機電安裝工程暖通空調(diào)新技術(shù)及發(fā)展趨勢概述
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
張寧波 陳曉文
(上海市安裝工程集團有限公司上海200080)
摘要：本文從機電安裝工業(yè)化和綠色施工的角度出發(fā)，對機電工程BIM技術(shù)的應(yīng)用、集成式制冷機房和機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管等幾項機電安裝工程暖通空調(diào)新技術(shù)及發(fā)展趨勢做了概述。
關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)發(fā)展趨勢BIM集成式制冷機房機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管磁懸浮空調(diào)
中圖分類號：TU834. 3 文章編號：1002-3607( 2016) 04-0023-05
1引言
隨著過去二三十年我國城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，建筑能耗已成為我國面臨的一個重要問題。根據(jù)總能耗和建筑能耗的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建筑能耗可占總的主要能耗的30%～50%。由
于大多數(shù)人80%～90%的時間都是在室內(nèi)度過，人們越來越重視室內(nèi)空氣環(huán)境和節(jié)能問題。為了維持人們在建筑室內(nèi)較好的熱舒適和空氣品質(zhì)，暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑總能耗的比例高達(dá)50%～70%。
建筑工業(yè)化是我國建筑業(yè)的發(fā)展方向和必由之路，要實現(xiàn)機電安裝的現(xiàn)代化，亦必須走工業(yè)化的道路。在國家大力推進(jìn)建筑工業(yè)化的進(jìn)程中，機電安裝行業(yè)需從提高施工工效、加
快工程進(jìn)度、確保工程質(zhì)量和降低勞動者工作強度的角度出發(fā)，全面提升施工技術(shù)水平，實現(xiàn)機電安裝現(xiàn)代化的目標(biāo)。
暖通空調(diào)系統(tǒng)作為建筑能耗大戶，在機電安裝工程中，暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備和管路的施工效果將直接影響投入使用后室內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)和系統(tǒng)能耗水平。從機電安裝工程的角度來看，應(yīng)積極持續(xù)不斷跟進(jìn)暖通空調(diào)新技術(shù)和把握發(fā)展趨勢，提高暖通空調(diào)系統(tǒng)施工質(zhì)量，通過工業(yè)化措施和綠色節(jié)能施工技術(shù)降低系統(tǒng)施工和運行維護(hù)成本。本文將主要從機電工程BIM技術(shù)的應(yīng)用、集成式制冷機房、機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管和磁懸浮空調(diào)這幾個方面，對機電安裝工程領(lǐng)域暖通空調(diào)新技術(shù)和發(fā)展趨勢進(jìn)行簡要敘述。
2 BIM技術(shù)
BIM - building information mod-eling，即建筑信息模型，它是創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對建設(shè)項目進(jìn)行設(shè)計、建造和運營全生命周期進(jìn)行管理和優(yōu)化的過程、方法和技術(shù)。
2.1機電BIM應(yīng)用場景及優(yōu)勢分析
在大型機電安裝工程中，利用BIM技術(shù)的可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性，可有效地解決管線交叉矛盾，優(yōu)化空間布局，提高施工質(zhì)量和效益。BIM在大型機電安裝工程中的應(yīng)用場景和優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)虛擬建造及演示
在深化設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過建立各相關(guān)機電構(gòu)件的三維信息模型，可在項目施工前完成對項目整體的虛擬建造演示，直觀地反映施工效果，使項目機電專業(yè)與各相關(guān)專業(yè)和管理方的溝通、協(xié)調(diào)、決策都在可視化狀態(tài)下進(jìn)行。
(2)管線綜合平衡
