高大廠房恒溫空調(diào)方案探索及分析

摘要：隨著國家工業(yè)化程度的快速發(fā)展、提升，對于廠房的設(shè)計(jì)、建設(shè)提出了更高的要求，特別是生產(chǎn)高端大型精密加工件需求高大廠房的恒溫環(huán)境，對空調(diào)安裝技術(shù)方案高。結(jié)合實(shí)際工程，介紹了為高大空間廠房恒溫中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，就一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)、節(jié)能性進(jìn)行了探討、提出一些建議。

Abstract： With the rapid development and improvement of the country's industrialization degree， higher requirements are put forward for the design and construction of the factory， especially for the constant temperature environment with high space for the production of high-end large-scale precision machining parts， and the high technical scheme for air-conditioning installation. Combined with practical engineering， the paper introduces the design scheme of constant temperature central air conditioning system for large space workshop， discusses some design points and energy saving， and puts forward some suggestions.

關(guān)鍵詞：高大廠房;恒溫;節(jié)能

Key words： high ceiling industrial plant;constant temperature;energy saving

中圖分類號：TU831.3?????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1006-4311（2020）28-0151-02

0? 引言

人類自第一臺空調(diào)問世后，便不再飽受冬冷夏熱之苦。然后空調(diào)的出現(xiàn)也帶來了一系列問題，如溫室效應(yīng)、大氣臭氧層破壞、空調(diào)病等。20世紀(jì)70年代，隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)，人類開始認(rèn)識到節(jié)能的重要性。而當(dāng)今發(fā)達(dá)國家中，20～30%的能源都用在了空調(diào)系統(tǒng)上，因而節(jié)能呼聲越來越高。從此節(jié)能，特別是節(jié)約能耗，已經(jīng)成為了人類必須解決的一個(gè)新課題。

隨著我國制造業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代化廠房拔地而起，這些廠房也是有了更好的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的硬件要求。共享集團(tuán)作為制造業(yè)基礎(chǔ)鑄造行業(yè)的領(lǐng)頭羊，正處于引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)步的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型升級過程，追求高端制造、綠色鑄造，公司力推的3D打印技術(shù)的新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，變革以應(yīng)對鑄造業(yè)的環(huán)境、勞動(dòng)強(qiáng)度等負(fù)面效應(yīng)。比如大型高端鑄件的精密加工，其廠房具有高、大的屬性，但是對環(huán)境溫度卻要求特定的恒溫，給跨度大、空間高的大型工廠確保恒溫帶來極大的挑戰(zhàn)。

1? 工程概況

高大空間廠房的出現(xiàn)，使高大空間空調(diào)技術(shù)應(yīng)用成為一種客觀的需求。高大空間空調(diào)技術(shù)應(yīng)用的基本原則是，制冷時(shí)冷風(fēng)只送到工作區(qū)，此外利用室外空氣或回風(fēng)分隔形成上不非空調(diào)空間或用于消防排煙，制熱時(shí)，送風(fēng)溫差宜小，且應(yīng)送到工作區(qū)。有條件時(shí)與輻射供熱相結(jié)合。采取這些措施，空調(diào)負(fù)荷可以減少30～40%。所以搞到空間廠房空調(diào)控制技術(shù)包括噴口送風(fēng)、分層空調(diào)、下部送風(fēng)、置換通風(fēng)等等。其中利用噴口送風(fēng)方式能充分發(fā)揮可感氣流的熱舒適效應(yīng)，能夠有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能與恒溫控制的統(tǒng)一，具有射程遠(yuǎn)、系統(tǒng)簡單和投資金額少的特點(diǎn)。

有恒溫要求的大空間工業(yè)廠房，需要采用中央空調(diào)系統(tǒng)。面積在1000m2以下，或者高度在6m以下，易通過中央空調(diào)直接實(shí)現(xiàn)恒溫（t±2℃）。而實(shí)現(xiàn)跨度大、空間高的廠房的恒溫存在諸多困難，或者采用全空間空調(diào)產(chǎn)生巨大的運(yùn)行能耗，造成能源浪費(fèi)。從節(jié)約能源與便于系統(tǒng)布置等考慮，高大廠房更適宜采用分層空調(diào)方式。

本次工程位于寧夏銀川，為數(shù)字化精密加工工廠，廠房長90.78m，寬33.78m，總面積3066.55m2，總建筑面積高14.5m，廠房整體屬于高大空間廠房，而溫度要求t±2℃，直接采用中央空調(diào)調(diào)控具有諸多困難，比如跨度大送風(fēng)難、空間高引起對流強(qiáng)且送風(fēng)不均勻，水平和垂直方向都實(shí)現(xiàn)相對恒溫的問題。而且要求連續(xù)24小時(shí)恒溫，使主機(jī)方案、系統(tǒng)方案、送風(fēng)方式、控制方案都面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。調(diào)研了國內(nèi)多家同類型高大廠房企業(yè)，沒有找到在類似規(guī)模的工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒溫中央空調(diào)的先例，并咨詢國內(nèi)高資質(zhì)的專業(yè)設(shè)計(jì)院，也因?yàn)閷?shí)現(xiàn)難度太大而謝絕合作。

