相信剛過去不久的高考查分曾令不少人問號滿滿——2024年5月30日才正式設(shè)立的深圳理工大學(xué)（以下簡稱“深理工”），首次招收本科生即實現(xiàn)“開門紅”——在廣東省錄取物理類考生120人，最高分達到664分；投檔最低分為624分，超過華南理工大學(xué)，追平了中山大學(xué)！
圖表1 深圳理工大學(xué)
深理工依托中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院一流科研機構(gòu)科教產(chǎn)教資源建立，是深圳市人民政府舉辦的具有法人資格的全日制普通公辦高等學(xué)校。作為一所探索高起點、高水平、高標(biāo)準、高質(zhì)量的新型研究型大學(xué)，深理工不僅擁有多個全國重點實驗室、國家創(chuàng)新中心、重大設(shè)施平臺等，同時，其基礎(chǔ)設(shè)施的綠色化、高效化、數(shù)智化等性能同樣走在前列。
以最突出的“能耗大戶”之一，中央空調(diào)制冷機房為例，深理工采用美的標(biāo)準化自控系統(tǒng)設(shè)計，首創(chuàng)高效機房多智能體分布式節(jié)能控制系統(tǒng)架構(gòu)，用軟件定義硬件的方式將系統(tǒng)劃分為高效一體機模組（主機+冷凍水泵+冷卻水泵）、高效冷卻塔模組及高效機房多智能體指揮官，通過模組的自組織調(diào)度協(xié)作實現(xiàn)機房整體的高效優(yōu)化運行，成功打造出能效最優(yōu)、可靠智能的高效機房。
隨著開學(xué)季臨近，讓物聯(lián)網(wǎng)智庫率先為讀者朋友一探深理工高效機房“真面目”。
圖表2 物聯(lián)網(wǎng)智庫走進深理工高效機房
一、深理工高效機房項目背景
自2020年9月，我國明確提出2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標(biāo)以來，國家頻頻出臺政策，推動節(jié)能降碳落到實處。2024年5月，國務(wù)院印發(fā)《2024-2025年節(jié)能降碳行動方案》，提出“完善能源消耗總量和強度調(diào)控，重點控制化石能源消費，強化碳排放強度管理，分領(lǐng)域分行業(yè)實施節(jié)能降碳專項行動，更高水平更高質(zhì)量做好節(jié)能降碳工作”等要求。并明確量化指標(biāo)：
2024年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗和二氧化碳排放分別降低2.5%左右、3.9%左右，非化石能源消費占比達到18.9%左右，重點領(lǐng)域和行業(yè)節(jié)能降碳改造形成節(jié)能量約5000萬噸標(biāo)準煤、減排二氧化碳約1.3億噸；
2025年，非化石能源消費占比達到20%左右，重點領(lǐng)域和行業(yè)節(jié)能降碳改造形成節(jié)能量約5000萬噸標(biāo)準煤、減排二氧化碳約1.3億噸。
高校作為經(jīng)濟社會有機體的重要組成部分，建設(shè)節(jié)能高效校園，在引領(lǐng)和促進全社會低碳化發(fā)展、綠色化升級等方面意義十分重大。
在國家大力引導(dǎo)和地方支持鼓勵下，深理工建校伊始即以“零碳校園”為目標(biāo)。而高效機房即是其中重要一環(huán)。也因此，深理工的高效機房建設(shè)，不僅需要滿足人流量大、場景多樣、新風(fēng)要求較高、用冷時間超長等需求，還要具備負荷均衡、高效節(jié)能和標(biāo)桿引領(lǐng)等先進性。
人流大場景多：由于人員流動，校內(nèi)不同區(qū)域的人群密集度不一；同時，校內(nèi)的建筑空間大，首層、頂層溫度較高，冷負荷需求較大，中間層溫度相對較低，冷負荷需求較??；而且，校園內(nèi)功能較多，濕負荷大，照明設(shè)備較多，空調(diào)的實際需求負荷將隨人流和場景不同而將發(fā)生較大變化；
