某汽車零配件廠房暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

成霞

(上海市建筑工程學(xué)校，上海200241)

1 引言

隨著汽車工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，汽車零部件產(chǎn)業(yè)也在同步發(fā)展，勢必需要建造更多的生產(chǎn)空間、生產(chǎn)支持辦公空間及物流倉庫空間，為相應(yīng)的零部件提供更多的生產(chǎn)線安裝區(qū)域，而其生產(chǎn)車間對溫濕度、潔凈度也有著較為嚴(yán)格的要求。同時(shí)，隨著國家對節(jié)能技術(shù)的大力推廣，越來越多的暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)也逐步應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)出既兼顧當(dāng)前使用，又能體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑也成為暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)。

本文以某國際知名汽車零配件生產(chǎn)廠房工程實(shí)例，針對其油泵生產(chǎn)單元、執(zhí)行器生產(chǎn)單元、PCB（印刷電路板）及“表面貼裝技術(shù)”的電子組件工藝車間的冷熱源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)除塵系統(tǒng)等設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，以期對后續(xù)類似項(xiàng)目有一定借鑒意義。

2 工程概況

本項(xiàng)目位于安徽省蕪湖市，建筑面積共24 216 m2。建筑主體主要包括丙類生產(chǎn)廠房、生產(chǎn)輔助用房、倉庫、公用設(shè)備房，甲類化學(xué)品庫等。其中，丙類生產(chǎn)廠房為單層廠房，局部設(shè)備夾層，建筑面積為9 072 m2，建筑高度為9.3 m；生產(chǎn)輔助用房共3層，建筑面積為2 248 m2，建筑高度為19.6 m；倉庫建筑面積為9 783 m2，建筑高度為10.8 m。

3 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

該項(xiàng)目室內(nèi)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)參數(shù)

4 冷熱源設(shè)計(jì)

項(xiàng)目生產(chǎn)廠房工藝設(shè)備需全年不間斷運(yùn)行，工藝設(shè)備有較大的發(fā)熱量，生產(chǎn)車間夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)及新風(fēng)冷負(fù)荷為1 116 kW，設(shè)備散熱量約1 500 kW，夏季總冷負(fù)荷為2 616 kW；冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)及新風(fēng)熱負(fù)荷為1 220 kW。綜合生產(chǎn)車間、倉庫、輔助用房，夏季空調(diào)總冷負(fù)荷為2 986 kW，冬季空調(diào)總熱負(fù)荷為1 470 kW。

冷熱源的選擇是實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵。相較于傳統(tǒng)的電制冷系統(tǒng)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)把大地（土壤、地表水、地下水等）當(dāng)成儲熱供冷、供暖體，夏季通過循環(huán)介質(zhì)把建筑內(nèi)部熱量儲存到地下，冬季再從地下提取熱量，從而為空調(diào)系統(tǒng)提供冷熱源，該技術(shù)具有良好的節(jié)能與環(huán)境效益。同時(shí)，安徽蕪湖淺層地?zé)崮芊植紡V泛，土壤溫度相對恒定，受環(huán)境氣候變化的影響少，再生迅速，熱能資源可循環(huán)使用[1]，于2012年12月成為全國5個獲批“建設(shè)國家新能源示范城市”的城市之一。根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉辞闆r及項(xiàng)目具體要求，本項(xiàng)目冷熱源采用2臺地源熱泵螺桿機(jī)組和2臺四管制螺桿式風(fēng)冷熱泵（可實(shí)現(xiàn)全年制冷、制熱）的組合形式。夏季2臺地源熱泵螺桿機(jī)組全部進(jìn)行制冷運(yùn)行，為空調(diào)箱提供7℃/12℃冷水，四管制風(fēng)冷熱泵機(jī)組開啟1臺，為空調(diào)系統(tǒng)提供再熱水。地源側(cè)采用地埋管換熱系統(tǒng)，為冷水機(jī)組提供冷卻水。同時(shí)，為解決地源熱泵冬夏季冷熱不平衡的問題，配置2臺閉式冷卻塔作為備用冷源，布置在公用站房屋面，與地埋管系統(tǒng)配合使用。通過監(jiān)測夏季冷卻水（地源側(cè)）回水溫度，當(dāng)回水溫度達(dá)到32℃時(shí)，關(guān)閉地源系統(tǒng)，開啟冷卻塔系統(tǒng)，調(diào)控土壤熱平衡。冷卻水泵采用變頻水泵，當(dāng)切換用于冷卻塔側(cè)或地面管側(cè)循環(huán)泵使用時(shí)，需要調(diào)節(jié)其運(yùn)行頻率以適應(yīng)不同管路系統(tǒng)阻力要求。地源熱泵周期性切換冷卻塔，地源側(cè)能夠做到有效靜置，保障多余熱量擴(kuò)散時(shí)間，短周期內(nèi)維持地源熱泵高效運(yùn)行；從長遠(yuǎn)來看，周期性切換能夠平衡全年的地源側(cè)冷熱均衡，保障地源熱泵的長期高效穩(wěn)定運(yùn)行[2]。冬季，地源熱泵螺桿機(jī)組一用一備輪轉(zhuǎn)制熱運(yùn)行，為空調(diào)箱提供45℃/40℃熱水。