2? 工程方案

工程目標(biāo)：通過案例調(diào)研和理論論證，方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施和驗(yàn)證。經(jīng)過大量的調(diào)研、論證，針對實(shí)現(xiàn)跨度大、空間高的廠房恒溫，提出一套正對性的恒溫中央空調(diào)方案，實(shí)現(xiàn)整個(gè)廠房的恒溫（設(shè)t±2℃），并具有以下特點(diǎn)：

2.1 送風(fēng)方式

工廠高度14.5m，故采用多層送風(fēng)。通過射流柜機(jī)分兩路送風(fēng)，其中一路送至6m高度，由射流風(fēng)口水平方向高速送出，在工廠6m高處形成一層風(fēng)幕，將空間分為上下兩層，6m以下為空調(diào)空間。通過這種創(chuàng)新的方式，既給操作區(qū)實(shí)現(xiàn)恒溫空氣調(diào)節(jié)創(chuàng)造了條件，也因此減少空氣調(diào)節(jié)范圍而大大節(jié)約能源;另一路送風(fēng)由射流柜機(jī)前側(cè)的射流風(fēng)口相對低速送風(fēng)至6m以下的操作區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)對操作區(qū)域的恒溫空氣調(diào)節(jié)。

2.2 空調(diào)柜機(jī)的選型設(shè)計(jì)要求

①可調(diào)節(jié)分層、遠(yuǎn)距離均勻送風(fēng);

②可根據(jù)需要智能調(diào)節(jié)熱媒流量、送風(fēng)溫度;每臺柜機(jī)既能與系統(tǒng)連鎖運(yùn)行，又能獨(dú)立運(yùn)行;

③具備在制冷模式、制熱模式、過渡模式過程中保持恒溫送風(fēng)的能力;

④在系統(tǒng)切換過程中確保溫度精確控制，避免因冷熱模式切換帶來能耗或耽擱時(shí)間，采用柜機(jī)電輔助加熱，更能確保室內(nèi)溫度恒溫控制。

2.3 主機(jī)選擇

選用風(fēng)冷熱泵，具備以下功能：具有晝夜交替時(shí)使制冷制熱功能自由切換功能，比如五月份，室外溫度最高30℃，夜間最低10℃，晝夜溫差最大達(dá)20℃，這就需要白天制冷，而晚上制熱，才能保證室內(nèi)溫度恒溫。另外需要滿足季節(jié)性切換。

2.4 智能控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用PLC控制，可全年全天24小時(shí)無人智能控制，可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)、信號本地＼遠(yuǎn)程監(jiān)控，科實(shí)現(xiàn)本地＼遠(yuǎn)程啟停和調(diào)節(jié)。

3? 取得的成果與創(chuàng)新點(diǎn)

為數(shù)字化精密加工工廠實(shí)現(xiàn)恒溫環(huán)境，取得的成果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①實(shí)現(xiàn)了大跨度（長90.78m，寬33.78m）、高空間（高14.5m）廠房的恒溫空調(diào)。最常見的恒溫中央空調(diào)是在頂部均勻布置送風(fēng)口向下送風(fēng)，也有采用側(cè)面送風(fēng)，經(jīng)風(fēng)口將風(fēng)均勻送至工作區(qū)域，這要求風(fēng)口距地面的高度低于5m，廠房跨度小于10m，方可實(shí)現(xiàn)恒溫控制，廠房高度高于5m跨度大于10m使其恒溫效果會(huì)大大降低，且運(yùn)行能耗也會(huì)劇增。通過本次工程的實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了大跨度、高空間廠房的恒溫空調(diào)。

②創(chuàng)新的送風(fēng)方式——分層均勻送分（復(fù)合送風(fēng)）：提高送風(fēng)距離，實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)，降低能耗。通過射流柜機(jī)分兩路送風(fēng)，其中一路送至6m高度，由射流風(fēng)口水平方向高速送出，在工廠6m高處形成一層風(fēng)幕，將空間分為上下兩層，上層起風(fēng)幕隔離作用，將工作區(qū)與非工作區(qū)隔離，使冷量或者熱量主要集中在工作區(qū)發(fā)揮作用;下層通過射流分口高速向工作區(qū)均勻送風(fēng)，從而達(dá)到傳遞冷量（熱量）的作用。

③恒溫：通過送風(fēng)方式的巧妙設(shè)計(jì)、射流柜機(jī)具備恒溫調(diào)節(jié)、冷（熱）媒體無極變頻調(diào)節(jié)、主機(jī)冷熱負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)和冷（熱）模式智能控制等多環(huán)節(jié)智能控制，最終實(shí)現(xiàn)工作區(qū)域水平方向和垂直方向的恒溫控制（設(shè)定溫度t±2℃）。