新風(fēng)要求較高：一方面，需要保證室內(nèi)空氣品質(zhì)；同時，空調(diào)運行時，其流失較大，因此，需要滿足室內(nèi)對新空氣需求量大等特點；
用冷時間超長：深圳位處熱帶，高溫時間長；同時，由于校內(nèi)不同區(qū)域的溫度有所差異，冬季校內(nèi)部分區(qū)域需要局部供冷；
負荷均衡：校園高效機房與常規(guī)商業(yè)項目有所區(qū)別，由于存在寒暑假，院校實現(xiàn)能源負荷均衡面臨較大挑戰(zhàn)，這將進一步影響項目能否實現(xiàn)高能效目標(biāo)；
高效節(jié)能：由于機房用能巨大，因此系統(tǒng)要追求盡可能高效節(jié)能；
標(biāo)桿引領(lǐng)：通過應(yīng)用標(biāo)準化設(shè)計與施工、BIM建模等，打造含高效制冷機房在內(nèi)的高效能源站應(yīng)用，實現(xiàn)系統(tǒng)能效≥5.4，節(jié)能性好，樹立高效機房樣板標(biāo)桿。
在此大背景下，項目建設(shè)方最后選定了專業(yè)性強，同時具備豐富的相關(guān)案例經(jīng)驗的廠家——美的樓宇科技實施建設(shè)，以確保項目順利達成目標(biāo)。
美的樓宇科技成立于1999年，是美的集團旗下五大業(yè)務(wù)板塊之一，聚焦樓宇產(chǎn)品、服務(wù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，核心業(yè)務(wù)覆蓋暖通空調(diào)、樓宇自控、能源管理、數(shù)智電梯等。作為樓宇建筑智慧生態(tài)集成方案服務(wù)商，美的樓宇科技具備強大的技術(shù)實力，目前，其在全球已建成6大創(chuàng)新研發(fā)中心、7大產(chǎn)品研發(fā)和制造基地，累計授權(quán)專利總量達到7000多件?；诓煌男袠I(yè)和場景，美的樓宇科技可為客戶提供包括頂層設(shè)計、建筑實施及后期運維、升級服務(wù)在內(nèi)的數(shù)智建筑全棧解決方案，以低碳、智能為核心，共建可持續(xù)的智慧空間。
在高效機房領(lǐng)域，美的樓宇科技已具備豐富的案例經(jīng)驗，曾先后承接花旗集團上海大廈、佛山萬達廣場、順德農(nóng)商行總部大樓、合肥高新文化服務(wù)政務(wù)中心、太忻雙碳產(chǎn)業(yè)科技園、潮汕國際機場等大型建筑/產(chǎn)業(yè)園區(qū)的高效機房建設(shè)/改造項目。美的樓宇科技無疑是實施深理工高效機房項目的最合適之選。
圖表3 美的樓宇科技曾實施多家大型建筑/產(chǎn)業(yè)園區(qū)高效機房項目
二、深理工高效機房項目的實踐與成效
（一）以美的“五步法”為指導(dǎo)實施項目建設(shè)
深理工高效機房以美的“五步法”為指導(dǎo)實施建設(shè)。結(jié)合該校實際情況，具體為：
圖表4 美的高效機房“五步法”
第一步，模擬仿真。美的樓宇科技根據(jù)建筑的維護結(jié)構(gòu)、地理位置的光照強度、氣候參數(shù)以及多年積累的學(xué)校項目特性等，開展負荷動態(tài)模擬+建模仿真校核全年干濕球溫度，全年負荷分析達8760小時。根據(jù)仿真模擬，發(fā)現(xiàn)機房滿負荷運行的實際占比非常少，不足1%，大部分實際運行在10%-60%之間。
基于以上測算分析，深圳理工大學(xué)高效機房項目的運行策略最終確定為在3月-11月的制冷季中，校園整體負荷將由主機制冷系統(tǒng)承擔(dān)，而冬季12月到次年1月則由新風(fēng)或通風(fēng)來供冷。
