某無塵室車間空調(diào)系統(tǒng)改造

周 天

（上海高得設備安裝工程有限公司，上海 2003310）

0 引言

隨著精密儀器加工、精細化工等行業(yè)的興起，生產(chǎn)車間對于廠房的潔凈度要求也提出了更高的標準，通常采用具有MAU（Make-up Air Unit，全新風機組）、DCC（Dry Cooling Coil，干式冷卻管盤）、FCU（File Control Unit，風機管盤）等空調(diào)子系統(tǒng)配合PLC（Programmable Logic Controller，邏輯控制電路）共同組建成全自動空調(diào)系統(tǒng)，用以保證高精度操作區(qū)域對低精度區(qū)域的壓差，并保持整體車間的溫濕度和潔凈度水平，最終提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。

由此觀之，對于舊有空調(diào)系統(tǒng)改造項目，需要針對原建筑結構的空間布局、原有消防系統(tǒng)/暖通系統(tǒng)的運行工況進行現(xiàn)場勘察，通過深化設計后確保實施方案的可行性。

1 原有空調(diào)系統(tǒng)介紹

本項目對原有建筑面積4500 平方米的無塵室廠房空調(diào)系統(tǒng)進行改造，該建筑中已經(jīng)具備了隔墻、吊頂、高架地板、空調(diào)風管等舊有設備，需要根據(jù)新的生產(chǎn)需求和標準規(guī)劃進行升級改造。針對原空調(diào)系統(tǒng)的改造內(nèi)容包括：無塵室車間隔墻移位，吊頂清潔、高架地板翻新，暖通空調(diào)改造、空調(diào)冷凍水改造，低壓配電改造，消防改造，新增生產(chǎn)設備配電、冷卻水管道、純水管道、壓縮空氣、排氣及廢氣處理系統(tǒng)等工作。

廠房的生產(chǎn)要求為千級無塵室，對空氣中的微粒、氣氛和其他污染物具有一定的要求，對室內(nèi)溫度、潔凈度、壓差、氣流分布等也需要按照生產(chǎn)精度進行區(qū)域劃分，原有的空調(diào)系統(tǒng)中部分配件（如吸頂式高效過濾風口）能夠達到相關要求，但仍然需要考慮到建筑布局、型號擴展性、維修便利性和自動化控制系統(tǒng)的引入等因素進行相應的改造升級，同時還要兼顧廠房未來的生產(chǎn)工藝，針對預期會產(chǎn)生的有毒有害污染氣體及余熱氣體增添處理和排放系統(tǒng)，滿足企業(yè)生產(chǎn)的功能性和環(huán)保性。

2 存在問題分析

本項目中的改造原因及最大的改造難點在于建筑物平面規(guī)劃和空間結構的改變，即原有的潔凈室廠房為整體的，現(xiàn)有的廠房由于房東的出租需求，建筑空間被劃分為兩部分，一部分為廠房出租所用，一部分為房東自用廠房，因此衍生出一系列針對消防防火、排煙、報警、淋水系統(tǒng)的分離改動以及空調(diào)機組通風管道的分離、更換和升級任務。

第二個難點在于對原有停產(chǎn)的空調(diào)機組配件的升級，需要在定制方案和替換方案中充分考慮到成本控制優(yōu)化、空調(diào)機組實施效果、施工工期優(yōu)化以及后期運營維護等諸多因素，確立最佳的方案。

第三個難點在于需要考慮后續(xù)生產(chǎn)過程中的設備溫度控制，搭建合理的設備降溫方案，確保生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)效率以及增設系統(tǒng)的成本和自動化控制方案。

第四個難點在于生產(chǎn)工藝會產(chǎn)生一部分余熱氣體、有機物氣體和酸堿氣體，對潔凈室的生產(chǎn)環(huán)境、操作人員的健康帶來隱患，需要增添氣氛處理系統(tǒng)進行及時消除。

綜上所述，該方案的實施主要受制于潔凈室建筑結構、配件升級、自動化升級和氣氛處理等因素，需要進行現(xiàn)場勘測和深化設計來制定適應性的調(diào)整方案。

3 空調(diào)冷源系統(tǒng)改造

空調(diào)冷源系統(tǒng)是水冷空調(diào)的核心構件，通常包含水塔、水泵、制冷主機、水冷管道等設備，原有的空調(diào)冷源系統(tǒng)中空調(diào)冷凍水總管可以直接沿用，但需要設計獨立的自動化控制設備來調(diào)控潔凈室的溫濕度、潔凈度和壓差等數(shù)據(jù)[1]。

