王爽(中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

暖通空調(diào)系統(tǒng)主要是由空調(diào)、采暖和通風(fēng)設(shè)備組成，是化學(xué)工業(yè)廠房中較為重要的組成部分。暖通空調(diào)系統(tǒng)直接關(guān)系到室內(nèi)空氣環(huán)境和溫度的狀態(tài)，因此要基于節(jié)能設(shè)計(jì)理念下，在暖通空調(diào)實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中確保其滿足工業(yè)廠房的建設(shè)需求和生產(chǎn)條件。在節(jié)能減排的發(fā)展趨勢(shì)下，傳統(tǒng)暖通空調(diào)系統(tǒng)的高耗能特性已經(jīng)難以符合當(dāng)代的時(shí)代發(fā)展和社會(huì)環(huán)境要求。因此，工業(yè)廠房，特別是化學(xué)工業(yè)廠房的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，要將節(jié)能設(shè)計(jì)作為核心，充分貫徹落實(shí)節(jié)能理念，通過對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化真正實(shí)現(xiàn)技能減排，為其他工業(yè)廠房的空調(diào)、供暖和通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)提供成功思路。

1 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中節(jié)能設(shè)計(jì)的原則

1.1 可節(jié)能原則

資源是確保人類生存的基礎(chǔ)和前提。以往部分地區(qū)和企業(yè)在發(fā)展建設(shè)的同時(shí)忽略了對(duì)資源、能源的保護(hù)，從而導(dǎo)致資源和能源日漸匱乏，生態(tài)環(huán)境也越來越差，為人們的生產(chǎn)生活質(zhì)量帶來了較大的威脅和安全隱患。因此，在基于節(jié)能設(shè)計(jì)理念下，對(duì)化工工業(yè)廠房暖通空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，要充分貫徹落實(shí)可節(jié)能原則，最大程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)資源和能源的保護(hù)，在促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

1.2 可環(huán)保原則

可環(huán)保原則即是指在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的過程中遵循生態(tài)環(huán)境保護(hù)的理念，因生態(tài)環(huán)境與人們的生活質(zhì)量存在著直接的關(guān)系，因此在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中要遵循環(huán)保的原則，貫徹落實(shí)節(jié)能設(shè)計(jì)理念。只有這樣，才能最大程度上降低城市化發(fā)展對(duì)人類生存環(huán)境造成的破壞，從而促使空調(diào)制造企業(yè)和化工工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)都得到長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

1.3 可回收原則

基于節(jié)能化的設(shè)計(jì)在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中始終要積極響應(yīng)國(guó)家的政策方針，落實(shí)綠色理念，堅(jiān)持可回收原則，做到盡可能利用已有能源，實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)能。因此在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中要滲透可回收原則，做到能源梯級(jí)利用，“吃干用盡”。比如說零件可拆卸，就可以及時(shí)就地更換破損零部件，避免因故障導(dǎo)致整個(gè)空調(diào)喪失使用價(jià)值，被替換的零件也可以通過加工的方式變成其他工業(yè)生產(chǎn)的原材料，促進(jìn)資源的回收和循環(huán)利用。

2 化工廠房暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

2.1 負(fù)荷計(jì)算

負(fù)荷計(jì)算是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中較為關(guān)鍵的組成部分，與設(shè)備的選型存在較為直觀的關(guān)系[1]。一般來說，供熱能耗根據(jù)室內(nèi)空氣溫度的變化發(fā)生變化，尤其是在冬季，供熱能耗增加幅度較高，因此在暖通空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，基于節(jié)能設(shè)計(jì)理念，要合理的控制和設(shè)計(jì)溫度，對(duì)廠房進(jìn)行冷熱負(fù)荷的有效計(jì)算，避免因溫度過高、過低導(dǎo)致設(shè)備選型不合理，從而造成資源和能源的消耗與浪費(fèi)。因化工工業(yè)廠房與民用及公共建筑用途不同，而不同類型的工業(yè)廠房因其工藝流程的不同，其室內(nèi)冷熱負(fù)荷有較大區(qū)別。當(dāng)廠房需要長(zhǎng)時(shí)間大量通風(fēng)時(shí)，其新風(fēng)負(fù)荷較大；當(dāng)廠房存在常年連續(xù)性強(qiáng)熱源時(shí)，其設(shè)備冷負(fù)荷較大；當(dāng)廠房?jī)?nèi)部定員較多時(shí)，其對(duì)室內(nèi)空氣的新風(fēng)量、空氣溫濕度及空氣潔凈度的要求均較高。因此要考慮到不同工業(yè)廠房的各自特點(diǎn)，并進(jìn)行細(xì)致的負(fù)荷計(jì)算，作為后續(xù)節(jié)能設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2.2 冷熱源選擇