第二步，優(yōu)化設(shè)計。即通過分析各負荷段的時間占比，對冷水機組、葉輪、蒸發(fā)器、管網(wǎng)、水泵、在線清洗裝置、表計、邊緣計算網(wǎng)關(guān)和冷卻塔等進行整體方案的優(yōu)化設(shè)計選型。
針對該項目，由于機房整體冷量不大，因此冷水機組采用兩大一小的常規(guī)選型配置，由兩臺700RT的變頻直驅(qū)離心機和一臺350RT的變頻直驅(qū)離心機組成。三臺機組均采用380V低壓啟動，啟動電流??；均可變頻，可調(diào)范圍廣；電機直接驅(qū)動葉輪，無齒輪箱結(jié)構(gòu)，傳動效率更高；兩器水阻降低至6米以內(nèi)；振動噪音小、冷媒用量少。
圖表5 高效機房定制款離心機組
葉輪采用水平對置的放置形式，好比“扁擔(dān)挑水”，即使壓縮機在高速運轉(zhuǎn)時也能保持平穩(wěn)有力。
蒸發(fā)器的形式為全降膜蒸發(fā)式，基本可實現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)“零”液位，較傳統(tǒng)滿液式、混合降膜式蒸發(fā)器可減少大量的制冷劑充注量；標(biāo)配的機載變頻啟動柜采用冷媒冷卻散熱，保障主機持續(xù)高效運行。
管網(wǎng)設(shè)計首先盡可能少采用閥門閥件，其次采用的閥件主要也是低阻力閥件。以兩大主要應(yīng)用環(huán)節(jié)為例：第一個是直角過濾器處，通過使直角彎頭及Y型水過濾器相結(jié)合，不但有效減少閥門管件數(shù)量，且相比Y型水過濾器的無反沖力影響，其水阻基本可降低2-3米。第二個是橡膠瓣止回閥，通過采用橡膠墊，回流時僅靠自身重力回落即可達到止回效果，過程無異音，有效克服水阻大、彈簧卡頓等不足，對水泵揚程的減少優(yōu)化起到重要作用。此外，樹立額外的立管作為共用集管，作為最嚴酷工況下的水泵備用，滿足業(yè)主最高系統(tǒng)冗余可靠的要求。
水泵的高效同樣重要，冷凍側(cè)系統(tǒng)通過對管網(wǎng)低阻優(yōu)化后，對圖紙進行詳細的水力計算，確定機房內(nèi)阻力，從而進行水泵揚程的精細選型。經(jīng)過計算及比對，確定冷凍泵及冷卻泵均采用立式雙吸泵形式，使之較常規(guī)端吸泵效率更高。
圖表6 深理工高效機房水泵優(yōu)化選型路徑
在線清洗裝置對所有冷水主機的冷凝器都作了定制配備，其可與主機程序聯(lián)動，并在操控屏上設(shè)置清洗的日程計劃，定期通入膠球，利用水流對主機筒體內(nèi)的銅管進行沖刷，避免結(jié)垢以及雜質(zhì)的沉淀影響換熱效率。
圖表7 端蓋式膠球清洗裝置
采用美控電磁熱量表，溫度精度達0.1度，流量精度達0.2級，可實時把高精度水溫、水流量數(shù)據(jù)傳輸至智慧控制平臺，便捷實現(xiàn)單臺主機能效統(tǒng)計，以及時調(diào)整運行策略或檢查機組故障情況。
冷卻塔采用永磁同步直驅(qū)變頻電機，確保η＞96%；散熱能力是冷凝器的1.4倍；力爭冷卻出水31℃，逼近度3℃，實現(xiàn)低逼近度；噪聲滿足國標(biāo)Ⅰ級標(biāo)準；帶變流量噴頭并滿足20%-100%變流量等要求。
第三步，控制系統(tǒng)。自控系統(tǒng)采用美的自研的多智能體分布式控制系統(tǒng)，其集成了高效機房群控系統(tǒng)以及配套傳感器流量計等，可設(shè)置能源管理、能效監(jiān)測和對比等功能，通過多智能體指揮官+高效一體機模組+高效冷卻塔模組的架構(gòu)，實現(xiàn)對整個機房設(shè)備的運行監(jiān)控、能效日歷、分析預(yù)警和智能聯(lián)動控制。
圖表8 美的自研多智能體分布式控制系統(tǒng)軟件界面