在空調(diào)冷源系統(tǒng)的自動化改造方面，本案采用PLC 邏輯控制電路作為自動控制單元，實現(xiàn)對冷水機組、冷凍水泵、冷卻水塔、冷凍水/冷卻水旁通閥（壓差旁通、溫度旁通）等子系統(tǒng)的工作狀態(tài)控制。

空調(diào)冷源系統(tǒng)的PLC 采用西門子S7-1200 的CPU，搭配DO、DI、AO、AI 等擴展模塊，采用RS485 進行通訊，設置的檢測傳感器包括RH350 室外溫濕度傳感器、QAE2120.015 水管溫度傳感器、QBE2003-P16 水管壓力傳感器以及房間內(nèi)的溫濕度、壓差傳感器等。

空調(diào)冷源系統(tǒng)的自動化控制工作流程為：溫度、濕度、壓力傳感器采集潔凈室內(nèi)的溫濕度、壓差以及室外的溫濕度等模擬信號，轉化為電信號通過數(shù)據(jù)線路傳遞至PLC 控制中心進行判斷，PLC 采用PID 算法(Proportion Integral Differential，比例積分微分控制器)進行對比。當傳感器檢測值超過設定值時，PLC 讀取水管溫度、壓力信號，并通過控制線路發(fā)出控制信號，利用繼電器、電磁閥等終端控制設備實現(xiàn)對水泵機組的控制，并將整個控制流程反映于上位計算機上，操作人員可以根據(jù)當前的需求和設備狀態(tài)進行手動干預。這種冷源系統(tǒng)自動控制方案操作簡單，便于降低空調(diào)冷源系統(tǒng)的能耗需求，實現(xiàn)經(jīng)濟效益。

該PLC 水控部分不僅可以應用于空調(diào)的冷源系統(tǒng)處理，還可以滿足生產(chǎn)設備的冷卻需求。由于生產(chǎn)設備要求進水溫度適中，不宜過冷或過熱。本案中利用空調(diào)冷源系統(tǒng)中現(xiàn)有的7℃冷凍水，經(jīng)過板式換熱器來實現(xiàn)對生產(chǎn)設備的降溫。PLC控制的板式換熱方案的優(yōu)點在于：PLC 自動控制可以實現(xiàn)板式換熱器的進出水流量控制，從而準確調(diào)節(jié)進入設備內(nèi)的水溫，因此不需要額外獨立增加冷凍機，節(jié)省成本；其次，由于生產(chǎn)設備對進水質(zhì)量的要求較高，采用板式換熱器，可以避免冷凍水與生產(chǎn)設備發(fā)生直接接觸，降低生產(chǎn)設備被污染的可能性，繼而保證了設備和進水口過濾器的使用壽命[2]。

4 空氣處理機組改造

在空氣處理機組的改造方面，需要根據(jù)建筑分區(qū)將現(xiàn)有的循環(huán)空調(diào)機組切分成兩半并進行調(diào)整，以達到房間凈化要求。鑒于現(xiàn)有新風空調(diào)機組并不能同時滿足兩個廠房的要求，需要增設一臺新風機組并切斷其與原有新風管道的聯(lián)系。

綜上所述，空氣處理機組的改造主要包括四個方面：

4.1 現(xiàn)有循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)的檢修與維護：

現(xiàn)有循環(huán)空調(diào)機組進行切分以后，需要對其進行通電檢修、風機檢修和現(xiàn)有冷凍水管路檢修，共計7 臺。同時考慮到節(jié)能減排和自動化控制的需求，需要對現(xiàn)有循環(huán)空調(diào)機組增設變頻設備并裝配支架，共計增加9 件變頻器，變頻規(guī)格從7.5 kW - 37 kW。同時對現(xiàn)有循環(huán)空調(diào)箱內(nèi)的初效和中效進行更換，分別替換為G4 板式和F8 袋式，共計7 件。

4.2 新增新風空調(diào)箱：

為滿足潔凈室的生產(chǎn)需求，需要在原有機組上新增新風空調(diào)箱系統(tǒng)，主要包括兩臺雙風機新風空調(diào)主機，切斷與原有新風管道的聯(lián)系。主機規(guī)格分別為I.號風量32000CMH，冷量550KW，熱量400KW,高壓微霧加濕233kg/h；II 號.風量12000CMH，冷量210KW，熱量100KW,高壓微霧加濕100kg/h。同時配套一組熱泵熱水機組，滿足供水溫度>=45℃，能效比>3.45，總熱量>504KW 的熱水供應需求。除此之外還要增設配套的水系統(tǒng)，2 臺15kW 和11kW 的變頻器，機組配電箱等電氣設備以維持新增新風空調(diào)的電氣需求。

