陳芳

（中海油天津化工研究設(shè)計院，天津 300131）

化工工業(yè)用廠房多為高大空間，不同的生產(chǎn)工藝對廠房內(nèi)的溫濕度具有不同的要求，除了要具備良好的通風(fēng)性能外，還需要良好的節(jié)能經(jīng)濟性，因此，需要設(shè)計出合理的暖通空調(diào)系統(tǒng)以滿足高大空間廠房通風(fēng)需求。本文所述工程是洗滌液灌裝裝配，位于華北地區(qū)，其工藝流程由理瓶、灌裝、旋蓋、鋁箔封口、不干膠等工序組成，在裝配過程中要求廠房內(nèi)滿足舒適性要求，即室內(nèi)溫度夏季為26～28℃，冬季為18～20℃，濕度上無特殊限制。其中裝配車間廠房凈高12.8m，單層，建筑體積為25638m3，這部分廠房屬于典型的高大空間廠房，而作業(yè)區(qū)域及工藝流程上的機電設(shè)備則要求其使用空間溫度范圍的高度大多在4m以下范圍，如果按照傳統(tǒng)設(shè)計理念采用全空間空調(diào)系統(tǒng)，則勢必會在系統(tǒng)運行過程中造成大量的風(fēng)能資源浪費，增加暖通空調(diào)系統(tǒng)使用成本。針對這種高度在10m以上，廠房建筑物體積整體大于1萬m3的高大空間廠房而言，根據(jù)筆者多年的設(shè)計經(jīng)驗，認為可以采用僅對廠房下部空間進行空氣調(diào)節(jié)，而將廠房上部劃分為非空調(diào)區(qū)域的設(shè)計方案，即通常所說的分層空調(diào)系統(tǒng)，即能滿足廠房通風(fēng)、溫度調(diào)節(jié)需求，同時與全廠房空間空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案相比，其整體運行費用大致可以節(jié)省15%～40%，節(jié)能經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。

1 某化工工業(yè)廠房工程概況

該裝配廠廠房由原料車間、裝配車間、質(zhì)檢車間、倉庫及辦公大樓等房間共同組成，總建筑面積為19856m3，局部為2層，總建筑物高度最高為23.6m，長156m，寬38m。其中，東側(cè)為原料車間、裝配車間，單層，長108m，寬20m，凈高12.8m，建筑體積為25638m3，這部分廠房屬于典型的高大空間廠房，要求廠房內(nèi)需滿足舒適性要求即室內(nèi)溫度夏季為26℃～28℃，冬季為18℃～20℃，濕度上無特殊限制。因此，從技術(shù)、經(jīng)濟等方面進行綜合比較，決定采用分層空調(diào)方案來設(shè)計該區(qū)域的暖通空調(diào)系統(tǒng)。

2 高大廠房暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計方案

2.1 項目暖通空調(diào)設(shè)計參數(shù)及考慮因素

①溫濕度考慮：該廠房的主要功能為裝配，是人員經(jīng)常且長時間活動區(qū)域，其絕大部分內(nèi)部空間均有舒適性要求，夏季平均溫度為26～28℃；冬季平均溫度為18～20℃；濕度則無特殊限制。②《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50019-2003）中對新風(fēng)量做出明確規(guī)定，辦公類房間其新風(fēng)量參考標準為30m3/（人·h）。對于裝配車間、質(zhì)檢車間等生產(chǎn)性房間而言，由于人員密度較大、流動性較高，還需同時滿足室內(nèi)空氣清新度等技術(shù)指標要求，即新風(fēng)換氣次數(shù)按不低于0.5～1次/h進行設(shè)計。③噪聲限制，嚴格參照國標要求進行設(shè)計。④有毒有害物體濃度。由于該裝配廠在工作過程中會使用具有揮發(fā)性的膠料、稀釋劑等丙酮、乙酸乙酯等低毒有害物質(zhì)。因此，在設(shè)計過程中嚴格參照國家標準規(guī)定指標來進行有毒有害物質(zhì)控制。

2.2 項目暖通空調(diào)設(shè)計難點

①設(shè)計空間范圍既高又大。該裝配廠建筑物屬于典型的高大空間建筑廠房，廠房內(nèi)有高精度、自動化的進口設(shè)備，其價格非常昂貴，有全年不間斷供暖與空調(diào)等要求，相應(yīng)暖通空調(diào)系統(tǒng)運行能耗較大。②生產(chǎn)過程中噪聲污染較嚴重。由于該裝配廠整體生產(chǎn)規(guī)模較大，在生產(chǎn)過程中其機械噪聲、人員噪音等污染較為嚴重，因此廠房的噪音必須要進行嚴格的控制。③有毒有害揮發(fā)性氣體。該裝配廠房在生產(chǎn)過程中會使用具有揮發(fā)性的膠料、稀釋劑等丙酮、乙酸乙酯等低毒有害物質(zhì)，揮發(fā)性氣體會惡化廠房內(nèi)空氣環(huán)境。

2.3 項目分層空調(diào)節(jié)能設(shè)計方案

該裝配車間廠房建筑物凈高為12.8m，建筑體積為25638m3，適合采用分層暖通空調(diào)模式，即采用全空氣集中式分層空調(diào)方案。沿廠房長度方向共布置3個子系統(tǒng)，分別為K-1、K-2和K-3。按照相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗可知，分層空調(diào)區(qū)高度與建筑物高度之比，即h1/H小于0.5時，該設(shè)計方案其經(jīng)濟效益較為良好。根據(jù)裝配廠內(nèi)部生產(chǎn)機械設(shè)備高度及氣流組織相關(guān)指標要求，建筑物上下層的分層面定為6.2m，機械設(shè)備工作區(qū)域其高度定位3.5m。在進行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計過程中，在6.5m分層面以下的空間范圍設(shè)置為空調(diào)區(qū)，上層則設(shè)置為非空調(diào)區(qū)，即在上層非空調(diào)區(qū)采用機械通風(fēng) (包括送風(fēng)與排風(fēng))，以排除建筑物上層的余熱，以降低上層空調(diào)的溫度及廠房屋頂內(nèi)的表面溫度，以通過合理通風(fēng)系統(tǒng)減少上層非空調(diào)區(qū)域的對流熱轉(zhuǎn)移及輻射熱轉(zhuǎn)移量，進而達到節(jié)能降耗的目的。