同時(shí)，因項(xiàng)目可能有全年供冷需求，且因車間需保持恒溫恒濕環(huán)境，夏季也有一定量的再熱水需求，選用2臺四管制螺桿式風(fēng)冷熱泵機(jī)組，該機(jī)組可在制冷的同時(shí)回收冷凝熱，實(shí)現(xiàn)全年制冷或制熱，既可以作為地源熱泵系統(tǒng)的儲備，又能滿足夏季空調(diào)箱再熱水需求。地源熱泵系統(tǒng)具體流程圖如圖1所示。

圖1 地源熱泵系統(tǒng)流程圖

5 室外地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

室外地埋管采用單U形豎直地埋管換熱器，管徑為32 mm，布置在室外綠地及停車場下方，區(qū)域面積約15 000 m2。根據(jù)業(yè)主提供的項(xiàng)目地源熱泵巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)報(bào)告，32 mm管徑單U形地埋管可提供制冷換熱量40 W/m，制熱換熱量32 W/m。場地內(nèi)設(shè)4個打井區(qū)域，共制作1100口地源熱泵室外地埋管井，間距不小于4.5 m×4.5 m，單U形地埋管有效換熱深度為100 m。

地埋管采用同程式連接，連接在一組供、回水水平支管上的豎直地埋管不超過8個，根據(jù)區(qū)域就近原則，并考慮一定的水力平衡，將供、回水支管匯聚成多組二級分集水器，再將每個區(qū)域的二級分、集水器匯聚成1組一級分集水器，最后將4組一級分集水器的供、回水干管接入制冷機(jī)房內(nèi)的冷卻水分集水器，提供機(jī)組運(yùn)行所需冷卻水。地埋井分區(qū)域分級連接方式見圖2。

圖2 地埋井分區(qū)域分級連接方式

6 空調(diào)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)主要涉及區(qū)域?yàn)楸惿a(chǎn)廠房、生產(chǎn)輔助用房及倉庫中輔助用房。其中，丙類生產(chǎn)廠房主要分為3個區(qū)域，分別為生產(chǎn)車間、注塑區(qū)及潔凈區(qū)，各區(qū)域?qū)貪穸燃皾崈舳鹊囊缶兴煌虼耍?個區(qū)域分設(shè)3套空調(diào)系統(tǒng)。

生產(chǎn)車間工藝對溫濕度均有較高要求，采用全空氣一次回風(fēng)系統(tǒng)，氣流組織為上送上回。室外空氣經(jīng)過濾—與室內(nèi)空氣混合—表冷—夏季熱水再熱（冬季熱水加熱）—高壓微霧加濕—處理到室內(nèi)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)后送至室內(nèi)。

潔凈區(qū)較生產(chǎn)車間對溫濕度的要求更高，溫度為23℃±2℃，相對濕度為40%～60%，要求潔凈等級為ISO 8。根據(jù)GB 50073—2013《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》，換氣次數(shù)取15次/h，且房間保持10 Pa正壓，新風(fēng)量取“補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)量和保持室內(nèi)正壓值所需新鮮空氣量之和”及“保證供給潔凈室內(nèi)每人每小時(shí)的新鮮空氣量不小于40 m3/h”兩項(xiàng)中的最大值。室外空氣經(jīng)G4粗效過濾—與室內(nèi)空氣混合—F7中效過濾—冬季熱水加熱段—表冷段—熱水再熱段—高壓微霧加濕段—處理到室內(nèi)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)送出，空調(diào)送風(fēng)口采用H13級高效送風(fēng)口（帶防漏測試和壓力差檢測口），回風(fēng)經(jīng)設(shè)于側(cè)墻下部的凈化回風(fēng)口（帶粗效過濾器）送至回風(fēng)夾墻內(nèi)回風(fēng)管內(nèi)。潔凈區(qū)氣流組織為上送側(cè)下回。

