工業(yè)廠房暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)探討

錢剛

上海集成電路研發(fā)中心有限公司 上海 201203

前言

近年來，快速發(fā)展的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)讓我國(guó)的工業(yè)企業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但是，空調(diào)、暖通行業(yè)巨大的能源的消耗量也對(duì)可持續(xù)發(fā)展提出嚴(yán)格的限制。當(dāng)前空調(diào)、暖通等能源的消耗在我國(guó)建筑行業(yè)能源消耗的總量中占據(jù)一半以上，由于研發(fā)再生能源的力度不夠，綠色環(huán)保活動(dòng)開展的不夠深入，致使我國(guó)在能源供應(yīng)方面存在著間斷的、短缺的現(xiàn)實(shí)性危機(jī)。怎樣有效地提高工業(yè)廠房能源的使用率成為當(dāng)前工業(yè)企業(yè)所面臨的一個(gè)重要問題。

1 根據(jù)廠房的實(shí)際情況，合理地進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算

工業(yè)廠房和民用建筑不一樣，工業(yè)廠房的制冷和采暖負(fù)荷計(jì)算比較復(fù)雜，我們應(yīng)該按照相關(guān)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范來確定出設(shè)計(jì)溫度的范圍。一般來說，工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的溫度范圍應(yīng)該控制在12～15℃間。采暖的溫度可以設(shè)計(jì)在14～16℃之間。在設(shè)計(jì)廠房空調(diào)的溫度時(shí)則可以設(shè)計(jì)在26℃到27℃之間。據(jù)此，我們可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)的溫度差其實(shí)不大，但有的設(shè)計(jì)者卻誤以為工業(yè)廠房的建筑冷暖負(fù)荷的變化是有限的，因此在計(jì)算暖通空調(diào)負(fù)荷時(shí)和一般的民用住宅沒有顯著的區(qū)別，這種論斷是不合理、不科學(xué)的。其實(shí)，類別不同的工業(yè)廠房或是車間，其負(fù)荷的組成或是大小可以是千變?nèi)f化的。有的廠房其新風(fēng)負(fù)荷能夠占總負(fù)荷的一半多，有的廠房則需要常年進(jìn)行熱加工方面的處理，另外還有的廠房因?yàn)閮?nèi)部的勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，員工的分布比較密集，從而發(fā)熱能量持續(xù)上升，所以導(dǎo)致空調(diào)冷、濕負(fù)荷的比例一直都很高。據(jù)此可以看出，依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)的負(fù)荷計(jì)算，并且合理控制廠房的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的溫度，這樣才能減排、高效、節(jié)能的生產(chǎn)，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求[1]。

2 根據(jù)廠區(qū)的分布情況，合理的選擇暖通空調(diào)冷熱源形式

工業(yè)廠房暖通空調(diào)冷熱源的調(diào)配，應(yīng)該結(jié)合能源的供給情況及廠房分布情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果工業(yè)廠房的供熱源主要采取蒸汽熱源，那么熱源媒介也應(yīng)是蒸汽，這樣主要是為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能，并且保護(hù)自然環(huán)境；而如果工業(yè)廠房中，暖通空調(diào)供熱源為暖熱源，其熱源媒介應(yīng)該是經(jīng)過高溫加熱后的水。一般情況下，采暖系統(tǒng)應(yīng)盡可能避免使用電能轉(zhuǎn)化為熱能的形式，因此采取電能供熱，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生巨大的成本。如果工業(yè)廠房在暖通空調(diào)熱源上既沒有充足的熱水源，又沒有蒸汽熱源，那么可以使用燃?xì)廨椛涔岬姆绞?，這種熱源供給方式不但成本低，而且經(jīng)濟(jì)高效，但是在使用這種供熱方式，應(yīng)該做好必要的安全措施，尤其是放置廠房出現(xiàn)明火。同時(shí)，在廠房冷源的供應(yīng)上，也應(yīng)該根據(jù)廠房實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到成本低以及能源利用率高等效果[2]。