3 暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計技術(shù)措施

該裝配廠廠房內(nèi)部空間暖通空調(diào)系統(tǒng)按照節(jié)能設(shè)計方案嚴格進行設(shè)計，并在設(shè)計過程中充分考慮負荷計算、空氣幕優(yōu)化節(jié)能、智能群控、全新風(fēng)運行等節(jié)能技術(shù)措施。

3.1 負荷計算

夏季空調(diào)冷負荷應(yīng)嚴格按照（GB50019-2003）《采暖通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》的技術(shù)要求進行，即工業(yè)廠房的設(shè)計溫度范圍為12～21℃。由于該廠房以產(chǎn)品裝配為主，其建筑物采暖室內(nèi)設(shè)計溫度取16℃，下層空調(diào)區(qū)室內(nèi)設(shè)計溫度取26℃。根據(jù)本工程的基本概況進行計算，本工程裝配車間（除外延區(qū)辦公樓、鍋爐動力站等外）均處于建筑物內(nèi)區(qū)，所有外區(qū)冬季均設(shè)置有散熱器采暖系統(tǒng)，其采暖溫度設(shè)置為24℃。因此，廠房建筑物內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)冬夏負荷波動不大，加上裝配車間中所使用的工藝設(shè)備數(shù)量較多，工藝設(shè)備自身運行過程中的發(fā)熱量較大，因此，經(jīng)計算認為建筑物室內(nèi)冷負荷冬季與夏季相當(dāng)，且新風(fēng)冬季與夏季送風(fēng)溫度也基本相同，因此裝配車間暖通空調(diào)系統(tǒng)全年處于供冷運行工況。由于裝配車間室內(nèi)發(fā)濕量偏少，室內(nèi)負荷多以顯熱性負荷（即工藝生產(chǎn)機械設(shè)備負荷、照明負荷、人員負荷等）為主。裝配廠在生產(chǎn)過程中，存在一定的揮發(fā)性低毒危害成分，采用FFU風(fēng)機濾器單元均布，以確保室內(nèi)空氣質(zhì)量。經(jīng)負荷計算分析，一期工程空調(diào)耗冷量為289kW?？紤]一定富裕容量，結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)選3臺型號為39G1822的組合式空調(diào)器，其單臺風(fēng)量為26335m3/h，制冷量為121kW。

3.2 廠房大門的空氣幕優(yōu)化節(jié)能設(shè)計

為了便于生產(chǎn)管理，裝配廠大門在工作實踐時間基本處于開啟狀態(tài)，這給冷風(fēng)帶來了可侵入途徑，使冷負荷所占比例增加，進而打破了廠房內(nèi)部的熱冷源平衡，增加熱源能耗[1]。因此，為了有效解決經(jīng)大門入侵冷源引起熱能流失問題，在出口高大的裝配廠廠房大門上方設(shè)置裝配式的熱空氣幕，以達到節(jié)能降耗的優(yōu)化設(shè)計目的。

3.3 采用分層空調(diào)系統(tǒng)

按照上述項目分層空調(diào)節(jié)能設(shè)計方案，詳細設(shè)計分層空調(diào)系統(tǒng)的細部內(nèi)容。

3.4 采用分區(qū)域智能群控系統(tǒng)

針對該裝配廠廠房高、大等特點，將其劃分為3個區(qū)域進行分區(qū)智能群控，避免過度供冷等造成大量電能資源浪費，同時減少空調(diào)水系統(tǒng)的輸送能耗，達到節(jié)能優(yōu)化設(shè)計的目的。

3.5 全新風(fēng)運行

暖通空調(diào)系統(tǒng)在過渡季設(shè)置全新風(fēng)運行模式，即當(dāng)室外空氣比焓低于廠房內(nèi)空氣時，沿廠房外墻布設(shè)回風(fēng)型空調(diào)機組（具備自動關(guān)閉電動回風(fēng)閥、開啟電動新風(fēng)閥等功能）開啟風(fēng)機使其處于全新風(fēng)運行模式，利用新風(fēng)來對廠房進行冷卻降溫，以縮短空調(diào)系統(tǒng)中制冷機的運行時間。該工程所處地區(qū)，其氣候較為干燥、室外空氣比焓較低，因此，利用新風(fēng)供冷技術(shù)進行設(shè)計方案優(yōu)化改進，其節(jié)能效果非常明顯。

4 結(jié)束語

高大廠房因其體積較大，能耗也較大，在節(jié)能優(yōu)化設(shè)計方面具有較大的潛力。在進行高大工業(yè)廠房節(jié)能優(yōu)化設(shè)計過程中，要以綠色、節(jié)能、環(huán)保等作為設(shè)計理念，強調(diào)廠房區(qū)域的功能性、可靠性和節(jié)能經(jīng)濟性，要從技術(shù)、經(jīng)濟等方面進行詳細計算和比對分析，設(shè)計出較為優(yōu)越的分層空調(diào)系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟的高效穩(wěn)定運行。

［1］孫一堅.工業(yè)通風(fēng)（第三版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.