考慮過渡季全新風(fēng)的節(jié)能運(yùn)行方式，全空氣空調(diào)系統(tǒng)組合式空調(diào)箱采用雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，但由于空調(diào)設(shè)備機(jī)房區(qū)域布局受限，生產(chǎn)車間及潔凈區(qū)設(shè)置為送風(fēng)機(jī)與排風(fēng)機(jī)的組合形式，送風(fēng)機(jī)設(shè)置于組合式空調(diào)箱內(nèi)，排風(fēng)機(jī)單獨(dú)設(shè)置在屋面，通過風(fēng)管與空調(diào)箱相連。送風(fēng)機(jī)與排風(fēng)機(jī)均為變頻風(fēng)機(jī)，冬夏季模式，排風(fēng)機(jī)不開啟，新風(fēng)電動閥的開度保證房間最小新風(fēng)量；過渡季模式，開啟排風(fēng)機(jī)，并根據(jù)室內(nèi)外焓值調(diào)節(jié)新、回、排風(fēng)比例，通過加大新風(fēng)量或全新風(fēng)運(yùn)行，充分利用室外新風(fēng)免費(fèi)供冷，有效降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。若全新風(fēng)運(yùn)行不能滿足室內(nèi)要求工況，進(jìn)入冬夏季調(diào)節(jié)模式。生產(chǎn)車間及潔凈區(qū)空調(diào)送排風(fēng)原理圖分別見圖3和圖4。

圖3 生產(chǎn)車間空調(diào)系統(tǒng)原理圖

圖4 潔凈區(qū)空調(diào)系統(tǒng)原理圖

注塑區(qū)主要負(fù)荷來自設(shè)備發(fā)熱和室外新風(fēng)負(fù)荷，無濕負(fù)荷需求，室外新風(fēng)與室內(nèi)空氣混合后，經(jīng)粗、中效過濾器—表冷段—加熱段—處理至室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)送出。注塑區(qū)組合式空調(diào)箱采用雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，送風(fēng)機(jī)和回風(fēng)機(jī)分別承擔(dān)送風(fēng)段與回風(fēng)段阻力。冬夏季模式時(shí)，空調(diào)箱排風(fēng)電動閥關(guān)閉，過渡季模式時(shí)，開啟空調(diào)箱排風(fēng)電動閥，并根據(jù)室內(nèi)外焓值調(diào)節(jié)新、回、排風(fēng)比例，通過加大新風(fēng)量或全新風(fēng)運(yùn)行，有效降低空調(diào)能耗。注塑區(qū)空調(diào)送排風(fēng)原理圖見圖5。

圖5 注塑區(qū)空調(diào)系統(tǒng)原理圖

生產(chǎn)輔助用房、倉庫輔助用房等均采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管水系統(tǒng)采用四管制，新風(fēng)通過風(fēng)管集中送入室內(nèi)，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)便于分室控制及調(diào)節(jié)。

7 通風(fēng)設(shè)計(jì)

丙類生產(chǎn)廠房生產(chǎn)工藝主要以塑料注塑、機(jī)械裝配、焊接、點(diǎn)膠等工藝為主，其中，焊接工藝過程中產(chǎn)生的煙霧中含有大量的有害金屬物質(zhì)，這些物質(zhì)以二氧化硫、二氧化錳等化合物形式漂浮在煙霧中，且煙霧中含有大量致癌的鎳金屬、碳?；?，嚴(yán)重污染車間的工作環(huán)境，這些煙塵30%～90%是微米級以下的顆粒，極易被人體吸入，危害人員身體健康。因此，生產(chǎn)車間各錫焊、電阻焊作業(yè)點(diǎn)均設(shè)置有局部排風(fēng)裝置，在工作區(qū)中每個焊接點(diǎn)位處設(shè)1支活動抽風(fēng)臂，通過風(fēng)管接至屋面集中式焊煙凈化器（帶風(fēng)機(jī)及濾筒），處理至達(dá)標(biāo)濃度后，接至15 m高空排放。

除焊接煙塵外，車間節(jié)氣門體點(diǎn)膠工序、注塑工序還會產(chǎn)生VOC等有毒有害氣體。因此，在車間及注塑區(qū)分別設(shè)置局部排風(fēng)系統(tǒng)，通過局部排氣罩，連接風(fēng)管至屋面活性炭過濾塔，將有害氣體處理后，經(jīng)風(fēng)機(jī)接至15 m高空排放。

8 結(jié)語

本文以某汽車零配件廠房為例，介紹了其冷熱源設(shè)計(jì)、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及通風(fēng)除塵設(shè)計(jì)等。本著節(jié)能減排的原則，根據(jù)項(xiàng)目所在地能源需求及項(xiàng)目實(shí)際情況，采用地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，通過地埋管進(jìn)行換熱，最大限度地節(jié)約能源，同時(shí)配合冷卻塔，有效調(diào)節(jié)土壤熱平衡；針對工藝生產(chǎn)車間全年供冷及夏季再熱供熱需求，采用四管制風(fēng)冷熱泵機(jī)組，實(shí)現(xiàn)全年制冷、制熱。同時(shí)，全空氣系統(tǒng)組合式空調(diào)箱采用雙風(fēng)機(jī)模式，在過渡季通過加大新風(fēng)量或采用全新風(fēng)運(yùn)行模式，充分利用室外新風(fēng)免費(fèi)供冷，節(jié)約能源的同時(shí)有效改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。