利用BIM軟件對各專業(yè)管線進(jìn)行碰撞檢查，可不斷調(diào)整管線的空間布局，以達(dá)到最合理的綜合排布效果。機電安裝前發(fā)現(xiàn)碰撞點，可很好地避免施工后才發(fā)現(xiàn)管線碰撞，返工浪費人工、材料和工期的情況。
(3)三維可視化交底及指導(dǎo)施工
利用BIM相應(yīng)軟件，可展現(xiàn)整個樓層最終完成的機電管線整體效果，展示機電管線及設(shè)備的空間關(guān)系及支吊架形式，利用三維模型直接導(dǎo)出帶有準(zhǔn)確、清晰標(biāo)注的平面圖、剖面圖來直接用于施工，針對管道及設(shè)備布置復(fù)雜的地方，更可采用三維圖紙或視頻向班組交底，指導(dǎo)現(xiàn)場施工（見圖1）。
(4)智能算量及決策支持
應(yīng)用BIM技術(shù)，使用算量軟件，可用電算化操作替代手算，從電子圖紙直接快速計算出實物量，提高施工管理效率。模型可把某個區(qū)域或系統(tǒng)的量測算出來，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時性、可回溯性，為進(jìn)度計劃、材料采購計劃提供數(shù)據(jù)支持，使決策更有效更準(zhǔn)確。
(5)數(shù)據(jù)共享提升企業(yè)精細(xì)化管理
采用基于互聯(lián)網(wǎng)的BIM技術(shù)，可將完成模型后的工程量上傳MC系統(tǒng)，項目部施工員、預(yù)算員、材料員可及時準(zhǔn)確地調(diào)取服務(wù)器端工程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)粒度達(dá)到構(gòu)件級，從而更有效地審核施工班組的要料計劃。同時這些數(shù)據(jù)與項目上的PMS形成共享，直接為其提供最基礎(chǔ)的項目數(shù)據(jù)，使得公司管理部門與項目部的信息對稱，可及時、準(zhǔn)確地下達(dá)指令，減少溝通成本，實現(xiàn)項目精細(xì)化管理。
(6)綠色建造技術(shù)支撐
BIM技術(shù)的引入，可在諸多方面為綠色建造提供技術(shù)支撐，例如：一、利用BIM技術(shù)的管線綜合技術(shù)可自動檢查分析碰撞，甚至是軟碰撞情況，提供碰撞報告，從根本上杜絕因
碰撞引發(fā)的資源浪費、能耗和工期損失；二、利用BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)共享可使項目管理人員獲得數(shù)據(jù)的能力大為提升，為限額領(lǐng)料（特別是材料損耗和成本控制）提供技術(shù)支撐，有效地減少人、材、機等資源的浪費；三、利用BIM技術(shù)的協(xié)同管理，可使項目協(xié)同能力提高，加快工期推進(jìn)，降低因協(xié)同困難產(chǎn)生的工期延誤而導(dǎo)致的巨大資源消耗和浪費。
(7)參數(shù)化信息模型水力計算
BIM機電參數(shù)化信息模型計算可快速校核出原有設(shè)備余壓能否滿足機電工程管線綜合后實際管路的要求。并且，通過BIM機電參數(shù)化信息模型提供的復(fù)雜水力平衡計算功能，可自動檢測并報出不平衡的支路和部件，通過對系統(tǒng)管路和閥部件的二次選擇和調(diào)整，使整個系統(tǒng)達(dá)到水力平衡。同時，提供各管路和部件的技術(shù)數(shù)據(jù)（如閥門開度和壓降值），實現(xiàn)BIM平臺上機電參數(shù)信息的動態(tài)顯示，用以指導(dǎo)機電施工過程中閥部件的訂貨、安裝后的系統(tǒng)調(diào)試、與運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的對比分析和能耗統(tǒng)計等。
(8)智能機電運維平臺
綜合BIM技術(shù)的機電設(shè)備運維平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程信息管理系統(tǒng)，是機電系統(tǒng)設(shè)備運行管理、能耗監(jiān)測和信息化管理的綜合系統(tǒng)。通過BIM機電運維平臺，可實現(xiàn)對機電系統(tǒng)的自動巡檢管理，同步顯示三維引M模型，實現(xiàn)自動巡檢點的三維空間定位。檢查設(shè)備運行狀態(tài)時，可同步顯示設(shè)備實時參數(shù)、BIM模型額定參數(shù)，進(jìn)行兩個參數(shù)的同步比對。發(fā)現(xiàn)不正常運行狀態(tài)或故障時，可根據(jù)運維平臺的故障處理模式，按系統(tǒng)分析迅速確定可能原因和故障點（如泄漏點溯源分析和定位），及時處理機電系統(tǒng)運行過程中的故障并實現(xiàn)故障遠(yuǎn)程保護(hù)。
綜上可知，BIM技術(shù)可有效地提高項目管理水平和質(zhì)量效益，改進(jìn)傳統(tǒng)的生產(chǎn)與管理模式，是大幅度提高機電安裝工程的集成化程度，提升企業(yè)生產(chǎn)效率和管理水平的有效途徑，對于企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要意義。