3 節(jié)能減排，為廠房大門科學(xué)設(shè)計(jì)空氣幕裝置

我們都知道，大部分廠房為了方便生產(chǎn)管理，其大門一直保持開放狀態(tài)，從而導(dǎo)致大量的冷風(fēng)侵入廠房?jī)?nèi)，這樣不僅大幅提高了冷負(fù)荷比例，還會(huì)破壞掉廠房?jī)?nèi)部的熱源，特別是在東北等比較寒冷的地區(qū)，更能凸顯出廠房?jī)?nèi)部熱源被破壞的現(xiàn)象。為降低廠房?jī)?nèi)部熱能的流失，我們?cè)诖箝T上面合理的設(shè)計(jì)空氣幕，以有效解決這一問題。然而，在實(shí)際的考察過程中，我們經(jīng)?？吹綇S房大門的空氣幕直接串聯(lián)在了暖氣片上，該做法很明顯是設(shè)計(jì)人員圖省事，沒有按照暖通與空調(diào)的相關(guān)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)理念有違合理性、科學(xué)性。其正確的設(shè)計(jì)方法是，如果廠房出口比較高，為了將風(fēng)口控制在廠房大門的兩側(cè)，則應(yīng)在大門上方設(shè)計(jì)裝配式的熱空氣幕;如果廠房屬于中等規(guī)模，則在大門上面設(shè)計(jì)貫流模式的空氣幕，通過上方熱空氣幕吹送熱風(fēng)進(jìn)而形成一道熱風(fēng)幕屏障，從而有效的阻礙了外部冷空氣的入侵，使廠房?jī)?nèi)部的溫度一直處于合理范圍之間。另外，在選擇廠房大門熱空氣幕的熱源類型時(shí)，通常不使用電能加熱，多采用蒸汽供熱模式和熱水供給模式，其原因是廠房大門有大量冷風(fēng)負(fù)荷侵入，如果使用電能熱源，會(huì)大幅提高工業(yè)廠房的供應(yīng)成本，而且既不經(jīng)濟(jì)，也不節(jié)能[3]。

4 合理制定工業(yè)廠房暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)方式

在工業(yè)廠房暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)該結(jié)合廠房實(shí)際情況，選擇合適的節(jié)能設(shè)計(jì)方式，并且在設(shè)計(jì)形式上，也應(yīng)該打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的禁錮，應(yīng)切合實(shí)際進(jìn)行積極的設(shè)計(jì)創(chuàng)新。

4.1 廠房車間通風(fēng)設(shè)計(jì)

為了保證工業(yè)廠房?jī)?nèi)部的空氣流通，需要在廠房中進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)，在廠房通風(fēng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該結(jié)合廠房的生產(chǎn)類別、工種類別以及廠房的布置方式進(jìn)行合理的節(jié)能設(shè)計(jì)，不應(yīng)以以往單一形式的開窗通風(fēng)為主體，而是采取多樣化的通風(fēng)形式。比如對(duì)于同一工種的車間，在通風(fēng)設(shè)計(jì)上，可以采取全室通風(fēng)的方式，而對(duì)于工種不同的車間，則可以根據(jù)局部工種制造的污染物含量以及散熱需求，做一些適當(dāng)?shù)某龎m以及排風(fēng)處理。在散熱需求較低的廠房，根據(jù)暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的需求，可以將屋頂作為散熱，借助熱源上升的作用，使熱源無須排熱機(jī)械就能夠自行排出，減少機(jī)械本身耗能。然而如果車間的排熱量大、廠房面積達(dá)以及通風(fēng)需求高，不建議使用自然排熱的方式，而是應(yīng)借助相應(yīng)的排熱及通風(fēng)機(jī)械來滿足廠房除塵、散熱的需求。

4.2 合理配置工業(yè)廠房散熱器

在選擇散熱器時(shí)，我們應(yīng)遵循合理、經(jīng)濟(jì)的原則。鋼制翅片散熱器帶熱面積較大，適用于負(fù)荷比例較大的廠房，假如該散熱器還是不能滿足廠房的熱量需求，可以再增加一臺(tái)暖風(fēng)機(jī)，以補(bǔ)充熱能，使廠房達(dá)到負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。鋼制翅片散熱器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如果使用在的廠房車間含有大量的粉塵，那么粉塵很容易藏積在散熱器中，從而在一定程度上破壞了其散熱效能，所以，為了使熱量供應(yīng)滿足高效、節(jié)能的要求，可以用鋼柱式散熱器來代替。另外，對(duì)于化工廠房存在的腐蝕現(xiàn)象，我們則可科學(xué)的選擇耐腐抗蝕的散熱器滿足不同的用熱需求。一般來講，工業(yè)廠房車間的占地面積與立體空間均較大，因此選擇全廠房加熱的方式顯然是不科學(xué)的，這樣會(huì)產(chǎn)生較大的能源消耗。所以，如果條件許可的話，可使用地板輻射或區(qū)域輻射的采暖方式，設(shè)計(jì)比較寒冷的區(qū)域，但是，這種方式只適合于地面結(jié)構(gòu)荷載量較低的輕工業(yè)廠房采暖系統(tǒng)[4]。

