高效机房实际应用研究

高效机房实际应用研究
摘要：2019年在节能宣传周期间，国家发展改革委、工业和信息化部、生态
环境部、国管局等7部门联合印发了《绿色高效制冷行动方案》。

方案中明确指出：到2030年大型公共建筑制冷能效提升30%，制冷总体能效水平提升25%以上，绿色高效制冷产品市场占有率提高40%以上。

对高效机房进行研究，介绍在实际
项目中“高效机房”如何从理论到实际应用的过程。

关键词：高效机房、能耗模拟、超低阻力、能效分析
引言：
以水冷式冷水机组举例，高效机房一般是针对空调系统中制冷机房的能效比（EER）来说，此外空调水管水力计算优化后，使得总体运行效率超过经济运行
效率，最终选用最佳的机组型号和更为合理的机房布置优。

其中，EER值是机房
总制冷量与制冷机房总电量的一个比值。

即EER =总冷量/ （冷水机组+冷冻水泵
+冷却水泵+冷却塔)耗电量。

此数值越高，制冷机房就越高效。

上海南站万科项目目前所有的冷冻机房都将采用高效机房，可以说是本工程
的一大亮点。

实现整个空调机房高效持续运行，实际上是个精细化设计及智能化
运维的系统工作。

包含节能产品的选择、机房系统优化、节能运维等三个关键部分。

本着轻巧、自然、简洁、流畅为原则，成排成行、错落有致来布置机房内的
管线，将曲线运用发挥到淋漓尽致；本着整体稳定，局部轻巧的原则，布置支架；本着与室内环境格调保持和谐，简约高档的原则，布置设备、管道的色标。

一、工程概况：
本工程现场位于中华人民共和国上海市徐汇区漕河泾街道348街坊278b-02
地块。

西至沪闵路，东北至定安路，西南至柳州路，东侧毗邻绿轴（下方为运营
中的地铁一号线和十五号线）。

1) 地下部分：三层地下室工程，主要功能为商业、车库及地上建筑配套机
电设备用房。

2) 地上部分：办公楼及商业。

T3、T4情况说明：
T3塔楼地上二十一层，建筑高度为96.45米，建筑面积61000平方米，为一
类高层建筑。

其中地上一、二层为办公大堂、商业网点，三至二十层为标准办公。

本项目按绿色建筑二星级标准设计。

T4塔楼地上二十层，建筑高度为91.95米，建筑面积40300平方米，为一类
高层建筑。

中地上一、二层为办公大堂、商业网点，三至二十层为标准办公。

本
项目按绿色建筑二星级标准设计。

二、流程
本项目高效机房外由机电总包实施的空调冷冻水/冷却水管路系统须符合低
阻力设计施工要求，管道系统中尽量减少90°弯头，采用45°弯头，尽量减少
平衡阀的使用数量。

机电总包需严格按照开利优化设计及低阻力设计要求，低阻
力施工机房内外管网系统，有问题需及时与业主、开利公司等沟通并整改，确保
整个管路系统低阻力、高效运行。

在实施前，对高效机房外空调冷冻水/冷却水
管路系统的深化设计图纸需开利厂家、设计、顾问等进行审核确认；定期（每
1~2 周）对设备及管路系统等的施工安装过程及现状进行必要的现场检查指导和
验收，必要时需以书面形式告知业主及相关单位，开展协调例会、提出解决方案。

2.1项目前期：
（1）.熟悉图纸与系统
（2）.机房平面设计优化，BIM建模设计
（3）.管线水力计算
（4）.主机、水泵等优化选型
2.2项目实施
（1）.主要设备现场安装指导
（2）.机房外系统安装指导建议
三、高效机房优化方案
为了保证后续能耗模拟的准确性及系统配置的合理性，对万科南站商场及塔楼利用技术手段分别进行了能效模拟。

根据本项目要求，结合万科南站 T3、T4制冷机房的要求及特点，我们对原空调系统全年冷负荷进行了详细模拟分析及优化设计。

同时使系统满足设计、施工、运行时均要保证系统高效，我们利用我公司多年来对系统节能设计、运行管理方面的研究和实际经验，对该项目进行如下优化：
3.1能耗模拟
根据一天中的时间和一年中的时间计算所有房间元素的热流，例如墙壁、窗户、屋顶、天窗、门、灯、人员、电气设备、非电气设备、渗透、地板和隔板因素。

进行逐时分析，以计算建筑负荷、空气系统运行和电厂设备运行。

利用HAP逐时负荷分析软件，将HVAC组件（如压缩机、水泵、加热元件）和非HVAC组件（如照明、办公设备、机械）的每小时能耗制成表格，以确定总建筑能耗概况以及每日和每月的总能耗。