3集成式制冷機房
3.1集成式制冷機房概述
集成式制冷機房是一種針對中央空調(diào)系統(tǒng)的機房節(jié)能方案，通過優(yōu)化設(shè)計和三維仿真，以節(jié)能控制系統(tǒng)為核心，將壓縮機組、換熱器組、水力模塊和電氣控制系統(tǒng)在工廠集成裝配成一個整體，進(jìn)行設(shè)備最優(yōu)選型匹配，在工廠預(yù)制、模塊運輸、現(xiàn)場拼裝的系統(tǒng)級產(chǎn)品，有不同大小的制冷量可供選擇，可提供配有全天候維護(hù)結(jié)構(gòu)的室外安裝型及室內(nèi)安裝型，是制冷機房建設(shè)新的解決方案。
集成式制冷機房通過優(yōu)化設(shè)計使中央空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)運行狀態(tài)，以保證制冷機房的高效節(jié)能；通過工廠整體預(yù)裝和調(diào)試確保制冷機房的最佳整體性能和質(zhì)量；通過節(jié)能控制系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)控制實現(xiàn)冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔的協(xié)同運行，從而降低整個空調(diào)系統(tǒng)的能耗。
集成式制冷機房與傳統(tǒng)制冷機房相比，其年均運行效率可提高30%~50%．占地面積可節(jié)省1/3，建設(shè)周期可大大縮短，并且運輸維修方便、使用壽命延長，可大幅度降低中央空調(diào)系統(tǒng)的運行費用和維護(hù)難度。集成式制冷機房的示意圖和實物圖（見圖2）。
3.2集成式制冷機房性能優(yōu)勢
與傳統(tǒng)制冷機房相比較，不難發(fā)現(xiàn)，集成式制冷機房的性能優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：
(1)高效節(jié)能
集成式制冷機房基于智能變頻控制技術(shù)，通過優(yōu)化設(shè)備選型和管道阻力，在設(shè)備選型和匹配時對系統(tǒng)整體運行效率進(jìn)行綜合考慮，使包括冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔
風(fēng)機在內(nèi)的基于全年運行的制冷機房效率可達(dá)0.6 kW/ton（或COP可達(dá)7.0及以上），年運行效率可較傳統(tǒng)制冷機房提高30%以上，更加高效節(jié)能。
(2)節(jié)省投資
集成式制冷機房通過采用優(yōu)化組合的空間設(shè)計和精細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計使機房各模塊結(jié)構(gòu)緊湊，可有效地節(jié)省材料費用和占地面積（每冷噸制冷量占地面積小于0.1m2），通過工廠預(yù)制和現(xiàn)場快速安裝縮短建設(shè)周期，從而大幅度節(jié)省建設(shè)成本。
(3)建設(shè)周期短
集成式制冷機房是工廠預(yù)制式系統(tǒng)解決方案，經(jīng)過工廠預(yù)制和水力平衡調(diào)試及壓力測試，設(shè)備及管道各銜接部分在廠內(nèi)已預(yù)制完成，通過模塊化集成，機房各模塊便于拆卸、吊裝及運輸，可快速完成安裝并節(jié)省調(diào)試時間，從而有效地縮短建設(shè)周期。
(4)維護(hù)方便
集成式制冷機房系統(tǒng)經(jīng)過三維布局和空間優(yōu)化，充分考慮設(shè)備的安裝與維護(hù)，在使用過程中，可基于網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議和云服務(wù)平臺，通過互聯(lián)網(wǎng)實時遠(yuǎn)程監(jiān)控機房系統(tǒng)各模塊的運行
數(shù)據(jù)并實施遠(yuǎn)程控制，方便地進(jìn)行機房系統(tǒng)維護(hù)。
3.3集成式制冷機房核心技術(shù)
與傳統(tǒng)制冷機房相比較，集成式制冷機房主要有兩大核心技術(shù)，即系統(tǒng)集成技術(shù)與關(guān)聯(lián)預(yù)測控制技術(shù)。
(1)系統(tǒng)集成技術(shù)
集成式制冷機房可在其自身集成工藝中應(yīng)用系統(tǒng)集成技術(shù)，通過承載結(jié)構(gòu)力學(xué)分析和仿真校核，將冷凍站各種設(shè)備模塊化劃分并集成安裝到設(shè)計好的高精度鋼結(jié)構(gòu)平臺上后，進(jìn)行系統(tǒng)水壓試驗、系統(tǒng)清洗及系統(tǒng)測試。根據(jù)現(xiàn)場情況及產(chǎn)品特點，將工廠預(yù)制的集成式制冷機房進(jìn)行模塊化分割及運輸，現(xiàn)場進(jìn)行模塊化拼裝。系統(tǒng)集成所要達(dá)到的目標(biāo)是系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)。
