淺析工業(yè)廠房暖通空調(diào)設(shè)計(jì)

寧海軍

安徽眾誠工程設(shè)計(jì)有限公司 安徽 合肥 230009

引言

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也讓中國(guó)建筑業(yè)取得了快速的增長(zhǎng)，建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)步增長(zhǎng)，但同時(shí)巨大的能源消費(fèi)量也為其未來的能否可持續(xù)發(fā)展提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。目前暖通空調(diào)能耗占到一半以上，中國(guó)能源消費(fèi)總量浪費(fèi)嚴(yán)重，綠色環(huán)保建設(shè)不深入，浪費(fèi)資源，開展中國(guó)對(duì)能源供應(yīng)的可再生能源的深入研究和發(fā)展的努力面臨著危機(jī)，現(xiàn)實(shí)能源持續(xù)短缺。如何改變目前中國(guó)能源使用效率不高的狀況已成為我們需要面對(duì)的一個(gè)重大問題?；诖四繕?biāo)，作者進(jìn)一步探討了節(jié)能減排理念下工業(yè)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。

1 了解工業(yè)廠房暖通設(shè)計(jì)條件

工業(yè)廠房暖通空調(diào)設(shè)計(jì)要達(dá)到最佳的使用效果，必須是各工種合理分工的效果。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，所有類型的工作都應(yīng)充分協(xié)調(diào)。對(duì)于暖通設(shè)計(jì)人員來說，必須清楚地了解設(shè)計(jì)對(duì)象，才能確定合適的設(shè)計(jì)方案。

首先，工業(yè)廠房的位置包括周邊工業(yè)廠房的供熱、供水、供電管道的敷設(shè)方式和接口點(diǎn)，這些是工業(yè)廠房供熱入口設(shè)計(jì)的客觀條件。其次，防火設(shè)施，包括防火區(qū)和防煙區(qū)的劃分以及防火墻的位置，知道發(fā)生火災(zāi)時(shí)的疏散路線，以便設(shè)計(jì)防煙系統(tǒng)和設(shè)置防火閥。了解窗戶的大小和玻璃的熱工性能，從而確認(rèn)是否符合節(jié)能要求。熟悉周圍環(huán)境。判斷工業(yè)廠房是開著的還是被建筑物包圍著的，以及周圍環(huán)境的背景噪聲，就可以計(jì)算出供熱負(fù)荷時(shí)要考慮的陰影面積。了解是否有比該建筑低的其他工業(yè)廠房的水面、停車場(chǎng)、屋頂?shù)?，以確認(rèn)輻射熱量的多少。觀察是否有鍋爐房、廚房等。工廠周圍，并明確室外進(jìn)風(fēng)口時(shí)的注意事項(xiàng)[1]。第三，工業(yè)廠房的層高效率、層高、總高度應(yīng)確認(rèn)是否屬于高層建筑?，F(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，10層及以上的居住建筑和建筑高度超過24m的其他民用建筑，必須按照《高層民用建筑消防設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1 大型風(fēng)機(jī)未采用變頻控制

有些送排風(fēng)機(jī)沒有配備變頻器。調(diào)試過程中，各風(fēng)口風(fēng)量的調(diào)節(jié)很難平衡。特別是總風(fēng)量附加系數(shù)較大時(shí)，即使各風(fēng)口風(fēng)量和總風(fēng)量都可以調(diào)節(jié)，運(yùn)行一段時(shí)間后也會(huì)造成風(fēng)機(jī)喘振，對(duì)風(fēng)機(jī)或電機(jī)造成損壞。

2.2 噪音問題

有些設(shè)備選型不按室內(nèi)外噪聲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，空調(diào)機(jī)組或一般送風(fēng)、回風(fēng)、排風(fēng)管道不考慮消聲措施。如果管道中的風(fēng)速超過8m/s，必須添加消音器。由于混流風(fēng)扇太吵，盡量不要放在室內(nèi)。如果設(shè)備放置在室外，實(shí)際噪聲會(huì)達(dá)到80dB以上，很難達(dá)到業(yè)主的要求。盡量不要選擇這種類型的風(fēng)扇。如果選擇這種類型的風(fēng)扇，盡量放在室外，出風(fēng)口一定要裝消聲器。風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的風(fēng)機(jī)壓頭過大，使室內(nèi)噪聲超過室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)電動(dòng)風(fēng)閥的選擇

