土结合面正常，内部无明显空洞、表面无蜂窝缺陷。

对补强加固后混凝土强度进行检测，评定加固后混凝土强度代表值为设计强度等级（Ｃ４５）的９８．５％。

目前，该工程已经竣工并通过验收，经过一段时间观察，未发现结构有任何异常现象，这说明该加固方法施工方便、经济合理、消除了隐患、基本达到原设计要求。

参考文献
[1]混凝土结构设计规范（GBJ10-89）．北京：中国建筑工业出版社，
1989．
[2]混凝土结构加固技术规范（CECS25：90）．北京；中国工程建设
标准化协会，1991．
[3]杨根喜，濮志锋，张学宏．用膨胀螺栓加固钢筋混凝土梁的研
讨.建筑结构，2001，（3）．
液。

设置溶液补给箱有以下作用：①既可方便地给系统补充乙二醇溶液，又便于检查乙二醇溶液浓度；②当系统溶液体积膨胀时，膨胀箱中的溶液容纳不下而溢流至补给箱；③在系统检修或维护中的补液及乙二醇液体的回收再利用，有利于减少运营成本，以及环保要求。

（５）电动调节阀等阀门的密闭性能应严格要求。

在整个系统冻冰及融冰的过程中，乙二醇侧在一定阶段内会运行在－３．７℃￣－６．５℃温度范围内，在板换的另一侧的冷冻水通常在６．５℃￣１０℃运行；如果板换的乙二醇侧关闭不严有泄漏，会造成板换冷冻水一侧结冰，冻裂设备。

电动阀门的两侧应设置检修阀、旁通阀；以便系统检修，和人工手动运行。

电动阀门必须有方便的手动调节装置。

（６）乙二醇溶液的浓度的监测：乙二醇系统在运行时，乙二醇溶液会有部分变质和挥发。

使乙二醇溶液的浓度降低，凝固点温度提高，无法保证冷水机组的防冻保护。

在系统运行中要求管理人员定期检测乙二醇浓度的变化，及时进行补充。

主要观测点：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。

（７）板换的冰冻保护：在系统运行过程中，应严密监测板换冷冻水侧的运行情况，如发现水流速度过低，出口温度过低，应及时进行检查，以防止由于水温过低，发生板换冷冻水侧的冻结，从而损坏设备。

（８）在系统运行过程中，由于冰盘管完全封闭在槽体内，只能通过检测参数了解运行情况，无法直观进行监测。

一旦冰盘管损坏，水将进入乙二醇溶液。

所以在冰盘管的安装过程中，应严格执行操作规程，保证冰盘管的完好。

4结语
冰蓄冷技术现在已经广泛应用在空调制冷等工程中，但目前还缺少相应的国家专项施工验收规范，大部分施工单位都在摸索中施工。

上海华为技术有限公司上海基地建设项目在参建人员的共同努力下，圆满完成了冰蓄冷系统施工任务，实践证明，本文所述的施工技术在工程中的应用是成功的，值得推广应用。

参考文献（略）
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