(2)關(guān)聯(lián)預(yù)測控制技術(shù)
關(guān)聯(lián)預(yù)測控制系統(tǒng)可對集成式制冷機房系統(tǒng)進(jìn)行整體能耗優(yōu)化，并通過對中央空調(diào)水系統(tǒng)末端負(fù)荷數(shù)據(jù)的建模仿真計算，預(yù)測出下一時段中央空調(diào)系統(tǒng)的冷量需求，對機房制冷系統(tǒng)進(jìn)行主動控制，從而實現(xiàn)冷凍站系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。
3.4集成式制冷機房與傳統(tǒng)制冷機房的對比分析集成式制冷
機房與傳統(tǒng)制冷機房的主要對比分析（見表1）。
綜上可知，隨著綠色環(huán)保施工理念的不斷推行，制冷機房安裝技術(shù)的要求日益嚴(yán)格，傳統(tǒng)制冷機房的安裝技術(shù)已難以達(dá)到高效集成制冷機房的安裝質(zhì)量要求。預(yù)制式集成制冷站技術(shù)可有效地縮短制冷機房施工工期，降低施工成本，提高制冷機房施工質(zhì)量。
4機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管
4.1機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管概述
機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管是一種采用內(nèi)襯保溫形式的節(jié)能、降噪型風(fēng)管，風(fēng)管外殼采用金屬薄鋼板經(jīng)機械壓制成模，由復(fù)合涂層包裹的玻璃纖維保溫內(nèi)襯與鍍鋅鋼板風(fēng)管之間的保溫釘固定，經(jīng)自動化加工生產(chǎn)線一次加工成型，內(nèi)襯保溫材料的復(fù)合涂層具有抗脫落、防霉變、抑菌和防火等功能，因而能可靠用作空調(diào)、通風(fēng)及防排煙系統(tǒng)風(fēng)管。機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管的成品圖（見圖3）。
與傳統(tǒng)金屬外保溫風(fēng)管加工制作工藝相比，機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管保溫內(nèi)襯與金屬風(fēng)管可在工廠車間全自動生產(chǎn)線一同加工，配合裝角機和合縫機的使用，可確保保溫內(nèi)襯與金屬風(fēng)管結(jié)合的緊密性，有助于工廠受控環(huán)境下保證加工風(fēng)管的質(zhì)量并節(jié)省生產(chǎn)和施工周期。
4.2機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管性能特點
與傳統(tǒng)外保溫金屬風(fēng)管的制作與安裝工藝相比較，機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管的性能特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)在線密封
機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管通過采用先進(jìn)的在線聯(lián)合口內(nèi)涂裝密封膠的技術(shù)，來保證風(fēng)管的氣密性以降低漏風(fēng)量，確�？照{(diào)風(fēng)系統(tǒng)的氣密性要求和節(jié)能指標(biāo)。
(2)有效保溫
機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管的玻璃纖維內(nèi)襯保溫材料使用玻璃纖維浸潤熱硬化樹脂制作而成，纖維表面經(jīng)處理后形成一層樹脂涂層或氈面，為玻璃纖維提供穩(wěn)定性支持且達(dá)到一定防火性
能，并可根據(jù)熱阻值要求選擇不同厚度的保溫材料，做到保溫材料厚度可控。
(3)機械化保溫釘固定
通過自動線打釘機使專用保溫焊釘將保溫內(nèi)襯與金屬風(fēng)管釘接，牢固的焊點可有效地防止內(nèi)保溫層從金屬風(fēng)管脫落，長期保證風(fēng)管良好的保溫性能。
(4)可靠的保溫防護(hù)
由于保溫層內(nèi)置，采用鍍鋅鋼板制作的機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管可有效減少工廠制作、搬運和現(xiàn)場運輸引起的損壞，保證保溫層的完整性。另外，機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管承壓能力強，可