在某些空調(diào)系統(tǒng)中，沒有為電動(dòng)開關(guān)空氣閥配置反饋信號(hào)。在運(yùn)行過程中，如果閥門沒有配置反饋信號(hào)，如果閥體或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有問題，閥門關(guān)閉狀態(tài)沒有輸入集控室，沒有人知道，造成嚴(yán)重后果，風(fēng)扇會(huì)損壞。

2.4 風(fēng)機(jī)壓頭選擇問題

風(fēng)機(jī)壓頭過高或過低是工程中常見的現(xiàn)象。選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，盡量通過水力計(jì)算確定風(fēng)機(jī)的壓頭。如果風(fēng)機(jī)壓頭過高，各風(fēng)口風(fēng)速過高，系統(tǒng)平衡困難。如果風(fēng)扇的壓頭太小，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。如果很難降低管道系統(tǒng)的阻力，只能更換皮帶或風(fēng)扇。所以選擇粉絲一定要慎重。

2.5 通風(fēng)管道及風(fēng)口布置問題

有些項(xiàng)目，管線布置過長(zhǎng)，阻力過大；有些項(xiàng)目室內(nèi)風(fēng)口過多，影響美觀和系統(tǒng)調(diào)試；配電柜上方設(shè)有若干出風(fēng)口，冷凝水滴落在配電柜上；有的項(xiàng)目直接在總送風(fēng)管道上加風(fēng)口，造成風(fēng)口風(fēng)速過大等問題；一些潔凈室的回風(fēng)口太少；因此，布置管道和風(fēng)口時(shí)必須考慮風(fēng)口風(fēng)速，各支管阻力平衡良好，室內(nèi)氣流組織合理。

2.6 供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在一些不合理的地方:①部分供熱系統(tǒng)由一根主立（干）管引入，分成幾個(gè)回路，子回路上沒有閥門，給系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)整和維護(hù)管理帶來不便；②部分暖氣管道布置不合理，難以與建筑行業(yè)協(xié)調(diào)，或者暖氣立管直接立在窗戶上，影響使用，不美觀；或者加熱水平管道鋪設(shè)在通道的地面上，不僅影響行走，也不方便放置物品[2]。

3 暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)新思路

3.1 要合理的選擇熱源系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體工程建筑選擇實(shí)用有效的熱源系統(tǒng)。一般來說，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的主要熱源類型是熱力站、熱泵、直燃式溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組、小型鍋爐、區(qū)域鍋爐房等。從能源利用效率來看，熱電廠效率最高，其次是熱泵技術(shù)。

熱泵利用自然界中大量溫度較低的低品位熱能作為熱源，如空氣、地表水、地?zé)峄蚬S排出的廢水（氣）作為熱源。通過壓縮機(jī)的運(yùn)行，從這些熱源中吸收大量溫度較低的低品位熱能，再將其升溫后傳遞給高溫?zé)嵩?。熱泵根?jù)熱源的不同可分為空氣源（風(fēng)冷）熱泵。目前產(chǎn)品主要有家用熱泵空調(diào)、商用機(jī)組熱泵空調(diào)和熱泵冷熱水機(jī)組。地源熱泵（尤其是土壤型）可節(jié)能30%左右，而直燃式溴化鋰吸收式機(jī)組的供熱效率與燃油或燃?xì)忮仩t相當(dāng)。對(duì)于鍋爐房，大型區(qū)域鍋爐房明顯優(yōu)于小型鍋爐。通過這些科學(xué)分析，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)工程建筑的情況選擇合理可行的熱源系統(tǒng)。由于不同地區(qū)不同建設(shè)項(xiàng)目的需求和條件不同，從設(shè)計(jì)階段就要注意熱源的選擇。

3.2 減少熱媒介輸送過程中能耗

首先，在設(shè)計(jì)要求的材料選擇上，可以針對(duì)管道的保溫節(jié)能，制定保溫效果好的新型保溫材料，比如在設(shè)計(jì)上預(yù)制熱水直埋管道。其次，在容量輸送系統(tǒng)的管理設(shè)計(jì)中，可以選擇計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行供熱系統(tǒng)的綜合水力平衡調(diào)試，采用以平衡閥及其專用智能儀表為核心的管網(wǎng)水力平衡技術(shù)，科學(xué)有效地實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)流量的合理分配和控制，進(jìn)一步提高輸送能量的效率，達(dá)到節(jié)能的效果。最后，在設(shè)計(jì)中考慮了實(shí)際的輸電系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，以保證實(shí)際建設(shè)和使用中的節(jié)能效果?？梢赃x擇效率高、部分負(fù)荷特性好、溫差大、流量低、管道摩擦小、載能介質(zhì)傳輸效率高的動(dòng)力設(shè)備，有效降低傳輸過程中的能耗，從而提高傳輸效率，改善供熱質(zhì)量，節(jié)約能源。

