机电安装工程暖通空调新技术及发展趋势概述

1、 引言

随着过去二三十年我国城市化和工业化的快速发展，建筑能耗已成为我国面临的一个重要问题。根据总能耗和建筑能耗的统计数据，建筑能耗可占总的主要能耗的30%～50%。由于大多数人80%～90%的时间都是在室内度过，人们越来越重视室内空气环境和节能问题。为了维持人们在建筑室内较好的热舒适和空气品质，暖通空调系统能耗占建筑总能耗的比例高达50%～70%。

建筑工业化是我国建筑业的发展方向和必由之路，要实现机电安装的现代化，亦必须走工业化的道路。在国家大力推进建筑工业化的进程中，机电安装行业需从提高施工工效、加快工程进度、确保工程质量和降低劳动者工作强度的角度出发，全面提升施工技术水平，实现机电安装现代化的目标。

暖通空调系统作为建筑能耗大户，在机电安装工程中，暖通空调系统设备和管路的施工效果将直接影响投入使用后室内环境的调节和系统能耗水平。从机电安装工程的角度来看，应积极持续不断跟进暖通空调新技术和把握发展趋势，提高暖通空调系统施工质量，通过工业化措施和绿色节能施工技术降低系统施工和运行维护成本。本文将主要从机电工程BIM技术的应用、集成式制冷机房、机制金属内保温风管和磁悬浮空调这几个方面，对机电安装工程领域暖通空调新技术和发展趋势进行简要叙述。

2、BIM技术

BIM - building information modeling，即建筑信息模型，它是创建并利用数字化模型对建设项目进行设计、建造和运营全生命周期进行管理和优化的过程、方法和技术。

2.1 机电BIM应用场景及优势分析

在大型机电安装工程中，利用BIM技术的可视性、协调性、模拟性、优化性和可出图性，可有效地解决管线交叉矛盾，优化空间布局，提高施工质量和效益。BIM在大型机电安装工程中的应用场景和优势主要体现在以下几个方面：

（1）虚拟建造及演示

在深化设计的基础上，通过建立各相关机电构件的三维信息模型，可在项目施工前完成对项目整体的虚拟建造演示，直观地反映施工效果，使项目机电专业与各相关专业和管理方的沟通、协调、决策都在可视化状态下进行。

（2）管线综合平衡

利用BIM软件对各专业管线进行碰撞检查，可不断调整管线的空间布局，以达到最合理的综合排布效果。机电安装前发现碰撞点，可很好地避免施工后才发现管线碰撞，返工浪费人工、材料和工期的情况。

（3）三维可视化交底及指导施工利用BIM相应软件，可展现整个楼层最终完成的机电管线整体效果，展示机电管线及设备的空间关系及支吊架形式，利用三维模型直接导出带有准确、清晰标注的平面图、剖面图来直接用于施工，针对管道及设备布置复杂的地方，更可采用三维图纸或视频向班组交底，指导现场施工（见图1）。

（4）智能算量及决策支持应用BIM技术，使用算量软件，可用电算化操作替代手算，从电子图纸直接快速计算出实物量，提高施工管理效率[10]。模型可把某个区域或系统的量测算出来，数据的准确性、及时性、可回溯性，为进度计划、材料采购计划提供数据支持，使决策更有效更准确。

（5）数据共享提升企业精细化管理

采用基于互联网的BIM技术，可将完成模型后的工程量上传MC系统，项目部施工员、预算员、材料员可及时准确地调取服务器端工程数据，数据粒度达到构件级，从而更有效地审核施工班组的要料计划[10]。同时这些数据与项目上的PMS形成共享，直接为其提供最基础的项目数据，使得公司管理部门与项目部的信息对称，可及时、准确地下达指令，减少沟通成本，实现项目精细化管理。

（6）绿色建造技术支撑

BIM技术的引入，可在诸多方面为绿色建造提供技术支撑，例如：

一、利用BIM技术的管线综合技术可自动检查分析碰撞，甚至是软碰撞情况，提供碰撞报告，从根本上杜绝因碰撞引发的资源浪费、能耗和工期损失；

二、利用BIM技术的数据共享可使项目管理人员获得数据的能力大为提升，为限额领料（特别是材料损耗和成本控制）提供技术支撑，有效地减少人、材、机等资源的浪费；

三、利用BIM技术的协同管理，可使项目协同能力提高，加快工期推进，降低因协同困难产生的工期延误而导致的巨大资源消耗和浪费。

（7）参数化信息模型水力计算

BIM机电参数化信息模型计算可快速校核出原有设备余压能否满足机电工程管线综合后实际管路的要求。并且，通过BIM机电参数化信息模型提供的复杂水力平衡计算功能，可自动检测并报出不平衡的支路和部件，通过对系统管路和阀部件的二次选择和调整，使整个系统达到水力平衡[11]。

同时，提供各管路和部件的技术数据（如阀门开度和压降值），实现BIM平台上机电参数信息的动态显示，用以指导机电施工过程中阀部件的订货、安装后的系统调试、与运行状态数据的对比分析和能耗统计等。

