化工廠房暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的措施探討

陳芳

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)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(duì)廠房?jī)?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(jì)性，因此，需要設(shè)計(jì)出合理的暖通空調(diào)系統(tǒng)以滿(mǎn)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(guò)程中要求廠房?jī)?nèi)滿(mǎn)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(wú)特殊限制。其中裝配車(chē)間廠房?jī)舾?2.8m，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(jī)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(jì)理念采用全空間空調(diào)系統(tǒng)，則勢(shì)必會(huì)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中造成大量的風(fēng)能資源浪費(fèi)，增加暖通空調(diào)系統(tǒng)使用成本。針對(duì)這種高度在10m以上，廠房建筑物體積整體大于1萬(wàn)m3的高大空間廠房而言，根據(jù)筆者多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為可以采用僅對(duì)廠房下部空間進(jìn)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(jì)方案，即通常所說(shuō)的分層空調(diào)系統(tǒng)，即能滿(mǎn)足廠房通風(fēng)、溫度調(diào)節(jié)需求，同時(shí)與全廠房空間空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案相比，其整體運(yùn)行費(fèi)用大致可以節(jié)省15%～40%，節(jié)能經(jīng)濟(jì)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(chē)間、裝配車(chē)間、質(zhì)檢車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)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(zhǎng)156m，寬38m。其中，東側(cè)為原料車(chē)間、裝配車(chē)間，單層，長(zhǎng)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?jī)?nèi)需滿(mǎn)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(wú)特殊限制。因此，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行綜合比較，決定采用分層空調(diào)方案來(lái)設(shè)計(jì)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(jì)方案

2.1 項(xiàng)目暖通空調(diào)設(shè)計(jì)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(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)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(wú)特殊限制。②《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50019-2003）中對(duì)新風(fēng)量做出明確規(guī)定，辦公類(lèi)房間其新風(fēng)量參考標(biāo)準(zhǔn)為30m3/（人·h）。對(duì)于裝配車(chē)間、質(zhì)檢車(chē)間等生產(chǎn)性房間而言，由于人員密度較大、流動(dòng)性較高，還需同時(shí)滿(mǎn)足室內(nèi)空氣清新度等技術(shù)指標(biāo)要求，即新風(fēng)換氣次數(shù)按不低于0.5～1次/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。③噪聲限制，嚴(yán)格參照國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。④有毒有害物體濃度。由于該裝配廠在工作過(guò)程中會(huì)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(jì)過(guò)程中嚴(yán)格參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定指標(biāo)來(lái)進(jìn)行有毒有害物質(zhì)控制。

2.2 項(xiàng)目暖通空調(diào)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

①設(shè)計(jì)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?jī)?nèi)有高精度、自動(dòng)化的進(jìn)口設(shè)備，其價(jià)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(yùn)行能耗較大。②生產(chǎn)過(guò)程中噪聲污染較嚴(yán)重。由于該裝配廠整體生產(chǎn)規(guī)模較大，在生產(chǎn)過(guò)程中其機(jī)械噪聲、人員噪音等污染較為嚴(yán)重，因此廠房的噪音必須要進(jìn)行嚴(yán)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(guò)程中會(huì)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(huì)惡化廠房?jī)?nèi)空氣環(huán)境。

2.3 項(xiàng)目分層空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)方案

該裝配車(chē)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(zhǎng)度方向共布置3個(gè)子系統(tǒng)，分別為K-1、K-2和K-3。按照相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)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(shí)，該設(shè)計(jì)方案其經(jīng)濟(jì)效益較為良好。根據(jù)裝配廠內(nèi)部生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備高度及氣流組織相關(guān)指標(biāo)要求，建筑物上下層的分層面定為6.2m，機(jī)械設(shè)備工作區(qū)域其高度定位3.5m。在進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)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(jī)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(guò)合理通風(fēng)系統(tǒng)減少上層非空調(diào)區(qū)域的對(duì)流熱轉(zhuǎn)移及輻射熱轉(zhuǎn)移量，進(jìn)而達(dá)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(jì)技術(shù)措施