3.3 合理選擇采暖、通風(fēng)與空調(diào)相結(jié)合的節(jié)能系統(tǒng)有效的降低負(fù)荷

根據(jù)具體工程建筑和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的需要，應(yīng)注意系統(tǒng)在朝向、周邊與內(nèi)部的區(qū)別、使用功能等方面的選擇和劃分。同時(shí)，應(yīng)考慮單獨(dú)設(shè)置或分環(huán)設(shè)置，以便于控制、調(diào)整和管理。比如采暖，散熱器要安裝在外墻窗臺(tái)下，散熱器表面涂裝和安裝形式，南北房間系統(tǒng)要環(huán)套。在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不同朝向的內(nèi)外區(qū)系統(tǒng)應(yīng)分開設(shè)置或分環(huán)設(shè)置，或采用多區(qū)新型風(fēng)機(jī)和多區(qū)空調(diào)系統(tǒng)分別向內(nèi)外區(qū)輸送不同的風(fēng)參數(shù)，風(fēng)量可單獨(dú)調(diào)節(jié)和控制，避免了不同區(qū)域過冷或過熱的能量浪費(fèi)。

4 根據(jù)工廠實(shí)際情況，合理計(jì)算負(fù)荷

與一般民用建筑相比，工業(yè)建筑冷熱負(fù)荷的計(jì)算更為復(fù)雜。根據(jù)相關(guān)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范，確定合理的設(shè)計(jì)溫度范圍。一般來說，工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)溫度范圍應(yīng)控制在22～26°之間。室內(nèi)采暖設(shè)計(jì)溫度可在18～22°。特殊要求時(shí)，室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)溫度可控制在30°左右。通過以上的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不難發(fā)現(xiàn)，溫差的設(shè)計(jì)價(jià)值不大，有些設(shè)計(jì)師會(huì)誤認(rèn)為工業(yè)建筑類負(fù)荷的變化是有限的，所以暖通空調(diào)負(fù)荷計(jì)算和一般的住宅沒有明顯區(qū)別，這是不科學(xué)的。不同類型廠房和工業(yè)廠房的負(fù)荷大小和組程可以不斷改變。部分工廠的新風(fēng)負(fù)荷占總負(fù)荷的一半以上，部分工廠需要連續(xù)熱處理。一些工廠，因?yàn)閯趧?dòng)強(qiáng)度的內(nèi)部生產(chǎn)，人員分布更加密集，供熱能源將持續(xù)上升，導(dǎo)致其空調(diào)冷，濕負(fù)荷率高。不難看出，可以根據(jù)車間實(shí)際生產(chǎn)負(fù)荷情況科學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)算溫控和合理的方式來實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)節(jié)能減排、高效生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，能夠滿足廠房需求。

5 結(jié)合廠區(qū)分布，科學(xué)選擇暖通空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源形式

在暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)冷熱源的分布情況，根據(jù)廠區(qū)的布局和能源供應(yīng)情況進(jìn)行合理的分配。當(dāng)工廠主要以采暖供熱為主，可選用高溫?zé)崴畵Q熱介質(zhì)，當(dāng)工廠工藝蒸汽加熱為主，在環(huán)保和節(jié)能指標(biāo)的前提下，可以選擇構(gòu)成的主蒸汽熱媒的綜合考慮。由于電能供應(yīng)費(fèi)用較高，我們通常不使用電能作為供暖系統(tǒng)的熱源。在設(shè)計(jì)中，如果工廠沒有暖氣，缺乏水源，我們可以排除在車間有易燃易爆危險(xiǎn)的情況下，選擇合理的以輻射熱為主的熱源，以達(dá)到高效率、低成本的經(jīng)濟(jì)，供熱設(shè)計(jì)模式。在廠房冷源設(shè)計(jì)中，還應(yīng)根據(jù)廠房實(shí)際分布，合理利用能源，降低投資成本。