4.3 風機過濾器：

本項目在千級無塵室區(qū)域內(nèi)另需建造一間百級無塵室，設計規(guī)范要求采用風機過濾器（Fan Filter Unit，F(xiàn)FU）通過從吸入頂部空氣并過濾達到置換空氣，調(diào)節(jié)潔凈室中百級潔凈度的需求。本次改造新增了64 臺高效過濾器和匹配的群控器，通過模塊化連接使用，并與PLC 自動控制單元匹配，實現(xiàn)對潔凈度的控制調(diào)節(jié)。

4.4 風管系統(tǒng)：

風管系統(tǒng)是空氣處理系統(tǒng)的傳輸通道，本案中需要對原有的風管進行部分拆除，并增添新購置的標準風管。風管系統(tǒng)主要由鍍鋅防腐鐵皮管道，保溫橡塑，送風口，防火閥，手動風量調(diào)節(jié)閥，電動風量調(diào)節(jié)閥和支架等構件組成。

上述四個系統(tǒng)基本囊括了空氣處理機組的改造設備，在實際應用中，本案還針對原有的空氣處理機組在改造方案上進行了深化設計：如針對千級無塵室的設定指標，原有的吸頂式高效過濾風口可以滿足其使用功能并可節(jié)約改造成本，但從長遠看來，由于該款高效風口采用的過濾器的規(guī)格尺寸已經(jīng)停產(chǎn)，定制成本較高且供貨時間較慢，不能滿足后續(xù)的運營維護管理的需求也難以按照現(xiàn)有的市場標準進行拓展。綜合考慮之下，本案將整個高效送風口更換成市場標準型產(chǎn)品。

5 其他改造內(nèi)容

其他改造內(nèi)容還包括防火分區(qū)隔離改造和廢氣處理等部分：

（1）防火分區(qū)隔離改造: 原有設計要求采用200 厚砌塊磚作為防火隔離墻，但實際考察后發(fā)現(xiàn)廠房到屋頂最高點15 米，最低點也有13.5 米，跨度有48 米，且中間沒有支撐點?？紤]到大規(guī)模的磚墻方案不具有可靠性，會衍生出墻體傾覆的安全隱患。經(jīng)深化設計后的方案為：在48 米跨度中間制備三根構造柱，在構造柱的15 米高度中間做四根圈梁，再采用三縱四橫的網(wǎng)格進行砌磚。原有的消防排煙、消防水、消防報警可以直接沿用并根據(jù)新的房間布局進行細節(jié)的調(diào)整。在消防逃生前室增加SF-01和SF-02加壓送風機，流量分別為22000CMH和44000CMH。同時在需要的房間內(nèi)增加消火栓，獨立設置與門衛(wèi)室總控主機匹配的消防報警主機，切斷與另一半廠房消防報警系統(tǒng)的聯(lián)系，便于采用不同的聯(lián)鎖設置。

（2）廢氣處理改造：考慮到生產(chǎn)工藝會產(chǎn)生余熱氣體、有機氣體和酸堿氣體，根據(jù)每臺設備的排氣性質(zhì)，設計了三套廢氣排放系統(tǒng)：

對于余熱氣體，僅需要采用耐高溫的螺旋風管和手動風門以及耐高溫的碳鋼風機對外排放，不對環(huán)境構成威脅，有利于及時調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，防止過熱的生產(chǎn)設備與室內(nèi)氣氛進行長時間的熱交換；

對于含有機物質(zhì)的氣體，采用活性炭吸附方式，通過SUS304 風管先經(jīng)過迷宮式活性碳凈化塔，通過活性炭吸附掉有機物，再經(jīng)由碳鋼檢測平臺檢測合格后通過碳鋼風機排放出達標氣體。同時增加逆止風門和排液系統(tǒng)防止污染；

對于酸堿氣體，我們采用噴淋水洗的方式，即酸堿氣體先經(jīng)過淋洗塔，通過加藥機加入含有特定藥水噴霧與氣體結合，中和掉廢氣中的酸堿成分，利用pH 計測定合格后再由玻璃鋼風機排放出達標氣體。

6 結語

本文基于現(xiàn)有建筑結構和空調(diào)系統(tǒng)進行深化設計，引入了新增的新風系統(tǒng)和PLC 自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對潔凈室的溫濕度、壓差和生產(chǎn)設備的散熱控制；同時針對生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的廢氣進行了分類適應性處理，在滿足改造需求的同時實現(xiàn)了成本優(yōu)化。