該裝配廠廠房?jī)?nèi)部空間暖通空調(diào)系統(tǒng)按照節(jié)能設(shè)計(jì)方案嚴(yán)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮負(fù)荷計(jì)算、空氣幕優(yōu)化節(jié)能、智能群控、全新風(fēng)運(yùn)行等節(jié)能技術(shù)措施。

3.1 負(fù)荷計(jì)算

夏季空調(diào)冷負(fù)荷應(yīng)嚴(yán)格按照（GB50019-2003）《采暖通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》的技術(shù)要求進(jìn)行，即工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)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(jì)溫度取16℃，下層空調(diào)區(qū)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取26℃。根據(jù)本工程的基本概況進(jìn)行計(jì)算，本工程裝配車(chē)間（除外延區(qū)辦公樓、鍋爐動(dòng)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(hù)結(jié)構(gòu)冬夏負(fù)荷波動(dòng)不大，加上裝配車(chē)間中所使用的工藝設(shè)備數(shù)量較多，工藝設(shè)備自身運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)熱量較大，因此，經(jīng)計(jì)算認(rèn)為建筑物室內(nèi)冷負(fù)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(chē)間暖通空調(diào)系統(tǒng)全年處于供冷運(yùn)行工況。由于裝配車(chē)間室內(nèi)發(fā)濕量偏少，室內(nèi)負(fù)荷多以顯熱性負(fù)荷（即工藝生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備負(fù)荷、照明負(fù)荷、人員負(fù)荷等）為主。裝配廠在生產(chǎn)過(guò)程中，存在一定的揮發(fā)性低毒危害成分，采用FFU風(fēng)機(jī)濾器單元均布，以確保室內(nèi)空氣質(zhì)量。經(jīng)負(fù)荷計(jì)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(tái)型號(hào)為39G1822的組合式空調(diào)器，其單臺(tái)風(fēng)量為26335m3/h，制冷量為121kW。

3.2 廠房大門(mén)的空氣幕優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)

為了便于生產(chǎn)管理，裝配廠大門(mén)在工作實(shí)踐時(shí)間基本處于開(kāi)啟狀態(tài)，這給冷風(fēng)帶來(lái)了可侵入途徑，使冷負(fù)荷所占比例增加，進(jìn)而打破了廠房?jī)?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(mén)入侵冷源引起熱能流失問(wèn)題，在出口高大的裝配廠廠房大門(mén)上方設(shè)置裝配式的熱空氣幕，以達(dá)到節(jié)能降耗的優(yōu)化設(shè)計(jì)目的。

3.3 采用分層空調(diào)系統(tǒng)

按照上述項(xiàng)目分層空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)設(shè)計(jì)分層空調(diào)系統(tǒng)的細(xì)部?jī)?nèi)容。

3.4 采用分區(qū)域智能群控系統(tǒng)

針對(duì)該裝配廠廠房高、大等特點(diǎn)，將其劃分為3個(gè)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)智能群控，避免過(guò)度供冷等造成大量電能資源浪費(fèi)，同時(shí)減少空調(diào)水系統(tǒng)的輸送能耗，達(dá)到節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

3.5 全新風(fēng)運(yùn)行

暖通空調(diào)系統(tǒng)在過(guò)渡季設(shè)置全新風(fēng)運(yùn)行模式，即當(dāng)室外空氣比焓低于廠房?jī)?nèi)空氣時(shí)，沿廠房外墻布設(shè)回風(fēng)型空調(diào)機(jī)組（具備自動(dòng)關(guān)閉電動(dòng)回風(fēng)閥、開(kāi)啟電動(dòng)新風(fēng)閥等功能）開(kāi)啟風(fēng)機(jī)使其處于全新風(fēng)運(yùn)行模式，利用新風(fēng)來(lái)對(duì)廠房進(jìn)行冷卻降溫，以縮短空調(diào)系統(tǒng)中制冷機(jī)的運(yùn)行時(shí)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(jìn)行設(shè)計(jì)方案優(yōu)化改進(jìn)，其節(jié)能效果非常明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(jì)方面具有較大的潛力。在進(jìn)行高大工業(yè)廠房節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，要以綠色、節(jié)能、環(huán)保等作為設(shè)計(jì)理念，強(qiáng)調(diào)廠房區(qū)域的功能性、可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性，要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和比對(duì)分析，設(shè)計(jì)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(jì)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

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