6 節(jié)能減排，科學(xué)設(shè)計(jì)車間空氣幕裝置

大家都知道，為了便于生產(chǎn)管理，廠門大部分時(shí)間處于打開狀態(tài)，這對(duì)于寒冷的侵襲提供了機(jī)會(huì)，大大增加冷負(fù)荷的入侵率，對(duì)內(nèi)部熱源廠維修的需求造成了一定的損害，尤其是在寒冷的東北地區(qū)，工廠內(nèi)部的熱源消耗的現(xiàn)象非常明顯。因此，為了有效地解決熱能損失大的問題，我們可以在車間門上部科學(xué)地設(shè)計(jì)空氣幕。在重新設(shè)計(jì)實(shí)踐的過程中，我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)有些設(shè)計(jì)師只是簡(jiǎn)單地把車間門的空氣幕放在了地圖的方便處與散熱器串聯(lián)，這種做法顯然違背暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)規(guī)范，是一個(gè)嚴(yán)重的設(shè)計(jì)理念上的錯(cuò)誤。一個(gè)合理設(shè)計(jì)的，中型工廠門式風(fēng)門出口可設(shè)置橫流方式，出口的高層建筑門應(yīng)安裝在上面的熱風(fēng)幕上，這樣就可以控制建筑門的出口側(cè)。當(dāng)熱風(fēng)幕位于熱風(fēng)頂部時(shí)，可有效形成熱風(fēng)幕屏障，從而有效的外冷空氣侵入作用組，內(nèi)部廠房溫度始終控制在合理范圍內(nèi)[3]。

同時(shí)，為工廠大門熱風(fēng)幕式熱源應(yīng)盡量選擇熱水或蒸汽的功能，無須使用電加熱，這是因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，寒冷的風(fēng)荷載建筑門的入侵是比較大的，如果電源的選擇會(huì)使工業(yè)企業(yè)能源消耗大大增加，這是違反的節(jié)能高效的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的要求。

6.1 車間通風(fēng)設(shè)計(jì)

車間通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工作的類型、車間的布局、工藝的轉(zhuǎn)換，做到合理的節(jié)能設(shè)計(jì)，不應(yīng)拘泥于開窗通風(fēng)的控制方法。在散熱能力較低的廠房，根據(jù)節(jié)能減排裝置的設(shè)計(jì)目標(biāo)，我們可以在屋頂設(shè)置自然采光和通風(fēng)，通過升溫效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)無功耗節(jié)能控制狀態(tài)可以祛風(fēng)散熱。當(dāng)然，這種方法不適用于大面積散熱量大，要求通風(fēng)高的場(chǎng)合。此外，在排氣冷卻設(shè)計(jì)中，還應(yīng)盡量滿足除塵消煙的要求。特別是對(duì)于生產(chǎn)大量有害氣體的車間，如焊接車間、化工車間等，設(shè)計(jì)者應(yīng)給予充分的重視。首先，應(yīng)與車間的生產(chǎn)過程緊密結(jié)合，以確定工廠產(chǎn)生的有害煙霧的具體數(shù)量根據(jù)車間的具體生產(chǎn)規(guī)模，選擇合理的整體或局部除塵方法。

6.2 工業(yè)廠房散熱器的合理配置

在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理原則選擇合適的散熱器?？刹捎幂^大比例的鋼制翅片散熱器，由于散熱器的散熱面積較大，能滿足車間的熱需求和車間高度。如果散熱器仍不能滿足工廠的負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，我們可以添加暖風(fēng)機(jī)，以達(dá)到良好的加熱效果。廠房?jī)?nèi)粉塵量大，散熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易積聚大量粉塵，使散熱效率大大降低，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼柱散熱器節(jié)能高效的供熱。因此，在條件允許的情況下，在寒冷地區(qū)的廠房設(shè)計(jì)中，我們可以采用區(qū)域輻射和輻射地板采暖系統(tǒng)，當(dāng)然，這種方法僅適用于輕工業(yè)廠房采暖系統(tǒng)對(duì)地面結(jié)構(gòu)的低負(fù)荷。

7 結(jié)束語

中國(guó)的宏觀調(diào)控政策明確表示了對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的廣泛支持，這導(dǎo)致工業(yè)建筑設(shè)計(jì)任務(wù)數(shù)量不斷增加。面對(duì)這種情況，我們已經(jīng)統(tǒng)籌兼?zhèn)?，安全?jié)能提高設(shè)計(jì)水平，豐富設(shè)計(jì)手段，使工業(yè)建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)逐漸節(jié)能、規(guī)范、持續(xù)穩(wěn)定全面推進(jìn)中國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)水平和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為中國(guó)偉大復(fù)興添一份綿力。