時代背景

　　在全球碳中和浪潮下，建筑領(lǐng)域的節(jié)能降碳已成為國家“雙碳”戰(zhàn)略的核心環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)顯示，我國建筑運維階段碳排放占全行業(yè)20%以上，其中空調(diào)系統(tǒng)碳排放量占建筑運行階段碳排放的50%以上，而制冷機房作為空調(diào)系統(tǒng)的核心耗能單元，其能效水平直接決定了建筑節(jié)能的成敗。

　　國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、財政部、生態(tài)環(huán)境部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、市場監(jiān)管總局、國管局于2019年6月13日印發(fā)實施的《綠色高效制冷行動方案》明確提出到2030年大型公共建筑制冷能效提升30%的目標，高效制冷機房已成為行業(yè)轉(zhuǎn)型的必然選擇。

　　本文將系統(tǒng)梳理高效制冷機房的核心定義、技術(shù)體系、國內(nèi)外標準及未來趨勢，為行業(yè)實踐提供參考。

　　國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展及對比

　　在制冷機房能效研究中，美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會通過調(diào)研大量的公共建筑、工業(yè)建筑的實際案例，于2001年9月在全球率先提出制冷機房系統(tǒng)能效評價指標，并定義了冷水機組綜合部分負荷性能系數(shù)、冷機能效比和水系統(tǒng)運行輸送效率等，開創(chuàng)了高效空調(diào)制冷機房規(guī)范化建設(shè)的先河，詳見ASHRAE 189.1-2014《高性能綠色建筑設(shè)計標準》。

　　該標準率先定義了冷水機組綜合部分負荷性能系數(shù)（IPLV）、水系統(tǒng)輸送效率等指標，強調(diào)全生命周期能效評價。

　　美國ASHRAE標準進一步細化了能效分級：EERa＞5.0為高效機房，3.5~5.0為一般機房，＜3.5則為需改造機房。

　　新加坡建筑學(xué)院BCA（AcademyoftheBuiltEnviron-ment)在2016年提出《空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計運行規(guī)范》，其中規(guī)定在新建的建筑中,當建筑面積大于5000m3則必須設(shè)計為綠色建筑，并規(guī)定新建建筑制冷機房能效比需大于4.4，并按制冷量（500冷噸為界）設(shè)定分級限值，體現(xiàn)了對大型建筑的嚴格要求。

新加坡高效制冷機房指標與分級

　　日本在2013年對居住建筑和公共建筑相關(guān)標準進行了整合，推出了《建筑節(jié)能標準2013》，定義了空調(diào)系統(tǒng)能耗系CEC(CoefficientofEnergyConsumption)對公共建筑空調(diào)系統(tǒng)的能效進行統(tǒng)一評價，即空調(diào)系統(tǒng)全年耗電量與全年空調(diào)負荷的比值，該指標與制冷機房能效比的內(nèi)涵一致?

　　我國高效制冷機房現(xiàn)行評價標準主要包括地方標準和團體標準兩類，目前尚無國家強制標準?

　　廣東作為科技創(chuàng)新最活躍的地區(qū)之一，在2017年率先推出了地方標準DBJ/T15-129-2017《集中空調(diào)制冷機房系統(tǒng)能效監(jiān)測及評價標準》，從實際運行效果出發(fā)，構(gòu)建了高效空調(diào)制冷機房的評價等級劃分、評價指標體系及方法，明確指出最高等級的高效空調(diào)制冷機房冷源系統(tǒng)能效比應(yīng)該不低于5.0，為我國高效機房的推廣起到了率先示范和風向指引作用。

　　廣東高效制冷機房指標與分級

　　團體標準T/CECS1012-2022將機房能效分為三級（1級EERa≥6.0，3級≥5.0），T/CECA20026-2023則引入“設(shè)計能效比”與“運行能效比”雙指標，覆蓋全生命周期評價。

　　對比可見，國際標準更注重系統(tǒng)性和精細化，而我國標準仍在追趕中——現(xiàn)有標準多聚焦制冷系統(tǒng)，對制熱、蒸發(fā)冷等形式覆蓋不足，且缺乏全國統(tǒng)一的強制標準，這成為制約高效機房推廣的瓶頸。

　　國內(nèi)外高效制冷機房現(xiàn)行標準

　　各標準適用范圍

　　行業(yè)現(xiàn)狀，改善能效的技術(shù)路徑

　　我國制冷機房能效現(xiàn)狀不容樂觀——清華大學(xué)調(diào)研顯示，國內(nèi)67個城市的制冷機房綜合能效普遍低于4.0，75%的機房能效處于ASHRAE標準的“需改造”區(qū)間，與國際先進標準水平差距顯著。這種差距既源于技術(shù)應(yīng)用的不足，也反映了標準體系的不完善，凸顯了發(fā)展高效制冷機房的緊迫性。

　　高效制冷機房并非簡單的設(shè)備堆砌，而是以系統(tǒng)綜合能效為核心的整體解決方案。根據(jù)我國現(xiàn)行主流標準，冷源系統(tǒng)能效比（EERa）不低于5.0的空調(diào)制冷機房被定義為高效機房。

　　這一指標不同于單一設(shè)備的能效評價，而是涵蓋制冷主機、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔等全系統(tǒng)的綜合能效，其計算公式為：

　　目前業(yè)內(nèi)尚無統(tǒng)一的技術(shù)措施來實現(xiàn)制冷機房高效運行，每個廠家似乎都有自己的“拿手絕活”，但基本的技術(shù)路線大致相同，具體如下：