（8）智能机电运维平台

综合BIM技术的机电设备运维平台是一套基于物联网技术的远程信息管理系统，是机电系统设备运行管理、能耗监测和信息化管理的综合系统[12]。通过BIM机电运维平台，可实现对机电系统的自动巡检管理，同步显示三维BIM模型，实现自动巡检点的三维空间定位。检查设备运行状态时，可同步显示设备实时参数、BIM模型额定参数，进行两个参数的同步比对。发现不正常运行状态或故障时，可根据运维平台的故障处理模式，按系统分析迅速确定可能原因和故障点（如泄漏点溯源分析和定位），及时处理机电系统运行过程中的故障并实现故障远程保护。

综上可知，BIM技术可有效地提高项目管理水平和质量效益，改进传统的生产与管理模式，是大幅度提高机电安装工程的集成化程度，提升企业生产效率和管理水平的有效途径，对于企业的技术创新、管理创新和转型发展具有重要意义。

3、 集成式制冷机房

3.1 集成式制冷机房概述

集成式制冷机房[13, 14]是一种针对中央空调系统的机房节能方案，通过优化设计和三维仿真，以节能控制系统为核心，将压缩机组、换热器组、水力模块和电气控制系统在工厂集成装配成一个整体，进行设备最优选型匹配，在工厂预制、模块运输、现场拼装的系统级产品，有不同大小的制冷量可供选择，可提供配有全天候维护结构的室外安装型及室内安装型，是制冷机房建设新的解决方案。

集成式制冷机房通过优化设计使中央空调系统达到最优运行状态，以保证制冷机房的高效节能；通过工厂整体预装和调试确保制冷机房的最佳整体性能和质量；通过节能控制系统的关联控制实现冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的协同运行，从而降低整个空调系统的能耗。

集成式制冷机房与传统制冷机房相比，其年均运行效率可提高30%～50%，占地面积可节省1/3，建设周期可大大缩短，并且运输维修方便、使用寿命延长，可大幅度降低中央空调系统的运行费用和维护难度。集成式制冷机房的示意图和实物图（见图2）。

3.2 集成式制冷机房性能优势与传统制冷机房相比较，不难发现，集成式制冷机房的性能优势主要体现在以下几方面：

（1）高效节能

集成式制冷机房基于智能变频控制技术，通过优化设备选型和管道阻力，在设备选型和匹配时对系统整体运行效率进行综合考虑，使包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机在内的基于全年运行的制冷机房效率可达0.6 kW/ton（或COP可达7.0及以上），年运行效率可较传统制冷机房提高30%以上，更加高效节能。

（2）节省投资

集成式制冷机房通过采用优化组合的空间设计和精细结构设计使机房各模块结构紧凑，可有效地节省材料费用和占地面积（每冷吨制冷量占地面积小于0.1m2），通过工厂预制和现场快速安装缩短建设周期，从而大幅度节省建设成本。

（3）建设周期短

集成式制冷机房是工厂预制式系统解决方案，经过工厂预制和水力平衡调试及压力测试，设备及管道各衔接部分在厂内已预制完成，通过模块化集成，机房各模块便于拆卸、吊装及运输，可快速完成安装并节省调试时间，从而有效地缩短建设周期。

（4）维护方便

集成式制冷机房系统经过三维布局和空间优化，充分考虑设备的安装与维护，在使用过程中，可基于网络通讯协议和云服务平台，通过互联网实时远程监控机房系统各模块的运行数据并实施远程控制，方便地进行机房系统维护。

3.3 集成式制冷机房核心技术

与传统制冷机房相比较，集成式制冷机房主要有两大核心技术，即系统集成技术与关联预测控制技术。

（1）系统集成技术

集成式制冷机房可在其自身集成工艺中应用系统集成技术，通过承载结构力学分析和仿真校核，将冷冻站各种设备模块化划分并集成安装到设计好的高精度钢结构平台上后，进行系统水压试验、系统清洗及系统测试。根据现场情况及产品特点，将工厂预制的集成式制冷机房进行模块化分割及运输，现场进行模块化拼装。系统集成所要达到的目标是系统的整体性能最优。

（2）关联预测控制技术

关联预测控制系统[可对集成式制冷机房系统进行整体能耗优化，并通过对中央空调水系统末端负荷数据的建模仿真计算，预测出下一时段中央空调系统的冷量需求，对机房制冷系统进行主动控制，从而实现冷冻站系统的高效稳定运行。

3.4 集成式制冷

机房与传统制冷机房的对比分析集成式制冷机房与传统制冷机房的主要对比分析（见表1）。

综上可知，随着绿色环保施工理念的不断推行，制冷机房安装技术的要求日益严格，传统制冷机房的安装技术已难以达到高效集成制冷机房的安装质量要求。预制式集成制冷站技术可有效地缩短制冷机房施工工期，降低施工成本，提高制冷机房施工质量。