冷熱源選擇是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是采暖和空調(diào)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵[2]。根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，熱源可以選擇可以利用的廢熱或者是工業(yè)余熱，如果化工工業(yè)企業(yè)本身不具有廢熱或者是工業(yè)余熱，那么可以通過鍋爐房來提供熱源。在化工工業(yè)廠房暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的過程中，廠房?jī)?nèi)適用的熱源也各不相同，因此要結(jié)合實(shí)際的情況選擇熱源。廠區(qū)內(nèi)的一次熱源最好采用生產(chǎn)工藝的余熱或廢熱，可以為蒸汽或熱水，有的廠房主要是負(fù)責(zé)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)，可將蒸汽換熱成熱水作為采暖熱源。就多數(shù)化工工業(yè)企業(yè)熱源選擇的現(xiàn)狀來看，化工廠房的用電成本較高，一般不采用電力的方式直接供熱[3]。

工廠冷源一般取決于企業(yè)的地理位置或與其實(shí)際生產(chǎn)情況相關(guān)，以工廠廠區(qū)內(nèi)的廢熱和外接電力為主，通過精細(xì)化管控，得以實(shí)現(xiàn)能效的最大化利用。目前工業(yè)企業(yè)暖通空調(diào)冷源主要是以淺層地表水的回灌為主，通過集中式的方式實(shí)現(xiàn)綜合管理，不僅滿足了節(jié)能設(shè)計(jì)理念，并且有效實(shí)現(xiàn)了成本的管控[4]。

2.3 空氣幕設(shè)置

在我國(guó)化工工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的過程中，員工在廠區(qū)內(nèi)的活動(dòng)較為頻繁，因此廠房的大門始終保持開放的狀態(tài)，因大量冷風(fēng)的侵入對(duì)廠房?jī)?nèi)的溫度造成了較大影響。尤其是對(duì)于我國(guó)西北和東北部的化工企業(yè)來說，其冷風(fēng)侵入量較大[5]。為了有效改善這一情況，在化工工業(yè)企業(yè)廠房設(shè)計(jì)的過程中通過會(huì)設(shè)置空氣幕裝置，以此來減輕大量冷風(fēng)侵入所造成的內(nèi)部熱量。根據(jù)《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的要求，寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)均應(yīng)在其主要出入口設(shè)置熱空氣門，以降低冷風(fēng)侵入，避免熱空氣泄漏。在空氣幕設(shè)計(jì)和應(yīng)用的過程中不僅確保廠房?jī)?nèi)的溫度保持穩(wěn)定，并且起到了節(jié)能減排的作用，實(shí)現(xiàn)了資源利用率的最大化。一般來說，在空氣幕設(shè)置的過程中如果廠房的寬度在3 m之內(nèi)，那么送風(fēng)的方式以單側(cè)為主；如果廠房寬度在3～18 m之內(nèi)，那么送風(fēng)的方式以雙側(cè)、由上至下送風(fēng)較為合適；如果廠房的寬度大于18 m，那么送風(fēng)的方式則以由上至下為主[6]。

2.4 采暖通風(fēng)空調(diào)方式選擇

2.4.1 廠房通風(fēng)

在化工工業(yè)廠房通風(fēng)方式選擇的過程中，因廠房的特點(diǎn)不同，因此在選擇的過程也要結(jié)合實(shí)際情況，采用適用于該工況的通風(fēng)方式。一般來說，如廠房的工藝流程相同，則可整個(gè)廠房可采用同一種通風(fēng)方式，并在廠房?jī)?nèi)設(shè)計(jì)合理的氣流組織形式，避免產(chǎn)生不必要的通風(fēng)量造成資源的浪費(fèi)；當(dāng)廠房?jī)?nèi)無強(qiáng)熱源時(shí)，可設(shè)置自然通風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)置無動(dòng)力通風(fēng)天窗或通風(fēng)帽散熱排風(fēng)形式，可降低通風(fēng)系統(tǒng)能耗；如果該廠房的面積較大，那么可以用機(jī)械通風(fēng)來代替自然通風(fēng)，從而滿足廠房通風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)。另外，在廠房通風(fēng)設(shè)計(jì)的過程中還要將排煙、除塵等考慮在內(nèi)。除此之外，針對(duì)化工企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)出的有毒氣體，在暖通空調(diào)過程中，先是要了解到工藝生產(chǎn)廢氣的等級(jí)和生產(chǎn)規(guī)模，以此來選擇局部排風(fēng)或者是全廠房煙塵凈化的方式進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)。比如說某廠房面積較大，長(zhǎng)600 m、寬100 m，僅僅通過外窗的自然通風(fēng)不能滿足廠房的通風(fēng)換氣要求時(shí)，可增設(shè)排風(fēng)機(jī)，采用自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)聯(lián)合作用來滿足廠房的通風(fēng)換氣的需求[7]。