自控系統(tǒng)中搭載高效機房高級算法庫，能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻塔散熱自適應(yīng)最優(yōu)控制、冷水機組出水溫度智能重設(shè)、水泵溫壓差智能雙控、設(shè)備自尋優(yōu)加減載控制、主機檔位智能控制等功能，保證機房穩(wěn)定高效運行。多智能體指揮官搭載全域協(xié)調(diào)尋優(yōu)控制算法，通過融合數(shù)據(jù)驅(qū)動、機理模型與進化算法，實現(xiàn)水側(cè)與風(fēng)側(cè)能效協(xié)同優(yōu)化控制，以及全工況過程控制參數(shù)自學(xué)習(xí)調(diào)優(yōu)，有效提高環(huán)控系統(tǒng)的整體能效與控制穩(wěn)定性。
同時，強弱電一體柜里的所有美控DDC控制器、變頻器、智能電表等均是美的制造。一體柜將變頻啟停+弱電控制的功能集成在一起，弱電控制回路可以在工廠端完成接線和測試，極大地減少現(xiàn)場施工接線工作，提高整體的調(diào)試效率。同時集成的智能電表，可對水泵、冷卻塔進行電能統(tǒng)計，用于系統(tǒng)能效的計算。其中，水泵一體柜又稱高效一體機模組控制柜，可獨立運行實現(xiàn)對冷機+水泵的聯(lián)動控制。
第四步，高效建造。整個機房采用裝配式建造，前期設(shè)計即在高效機房三維可視化仿真平臺構(gòu)建1:1全3D演示空間，保證所有管道走向有條不紊。同時，所有管道以及鋼結(jié)構(gòu)支架都是工廠預(yù)制后直接運至現(xiàn)場安裝，采用法蘭連接，全過程無明火動焊，安全、快捷。
圖表9 深理工高效機房內(nèi)景
第五步，智慧運維。項目采用一款基于iBUILDING數(shù)字底座的SaaS化產(chǎn)品——美的i能效智慧運維系統(tǒng)，專為大型中央空調(diào)系統(tǒng)而設(shè)計。該產(chǎn)品通過標(biāo)準數(shù)據(jù)模型規(guī)范化數(shù)據(jù)語義，采用“機理模型+數(shù)據(jù)智能”技術(shù)核心，提供能效診斷和優(yōu)化算法服務(wù)，為能源托管和節(jié)能改造等能源業(yè)務(wù)進行數(shù)字化賦能，提高交付效率。同時，美的i能效將IT和OT技術(shù)深度結(jié)合，實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的可視化、數(shù)據(jù)量化和能效優(yōu)化，幫助客戶提升運維管理水平和系統(tǒng)能效水平，實現(xiàn)可持續(xù)運營管理。
圖表10 美的i能效智慧運維系統(tǒng)
（二）深理工高效機房項目預(yù)期成效
深理工高效機房通過全生命周期解決方案服務(wù)(咨詢、深化、工程、精細化調(diào)試、運行維護及持續(xù)優(yōu)化)，以及自動云端AI輔助運維，將使管理人員減少50%以上，并大幅簡化系統(tǒng)切換控制點、強弱電一體柜和樓宇自控系統(tǒng)等，保障校內(nèi)冷源相關(guān)系統(tǒng)舒適高效運行。
全年高效制冷機房系統(tǒng)能效≥5.4，相比傳統(tǒng)制冷機房，年節(jié)約36萬kWh，節(jié)能率高達28%。
三、未來展望
美的樓宇科技作為以硬件起家的企業(yè)，從超高效的離心機、磁懸浮離心機，到各種各樣的空調(diào)設(shè)備、閥門、控制器，再到DDC和控制平臺，包括美的i能效、綜合運維管理的軟件等，都是美的自主研發(fā)和生產(chǎn)。同時，基于團隊和軟硬件的能力，美的樓宇科技的合作模式也非常靈活，從技術(shù)咨詢服務(wù)到節(jié)能設(shè)備銷售，再到能效擔(dān)保EPC，以及投資運營BOT等，均有所涉獵。
相信未來美的樓宇科技將貢獻更多技術(shù)水平先進、合作模式多樣的高校場景案例，賦能節(jié)能高效校園建設(shè)，引領(lǐng)和促進全社會低碳化發(fā)展、綠色化升級。