经计算得出：全年大部分时间运行在建筑的20%~80%负荷。

选择冷机时尽量选择在部分负荷占比高的工况下，贴合冷机的性能曲线，使得效率更佳。

3.2温差优化系统优化
本系统原设计冷冻水为 6～12 度，有6℃较大温差系统。

采用大温差的目的是为了优化空调系统各设备间的能耗配比，在保证舒适度的前提下减少冷量输配的能耗，同时降低系统初投资。

同时低流速管路减少了水流对管路的冲刷侵蚀，增长了管路的使用寿命，贡献系统可靠及耐用性。

根据以往工程的经验，我们对该项目冷却水进行大温差系统优化设计：
1.原设计系统温差为：
（1）.冷冻水供水温度为6℃，回水温度为12℃，供回水温差为6℃；
（2）.冷却水供水温度为37℃，回水温度为32℃，供回水温差为5℃；
2.优化后系统温差为：
（1）.冷冻水供水温度为6℃，回水温度为12℃，供回水温差为6℃，按
业主要求保持原设计不变；
（2）.冷却水供水温度为37℃，回水温度31℃，供回水温差为6℃；
空调水系统采用了低阻力冷机设计后降低了水泵的输送能耗，且同时优化了
原有管路系统设计，大大降低水管内水流速并增加了系统的水力自动平衡能力，
水系统可以很好地达到自动水力平衡，减少平衡阀的设置。

3.3优化超低阻力管路系统设计
本项目采用了超低阻力的管网优化设计，以降低水泵的扬程以降低系统能耗
达到高效节能的目的，我们在配置系统时，采取多种措施，使系统的阻力降低，
其中包括：选用低阻力的冷水机组、及低阻力管件及水管设计采用预制大半径
弯头、冷冻机房系统部件组、系统管道走向最优化、管路管径特别优化设计调整、如，所有三通接入口采用斜角顺流接入预制、弯头尽量采用45度弯头预制组件
等措施，结合空调的系统设计、软件模拟，大大节省系统的运行能耗，同时通过
系统优化增加了水系统的自动平衡能力。

本项目所有空调机房基于高效低阻力的
方案，将部分水管做了适当调整。

3.4系统能效分析
1.综合能效
KW/RT
综合能效COP=5.0以上为高效机房。

2.T3 塔楼机房冷源系统设备配置对比
表2 T3塔楼制冷能效
对比
原方案采用2台800RT 定频离心冷水机组，1台400RT水冷螺杆机组。

经过优化方案采用2台725RT定频离心式冷水机组，1台555RT变频离心式冷水机组。

优化设计后，T3冷站的计算年运行效率为0.672kW/RT（COP=5.23）,计算节能率为19%，年节约总耗电:17.79万kWh。

3.T4 塔楼机房
冷源系统设备配置
对比
表3 T4塔楼制
冷能效对比
优化设计后，T4冷站的计算年运行效率为0.668kW/RT（COP=5.26）,计算节能率为20%，年节约总耗电:12.27万 kWh。

最终，为了使本项目在运行时高效节能，我们 T4 机房选用了1台555RT高效离心式定频冷水机组，在国标工况下COP高达6.31；选用了1台555RT高效离心式变频冷水机组，国标工况IPLV为8.156；选用了1台 288RT高效螺杆式变频冷水机组，国标工况 IPLV 高达9.477。

四、BIM三维设计
4.1机房平面图优化
原设计的制冷机房中，机电设备布置空间较为分散，管线路由较长、走向较复杂。

系统原有设计配置冷水机组和相应的冷冻水泵、冷却水泵，经过对空调系统冷负荷重新复核后，结合冷水机组的负荷曲线，对配置容量进行相应的调整。

在满足业主要求和空调系统实际使用要求的同时，对机房的空调水系统进行重新调整。

这样既提高了系统的运行效率，节能运行，又有利于运行管理、降低系统能耗、减少投资。

再配合前面提供的超低阻力系统设计后，使机房空间布局更为合理、美观、节能。

4.2 BIM管综深化
我们将优化后的机房图纸，按实际设备尺寸进行BIM管线深化，在revit中建模。

之前机房优化时，单纯只考虑了空调水管的优化方案，未考虑其他因素。

当将建筑、结构、风管、桥架等其余机电管线结合在一起时，为了让空调水管的阻力控制在最小，需要控制空调水管的主管尽量在同一高度，减少上下翻弯头。

将空调水系统主管管线贴梁底铺设，连接设备的立管与水平主管需用斜45°弯头连接，减少水管阻力，达到高效标准。

弯头半径选用1D,使得立管长度做到最大化，将所有阀门合理的布置在立管上。

T3制冷机房管线布置完成，布置合理；设备安装整齐规范；机房内观摩前不做保温处理，展现保温前施工状态，以便与T4制冷机房形成对比，使观看者更好的了解机房间施工工艺。

五、结论
机电行业核心课题之一即是通过技术方法实现节能目的，从而成为建筑节能的重要的一个环节。

虽然国内高效机房刚处于起步阶段，但是其必将成为未来几年冷水机组发展的新趋势，进一步成为暖通空调精细化设计的指南针。

参考文献：
公共建筑节能设计标准_GB 50189-2015
集中空调制冷机房系统能效监测及评价标准_DBJ∕T15-129-2017。