　　1.精準負荷模擬與能耗仿真

　　負荷預(yù)測是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。主流模擬軟件如EnergyPlus（國際）和DeST（國產(chǎn)）通過動態(tài)計算全年逐時冷負荷，為設(shè)備選型提供數(shù)據(jù)支撐。某大型辦公建筑項目通過全年負荷仿真，發(fā)現(xiàn)50%~70%負荷率時段占比達60%，據(jù)此采用“2大1小”冷水機組組合，避免了傳統(tǒng)“大馬拉小車”的能耗浪費。

　　能耗仿真則進一步驗證系統(tǒng)性能。Trnsys軟件通過模塊化建模，可模擬不同工況下的設(shè)備響應(yīng)，如冷卻塔逼近度每降低1℃，冷水機組COP可提升3%~5%。然而，國內(nèi)軟件仍存在短板：DeST缺乏新材料模塊接口，多數(shù)中文版軟件依賴EnergyPlus內(nèi)核，存在技術(shù)封鎖風險。

　　2.設(shè)備精細化選型與系統(tǒng)優(yōu)化

　　冷水機組：應(yīng)優(yōu)先選擇變頻機型，其在部分負荷下能效優(yōu)勢顯著。例如磁懸浮離心機組在30%~70%負荷率時COP可達6.8以上，較定頻機組節(jié)能20%~30%。某酒店項目對比顯示，全磁懸浮機組方案雖初投資增加20%，但全生命周期費用降低15%。

　　水泵與冷卻塔：采用“一機一泵”連接形式，減少水力損失；冷卻水泵揚程應(yīng)控制在24m以內(nèi)，冷卻塔逼近度宜≤3℃。海康威視重慶科技園項目通過低阻力過濾器（水阻＜0.5mH?O）和橡膠瓣止回閥，使系統(tǒng)總阻力降低15%，水泵能耗減少12%。

　　管網(wǎng)設(shè)計：最不利環(huán)路比摩阻需＜100Pa/m，采用順水三通、45°彎頭等低阻部件。行業(yè)內(nèi)有案例通過BIM優(yōu)化管路走向，減少彎頭數(shù)量30%，管網(wǎng)阻力降低25%。

　　3.智能控制系統(tǒng)與智慧運維

　　控制系統(tǒng)：采用“多智能體分布式架構(gòu)”，將冷水機組、水泵、冷卻塔劃分為獨立模組，通過云端協(xié)同實現(xiàn)負荷匹配。

　　例如，冷凍水泵采用“溫壓雙控”策略——初始階段按壓差調(diào)節(jié)，穩(wěn)定后切換為溫差控制，使系統(tǒng)長期處于“大溫差、小流量”狀態(tài)，節(jié)能率達15%~20%。

　　智慧運維：基于平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集（采樣間隔≤1min），通過AI算法診斷異常。某工業(yè)園項目的云能效平臺可自動生成能效報告，識別出冷卻塔風機頻率過高問題，通過優(yōu)化控制策略使運維能耗降低8%。

　　4.施工建造與調(diào)適優(yōu)化

　　裝配式建造技術(shù)可縮短工期30%以上。通過BIM預(yù)制加工和模塊吊裝，減少現(xiàn)場作業(yè)誤差；調(diào)適工作需覆蓋完整供能周期，某項目通過持續(xù)6個月的參數(shù)優(yōu)化，使機房實際能效從設(shè)計值5.2提升至5.7。

　　高效制冷機房的未來趨勢與發(fā)展建議

　　1.技術(shù)發(fā)展方向

　　國產(chǎn)化軟件突破：需研發(fā)自主可控的負荷模擬內(nèi)核，支持新材料、新構(gòu)件模塊接入，如光伏建筑一體化（BIPV）與制冷系統(tǒng)的耦合模擬。

　　零碳能源融合：結(jié)合地源熱泵、分布式光伏等可再生能源，上海某項目通過光伏直驅(qū)冷卻塔風機，實現(xiàn)機房碳減排12%。

　　數(shù)字孿生技術(shù)：構(gòu)建機房全要素虛擬模型，實時映射物理系統(tǒng)狀態(tài)，預(yù)測性維護可降低故障停機時間50%以上。

　　2.完善標準與機制

　　制定國家標準：統(tǒng)一能效術(shù)語與測試方法，覆蓋制冷、制熱全系統(tǒng)，參考新加坡按建筑類型和制冷量分級的思路。

　　全過程責任機制：明確設(shè)計、施工、運維主體的能效責任，推廣“施工總承包+能效擔保”模式，某項目通過該模式使實際能效達標率從60%提升至95%。

　　第三方評價體系：引入獨立機構(gòu)開展能效檢測，強化數(shù)據(jù)溯源，避免“重設(shè)計、輕運行”的形式主義。

　　展望高效機房的未來

　　高效制冷機房是建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“雙碳”目標的關(guān)鍵技術(shù)突破領(lǐng)域，其核心在于從“設(shè)備高效”邁向“系統(tǒng)高效”。

　　通過標準引領(lǐng)、技術(shù)創(chuàng)新和機制保障，我國制冷機房能效水平有望在2030年前實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。目前國內(nèi)有許多成功實施的案例，其高效機房不僅能帶來30%以上的能耗降低，更能推動建筑行業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型。

　　未來，隨著智能化、低碳化技術(shù)的深度融合，高效制冷機房將成為智慧城市的重要節(jié)能單元，為全球建筑節(jié)能提供“中國方案”。