在滿足設(shè)計壓力要求的同時最大限度地保護(hù)內(nèi)襯保溫層的完整性和有效性
(5)吸聲降噪
與傳統(tǒng)施工方式不同，機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管將消聲保溫材料貼附在風(fēng)管內(nèi)壁，可在減少風(fēng)管壁冷熱損失的同時有效地吸收風(fēng)管系統(tǒng)噪音，既滿足風(fēng)管保溫的要求，又可大幅度降低
風(fēng)系統(tǒng)噪聲對室內(nèi)環(huán)境的影響，提高室內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的質(zhì)量。
4.3機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管綠色施工體現(xiàn)
與傳統(tǒng)外保溫金屬風(fēng)管的制作與安裝工藝相比較，機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管更符合綠色環(huán)保施工的要求，主要表現(xiàn)為在以下兩方面：
(1)安裝簡便快捷
機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管由工廠一次加工成型，無施工現(xiàn)場二次保溫工序，可節(jié)省施工現(xiàn)場二次保溫工時。施工人員只需按照設(shè)計圖紙，完成風(fēng)管的吊裝、連接和緊固即可，施工安裝簡便快捷。整個安裝過程受人員操作的影響較小，耗時短，施工現(xiàn)場無污染，可明顯縮短通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的施工周期，滿足日趨緊張的施工工期要求。
(2)節(jié)省安裝空間
機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管不必預(yù)留風(fēng)管保溫施工空間，可貼梁、貼壁或貼頂安裝，系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計可不需安裝消聲器，從而更有效地利用建筑空間。
5磁懸浮空調(diào)
5.1磁懸浮空調(diào)概述
磁懸浮空調(diào)利用由永久磁鐵和電磁鐵組成的徑向軸承和軸向軸承組成數(shù)控磁軸承系統(tǒng)實現(xiàn)壓縮機的運動部件懸浮在磁軸承上無摩擦的運動，磁軸承上的定位傳感器為電機轉(zhuǎn)子提
供超高速實時重新定位，以確保定位精確。同時，整個空調(diào)機組運行無需潤滑油，可避免殼管式換熱器中油膜覆蓋在換熱管上造成換熱效率下降的影響，提高系統(tǒng)換熱效率15%以上。
5.2磁懸浮空調(diào)優(yōu)勢
磁懸浮空調(diào)壓縮機通過采用航空工業(yè)上廣泛使用的磁性軸承、變速離心壓縮以及數(shù)字電子控制等先進(jìn)技術(shù)，可完全消除傳統(tǒng)冷水機組使用油潤滑軸承所帶來的摩擦損失、潤滑系統(tǒng)復(fù)雜而龐大的結(jié)構(gòu)以及機組控制維護(hù)工作量大等缺點，并具有如下顯著優(yōu)點：
(1)壓縮機采用整合式直接驅(qū)動的變速離心壓縮技術(shù)，無機械摩擦損失，冷水機組的效率可比傳統(tǒng)螺桿式冷水機組高出40%以上。
(2)壓縮機無摩擦的磁性軸承設(shè)計實現(xiàn)了運動部件無油潤滑運行，機組換熱器傳熱表面無油膜粘附，提高換熱器效率，可摒棄傳統(tǒng)冷水機組復(fù)雜而龐大的輔助系統(tǒng)。
(3)機械傳動聲、氣流聲等噪聲低，機組可實現(xiàn)超低噪音運行。
(4)采用新型制冷劑，工作壓力為正壓，無毒環(huán)保，操作安全。
(5)空調(diào)機組結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、效率高，可降低機組的初投資費用和運行費用。
6結(jié)語
在機電安裝工程中，暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備和管路的施工效果對系統(tǒng)投入使用后室內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)和系統(tǒng)能耗水平具有直接影響。BIM技術(shù)的應(yīng)用、集成式制冷機房、機制金屬內(nèi)保溫風(fēng)管等機電安裝工程領(lǐng)域暖通空調(diào)新技術(shù)的運用，將有助于通過工業(yè)化措施和綠色節(jié)能施工技術(shù)，提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的施工質(zhì)量，降低暖通空調(diào)系統(tǒng)施工和運行維護(hù)成本，進(jìn)而推動機電安裝的工業(yè)化進(jìn)程和建筑能耗的降低。