④智能控制：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人智能啟動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、開機(jī)狀態(tài)、閥門狀態(tài)、頻率等信息的自動(dòng)提取、計(jì)算分析，反饋?zhàn)钥販囟瓤刂?、流量控制、制冷＼制熱模式切換、空調(diào)主機(jī)制冷制熱量按需智能控制等。另外該系統(tǒng)可擁有本體手動(dòng)＼自動(dòng)切換和本體＼遠(yuǎn)程自動(dòng)控制功能。

⑤節(jié)能：主機(jī)采用可分級智能控制模塊機(jī)組，將主機(jī)系統(tǒng)分成小組成部分，采用智能分配控制運(yùn)行，使主機(jī)系統(tǒng)按需制取冷量（熱量）;系統(tǒng)冷媒、熱媒采用無極變頻控制運(yùn)行，大大降低運(yùn)行能耗;制冷機(jī)采用R410A環(huán)保型制冷劑;主機(jī)采用風(fēng)冷模塊熱泵，相對水冷或者燃料空調(diào)更具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢;冬季供熱時(shí)系統(tǒng)切換到市政集中熱水給系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)溫度、流量，減少熱量浪費(fèi);空調(diào)送風(fēng)采用分層送風(fēng)，將低層操作區(qū)域和高層非操作區(qū)域用風(fēng)幕隔離，冷熱量主要在操作區(qū)域發(fā)揮作用，直接降低了空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。

4? 取得的效益及運(yùn)行情況

①直接經(jīng)濟(jì)效益：相對傳統(tǒng)中央空調(diào)方案，采用本次創(chuàng)新的空調(diào)機(jī)組方案能耗降低20%，節(jié)約年運(yùn)行成本成本約16萬元。

②間接效益：屬國內(nèi)在大跨度、層高較高的工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒溫中央空調(diào)的首創(chuàng)成功案例，為公司大型鑄件精密加工創(chuàng)造恒溫條件，為企業(yè)提高競爭力創(chuàng)造有利條件。

③運(yùn)行狀況：該中央空調(diào)系統(tǒng)投運(yùn)2年，系統(tǒng)零故障、顧客零投訴，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

高大廠房應(yīng)用這種分層空調(diào)控制技術(shù)具有顯著的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益，將得到普遍認(rèn)同。伴隨著現(xiàn)代化大工業(yè)的蓬勃發(fā)展，高大廠房也會(huì)越來越多，并且對溫度控制提出嚴(yán)格要求，分層空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用將擁有一個(gè)廣闊的用武之地。

借助本次案例，對典型高大廠房分層空調(diào)應(yīng)用中空氣流動(dòng)特性以及不同季節(jié)溫度工況下，得出了一些工作區(qū)溫度控制的有效措施，獲得了對一些高大廠房分層空調(diào)技術(shù)應(yīng)用具有指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

5? 存在的問題

①為了確?？照{(diào)將冷（熱）量送至跨度最遠(yuǎn)的區(qū)域，必須考慮風(fēng)速較高，使得噪音較高，舒適性降低，以后的方案設(shè)計(jì)適當(dāng)考慮降低風(fēng)速（噪音）。

②廠房大門未設(shè)置門斗，開啟后冷熱空氣的流通會(huì)干燒廠房內(nèi)的溫度場，以后的方案應(yīng)設(shè)計(jì)門斗，以減少廠房內(nèi)溫度場的干擾。

③投資較大：為提高控制系統(tǒng)的可靠性，每一臺柜機(jī)均配PLC控制系統(tǒng);現(xiàn)場生產(chǎn)要求保持24小時(shí)恒溫，考慮到極端天氣和系統(tǒng)異常狀況，為系統(tǒng)配置考慮的富余量為20%，這部分也增加了投資成本。類似的方案設(shè)計(jì)中可以根據(jù)行業(yè)屬性和生產(chǎn)狀況，可考慮在這兩個(gè)方面降低投資。

6? 結(jié)束語

據(jù)我們前期調(diào)查及后期方案實(shí)施及運(yùn)行狀況分析，該恒溫中央空調(diào)方案是一個(gè)非常典型和成功中央空調(diào)方案，適用于大跨度、高空間廠房的恒溫控制，是我們根據(jù)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化和企業(yè)生產(chǎn)要求而設(shè)計(jì)的獨(dú)具特色的中央空調(diào)系統(tǒng)，可以在以后的同類型的智能化工廠中推廣應(yīng)用，具有非常廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]張華玲，付祥釗，馬曉雯.地下高大廠房空調(diào)送風(fēng)的數(shù)值模擬[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（09）.

[2]么淑倩，韓建芳，王衡.大空間建筑模型上送風(fēng)空調(diào)數(shù)值模擬[J].山西建筑，2005（13）.

[3]趙國慶.大空間建筑空調(diào)設(shè)計(jì)概述[J].低溫與特氣，2007（05）.

作者簡介：邵亮峰（1976-），男，寧夏銀川人，高級工程師，畢業(yè)于西安工程大學(xué)，建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)，主要從事企業(yè)環(huán)境、能源和設(shè)備的管理、技術(shù)改造及研究工作。