2.4.2 散熱器的選擇

在對(duì)散熱器進(jìn)行選擇的過程中要遵循三個(gè)原則，即經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和適用性。另外還有根據(jù)廠房的類別對(duì)散熱器進(jìn)行選擇，主要分為幾個(gè)方面：當(dāng)廠房負(fù)荷指標(biāo)大時(shí)，在散熱器選型時(shí)應(yīng)考慮采用對(duì)流換熱系數(shù)較大的散熱器，如鋼制翅片管散熱器，若散熱器仍不滿足室內(nèi)采暖要求時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置暖風(fēng)機(jī)等輔助供暖設(shè)施；對(duì)于產(chǎn)塵車間，散熱器選型應(yīng)考慮采用外表面光滑、方便清掃的散熱器，避免大量的粉塵積累對(duì)散熱的效果造成一定的影響；部分工業(yè)廠房室內(nèi)長(zhǎng)期較為潮濕，布置在其內(nèi)部的散熱器盡更多考慮其耐腐的性能，實(shí)際設(shè)計(jì)中多采用機(jī)制鑄鐵型散熱器；廠房?jī)?nèi)局部辦公場(chǎng)所，可采用較為美觀的散熱器類型，如鋼制或銅鋁復(fù)合型[8]。此外針對(duì)西北地區(qū)溫度較低的化工工業(yè)廠房，地面或者頂棚輻射板的方式采暖也可以采用。

2.5 全新風(fēng)運(yùn)行

過渡季節(jié)空調(diào)系統(tǒng)可以采用全新風(fēng)工況運(yùn)行，于春秋季開啟該工況，引入室外涼爽的新風(fēng)對(duì)室內(nèi)進(jìn)行降溫?fù)Q氣，該工況下空調(diào)系統(tǒng)的電能消耗大大降低[9]。與此同時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)對(duì)室外能源進(jìn)行了有效利用，真正的貫徹了節(jié)能設(shè)計(jì)理念，對(duì)現(xiàn)有的資源和能源起到了一定的保護(hù)作用。但應(yīng)注意全新風(fēng)工況時(shí)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量較大，應(yīng)適當(dāng)增加空調(diào)系統(tǒng)尺寸以同時(shí)滿足空調(diào)系統(tǒng)兩種工況的需求，且工業(yè)廠區(qū)內(nèi)室外空氣多為污濁空氣，全新風(fēng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)做好空氣凈化過濾工作。

3 化工廠房暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)

3.1 廠房設(shè)計(jì)

化工廠房的屬性與普通的民居相比存在較大的差別。因而在設(shè)計(jì)化工廠房?jī)?nèi)的通風(fēng)或空調(diào)系統(tǒng)的過程中，要將廠房生產(chǎn)情況與節(jié)能設(shè)計(jì)理念要結(jié)合，進(jìn)行綜合性的考量和分析，做好調(diào)節(jié)和優(yōu)化。此外由于部分化工廠房的建筑面積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)的過程中，要全面系統(tǒng)的進(jìn)行分析，確保部分設(shè)計(jì)在完成之后能夠有效組合起來。在廠房設(shè)計(jì)的過程中，為了滿足廠房的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，還可以將保溫維護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)納入其中，以此來降低冷熱負(fù)荷，減少暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的耗電量。因此，基于節(jié)能設(shè)計(jì)理念進(jìn)行化工工業(yè)廠房的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，要充分的考量化工企業(yè)的實(shí)際特點(diǎn)，從而能夠在滿足工業(yè)企業(yè)廠房建設(shè)需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)資源和能源保護(hù)的最大化。