4、 机制金属内保温风管

4.1 机制金属内保温风管概述

机制金属内保温风管是一种采用内衬保温形式的节能、降噪型风管，风管外壳采用金属薄钢板经机械压制成模，由复合涂层包裹的玻璃纤维保温内衬与镀锌钢板风管之间的保温钉固定，经自动化加工生产线一次加工成型，内衬保温材料的复合涂层具有抗脱落、防霉变、抑菌和防火等功能，因而能可靠用作空调、通风及防排烟系统风管。机制金属内保温风管的成品图（见图3）。

与传统金属外保温风管加工制作工艺相比，机制金属内保温风管保温内衬与金属风管可在工厂车间全自动生产线一同加工，配合装角机和合缝机的使用，可确保保温内衬与金属风管结合的紧密性，有助于工厂受控环境下保证加工风管的质量并节省生产和施工周期。

4.2 机制金属内保温风管性能特点

与传统外保温金属风管的制作与安装工艺相比较，机制金属内保温风管的性能特点主要体现在以下几个方面：

（1）在线密封

机制金属内保温风管通过采用先进的在线联合口内涂装密封胶的技术，来保证风管的气密性以降低漏风量，确保空调风系统的气密性要求和节能指标。

（2）有效保温

机制金属内保温风管的玻璃纤维内衬保温材料使用玻璃纤维浸润热硬化树脂制作而成，纤维表面经处理后形成一层树脂涂层或毡面，为玻璃纤维提供稳定性支持且达到一定防火性能，并可根据热阻值要求选择不同厚度的保温材料，做到保温材料厚度可控。

（3）机械化保温钉固定

通过自动线打钉机使专用保温焊钉将保温内衬与金属风管钉接，牢固的焊点可有效地防止内保温层从金属风管脱落，长期保证风管良好的保温性能。

（4）可靠的保温防护

由于保温层内置，采用镀锌钢板制作的机制金属内保温风管可有效减少工厂制作、搬运和现场运输引起的损坏，保证保温层的完整性。另外，机制金属内保温风管承压能力强，可在满足设计压力要求的同时最大限度地保护内衬保温层的完整性和有效性

（5）吸声降噪

与传统施工方式不同，机制金属内保温风管将消声保温材料贴附在风管内壁，可在减少风管壁冷热损失的同时有效地吸收风管系统噪音，既满足风管保温的要求，又可大幅度降低风系统噪声对室内环境的影响，提高室内声学环境的质量。

4.3 机制金属内保温风管绿色施工体现

与传统外保温金属风管的制作与安装工艺相比较，机制金属内保温风管更符合绿色环保施工的要求，主要表现为在以下两方面：

（1）安装简便快捷

机制金属内保温风管由工厂一次加工成型，无施工现场二次保温工序，可节省施工现场二次保温工时。施工人员只需按照设计图纸，完成风管的吊装、连接和紧固即可，施工安装简便快捷。整个安装过程受人员操作的影响较小，耗时短，施工现场无污染，可明显缩短通风空调系统的施工周期，满足日趋紧张的施工工期要求。

（2）节省安装空间

机制金属内保温风管不必预留风管保温施工空间，可贴梁、贴壁或贴顶安装，系统经过优化设计可不需安装消声器，从而更有效地利用建筑空间。

5、 磁悬浮空调

5.1 磁悬浮空调概述

磁悬浮空调利用由永久磁铁和电磁铁组成的径向轴承和轴向轴承组成数控磁轴承系统实现压缩机的运动部件悬浮在磁轴承上无摩擦的运动，磁轴承上的定位传感器为电机转子提供超高速实时重新定位，以确保定位精确。同时，整个空调机组运行无需润滑油，可避免壳管式换热器中油膜覆盖在换热管上造成换热效率下降的影响，提高系统换热效率15%以上。

5.2 磁悬浮空调优势

磁悬浮空调压缩机通过采用航空工业上广泛使用的磁性轴承、变速离心压缩以及数字电子控制等先进技术，可完全消除传统冷水机组使用油润滑轴承所带来的摩擦损失、润滑系统复杂而庞大的结构以及机组控制维护工作量大等缺点，并具有如下显著优点：

（1）压缩机采用整合式直接驱

动的变速离心压缩技术，无机械摩擦损失，冷水机组的效率可比传统螺杆式冷水机组高出40%以上。

（2）压缩机无摩擦的磁性轴承

设计实现了运动部件无油润滑运行，机组换热器传热表面无油膜粘附，提高换热器效率，可摒弃传统冷水机组复杂而庞大的辅助系统。

（3）机械传动声、气流声等噪声低，机组可实现超低噪音运行。

（4）采用新型制冷剂，工作压力为正压，无毒环保，操作安全。

（5）空调机组结构紧凑，体积小、效率高，可降低机组的初投资费用和运行费用。

6、 结语

在机电安装工程中，暖通空调系统设备和管路的施工效果对系统投入使用后室内环境的调节和系统能耗水平具有直接影响。BIM技术的应用、集成式制冷机房、机制金属内保温风管等机电安装工程领域暖通空调新技术的运用，将有助于通过工业化措施和绿色节能施工技术，提高暖通空调系统的施维护成本，进而推动机电安装的工业化进程和建筑能耗的降低。