5 其他應(yīng)注意的問題

5.1 通風(fēng)管道的布置

在重工業(yè)的車間內(nèi)，一般會(huì)布置有鐵軌，供火車和軌道小車使用；柱子上面也會(huì)有牛腿，上面布置軌道，供門式吊車使用。這就對(duì)我們布置采暖管道和風(fēng)管提出了新的要求。有鐵軌的地方一般很難布置暖溝，管道架空敷設(shè)時(shí)，應(yīng)于多個(gè)專業(yè)相配合，與壓縮空氣管道，電氣橋架，乙炔管道等保持合適的間距，諧調(diào)布置。管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不光是要考慮到車間內(nèi)的氣流組織，同時(shí)要注意了解車間內(nèi)的可動(dòng)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作范圍和生產(chǎn)流程，避免出現(xiàn)管道布置的位置與吊車或滑軌等工藝裝置的沖突。車間內(nèi)的空調(diào)設(shè)計(jì)更為靈活。除了設(shè)置風(fēng)管機(jī)，靠風(fēng)管送風(fēng)外；當(dāng)廠房?jī)?nèi)由于橋式起重機(jī)等設(shè)備的存在或由于生產(chǎn)工藝的要求，限制了風(fēng)管的布置時(shí)，可以選用屋頂式高大空間通風(fēng)單元空調(diào)或大空間區(qū)域空調(diào)機(jī)，這種空調(diào)形式，免去了風(fēng)管的布置，既可以將機(jī)組布置在屋頂，也可以將機(jī)組布置在側(cè)墻上，設(shè)計(jì)更為靈活。

5.2 熱加工車間的隔熱設(shè)計(jì)

有熱加工工種存在的車間內(nèi)，不光是考慮以上提到的一般性內(nèi)容，還有一項(xiàng)隔熱設(shè)計(jì)。一些車間內(nèi)工作區(qū)域內(nèi)溫度過高，需要為工人提供相應(yīng)的隔熱防護(hù)措施，防止工人中暑或燙傷。同時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)有供工人降溫休息的區(qū)域性小房間。

5.3 有些車間是有防爆要求的，需要特別引起注意，這是一個(gè)重要的安全問題

此類車間內(nèi)的電氣設(shè)備，包括空氣幕、排風(fēng)機(jī)、暖風(fēng)機(jī)，空調(diào)機(jī)等均應(yīng)選擇防爆型的。除此之外，車間內(nèi)的風(fēng)管上的風(fēng)閥選擇也要注意，如果風(fēng)管內(nèi)傳輸可能爆炸的氣體，就要選用開啟、關(guān)閉不會(huì)由于碰撞而出現(xiàn)火花的風(fēng)閥。

5.4 潔凈通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)

對(duì)于有潔凈度要求的廠房，要設(shè)計(jì)潔凈通風(fēng)空調(diào)。設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格遵守工藝的潔凈度等級(jí)要求，來設(shè)計(jì)系統(tǒng)方式。潔凈空調(diào)的設(shè)計(jì)有幾個(gè)需要注意的地方。①確定是否為單向氣流。②選擇合適的氣流方向，是水平氣流還是垂直氣流。③選擇合適的空氣過濾器，除了初效過濾器，中效過濾器外，高效過濾器的選擇也尤為重要。此外過濾器的阻力損失，和使用壽命，也是關(guān)鍵的參數(shù)。④潔凈空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的，吹淋室、傳遞窗是容易被設(shè)計(jì)者忽視的地方。⑤潔凈空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)區(qū)域的壓差的設(shè)定是整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)作的關(guān)鍵[5]。

6 結(jié)束語

本文主要分析了工業(yè)廠房的暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)，同時(shí)，結(jié)和廠房的實(shí)際情況，提出了有效措施，解決工業(yè)廠房建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中存在的問題。另外，在選擇工業(yè)廠房暖通空調(diào)的方式，以及暖通空調(diào)的冷熱源形式時(shí)，應(yīng)根據(jù)國(guó)家相關(guān)條例的規(guī)定，同時(shí)綜合考慮廠區(qū)的分布情況，合理計(jì)算負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)廠房的暖通節(jié)能方面的設(shè)計(jì)節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、高效的目的。