3.2 管道布置

與其他廠房相比，化工廠房因受到室內(nèi)工藝過程影響，管道較為復(fù)雜，暖通空調(diào)管道易與室內(nèi)工藝管道沖突碰撞，必須將廠房?jī)?nèi)各不同專業(yè)的管道和設(shè)備進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。比如說部分的廠房以重工業(yè)生產(chǎn)設(shè)置為主，廠房?jī)?nèi)部會(huì)放置吊車、行車、起重葫蘆等吊裝設(shè)備。那么在該廠房暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的過程中為了避免與其發(fā)生沖突，可以與此類設(shè)施保持一定的距離，確保布置的合理協(xié)調(diào)。另外，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的過程中還要做好保溫和保冷工作，確保設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度與介質(zhì)溫度的基本型相同。除此之外，對(duì)于重工業(yè)的廠房來說，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)布置的過程中，要確定其動(dòng)作的范圍不會(huì)對(duì)各類其他設(shè)計(jì)造成影響。

3.3 分層設(shè)計(jì)

在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的過程中，基于節(jié)能設(shè)計(jì)理念，在具體實(shí)施的過程中可以分層設(shè)計(jì)，尤其是對(duì)于建筑面積較大和層高較高的化工工藝廠房，可以對(duì)室內(nèi)溫度分布情況沿廠房高度方向進(jìn)行分層設(shè)計(jì)。具體來說，利用冷熱空氣密度不同而會(huì)自動(dòng)形成熱空氣上升而冷空氣下降的原理，在設(shè)計(jì)建筑將建筑內(nèi)部空間根據(jù)溫度不同分為上中下多層。廠房地面以上2 m內(nèi)區(qū)域多為工作人員活動(dòng)區(qū)域，劃定為空調(diào)區(qū)，空調(diào)區(qū)上部區(qū)域則可以不設(shè)置空調(diào)，可僅采用通風(fēng)的方式排除建筑物的熱量，從而減少了空調(diào)區(qū)域的體積，減少了不必要的空調(diào)冷負(fù)荷。在其設(shè)計(jì)的過程中，通過通風(fēng)系統(tǒng)的減少，能夠有效降低上層非空調(diào)去與內(nèi)部的輻射熱和對(duì)流熱，從而起到節(jié)能降耗的作用，符合節(jié)能設(shè)計(jì)的理念。

3.4 車間特殊要求

除對(duì)室內(nèi)的一般通風(fēng)要求外，部分化工工業(yè)廠房由于其生產(chǎn)工藝流程的特殊性，對(duì)室內(nèi)的暖通空調(diào)要求也不盡相同，在空調(diào)設(shè)計(jì)的過程中需要對(duì)此類廠房加強(qiáng)重視。如部分的廠房在空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)需要設(shè)備具備較高的防爆要求，而對(duì)于藥品生產(chǎn)廠房來說，暖通設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于依照GMP要求對(duì)室內(nèi)溫度、濕度以及潔凈度進(jìn)行精細(xì)化控制，而潔凈廠房的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)占據(jù)廠房?jī)?nèi)較大的能源消耗，好的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)可以極大降低廠房?jī)?nèi)部不必要的能量消耗。除此之外，在暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的過程中還有部分的問題需要引起重視：首先是由于化工廠房?jī)?nèi)的存在大量的蒸汽熱水管道，這種熱損耗大的管道應(yīng)設(shè)置保溫及防燙傷措施；其次廠房的采暖系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)室內(nèi)冷熱負(fù)荷的變化及時(shí)進(jìn)行流量調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)采暖及空調(diào)系統(tǒng)的時(shí)時(shí)節(jié)能；最后暖通空調(diào)系統(tǒng)如果產(chǎn)生的噪聲較大則，表明其能量的損耗較大。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，還要做好相關(guān)的噪聲處理，避免設(shè)備發(fā)生共振的情況。

4 結(jié)語

綜上所述，在化工工業(yè)廠房暖通空調(diào)設(shè)備設(shè)計(jì)的過程中，要堅(jiān)持節(jié)能設(shè)計(jì)理念，在負(fù)荷計(jì)算、冷熱源選擇、空氣幕設(shè)置和暖通空調(diào)方式選擇的過程中，要充分的結(jié)合廠房的自身?xiàng)l件，利用現(xiàn)有的資源最大程度上減少能源的消耗，降低化工廠房的運(yùn)行成本。在滿足工藝生產(chǎn)基礎(chǔ)要求和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，做好節(jié)能設(shè)計(jì)，充分貫徹落實(shí)綠色理念，做好節(jié)能減排，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”的政策作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，也為工業(yè)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。