化工厂房暖通空调系统节能优化设计的措施探讨

陈芳

（中海油天津化工研究设计院，天津 300131）

化工工业用厂房多为高大空间，不同的生产工艺对厂房内的温湿度具有不同的要求，除了要具备良好的通风性能外，还需要良好的节能经济性，因此，需要设计出合理的暖通空调系统以满足高大空间厂房通风需求。本文所述工程是洗涤液灌装装配，位于华北地区，其工艺流程由理瓶、灌装、旋盖、铝箔封口、不干胶等工序组成，在装配过程中要求厂房内满足舒适性要求，即室内温度夏季为26～28℃，冬季为18～20℃，湿度上无特殊限制。其中装配车间厂房净高12.8m，单层，建筑体积为25638m3，这部分厂房属于典型的高大空间厂房，而作业区域及工艺流程上的机电设备则要求其使用空间温度范围的高度大多在4m以下范围，如果按照传统设计理念采用全空间空调系统，则势必会在系统运行过程中造成大量的风能资源浪费，增加暖通空调系统使用成本。针对这种高度在10m以上，厂房建筑物体积整体大于1万m3的高大空间厂房而言，根据笔者多年的设计经验，认为可以采用仅对厂房下部空间进行空气调节，而将厂房上部划分为非空调区域的设计方案，即通常所说的分层空调系统，即能满足厂房通风、温度调节需求，同时与全厂房空间空调系统设计方案相比，其整体运行费用大致可以节省15%～40%，节能经济效益相当可观。

1 某化工工业厂房工程概况

该装配厂厂房由原料车间、装配车间、质检车间、仓库及办公大楼等房间共同组成，总建筑面积为19856m3，局部为2层，总建筑物高度最高为23.6m，长156m，宽38m。其中，东侧为原料车间、装配车间，单层，长108m，宽20m，净高12.8m，建筑体积为25638m3，这部分厂房属于典型的高大空间厂房，要求厂房内需满足舒适性要求即室内温度夏季为26℃～28℃，冬季为18℃～20℃，湿度上无特殊限制。因此，从技术、经济等方面进行综合比较，决定采用分层空调方案来设计该区域的暖通空调系统。

2 高大厂房暖通空调系统节能设计方案

2.1 项目暖通空调设计参数及考虑因素

①温湿度考虑：该厂房的主要功能为装配，是人员经常且长时间活动区域，其绝大部分内部空间均有舒适性要求，夏季平均温度为26～28℃；冬季平均温度为18～20℃；湿度则无特殊限制。②《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）中对新风量做出明确规定，办公类房间其新风量参考标准为30m3/（人·h）。对于装配车间、质检车间等生产性房间而言，由于人员密度较大、流动性较高，还需同时满足室内空气清新度等技术指标要求，即新风换气次数按不低于0.5～1次/h进行设计。③噪声限制，严格参照国标要求进行设计。④有毒有害物体浓度。由于该装配厂在工作过程中会使用具有挥发性的胶料、稀释剂等丙酮、乙酸乙酯等低毒有害物质。因此，在设计过程中严格参照国家标准规定指标来进行有毒有害物质控制。

2.2 项目暖通空调设计难点

①设计空间范围既高又大。该装配厂建筑物属于典型的高大空间建筑厂房，厂房内有高精度、自动化的进口设备，其价格非常昂贵，有全年不间断供暖与空调等要求，相应暖通空调系统运行能耗较大。②生产过程中噪声污染较严重。由于该装配厂整体生产规模较大，在生产过程中其机械噪声、人员噪音等污染较为严重，因此厂房的噪音必须要进行严格的控制。③有毒有害挥发性气体。该装配厂房在生产过程中会使用具有挥发性的胶料、稀释剂等丙酮、乙酸乙酯等低毒有害物质，挥发性气体会恶化厂房内空气环境。

2.3 项目分层空调节能设计方案

该装配车间厂房建筑物净高为12.8m，建筑体积为25638m3，适合采用分层暖通空调模式，即采用全空气集中式分层空调方案。沿厂房长度方向共布置3个子系统，分别为K-1、K-2和K-3。按照相关设计经验可知，分层空调区高度与建筑物高度之比，即h1/H小于0.5时，该设计方案其经济效益较为良好。根据装配厂内部生产机械设备高度及气流组织相关指标要求，建筑物上下层的分层面定为6.2m，机械设备工作区域其高度定位3.5m。在进行节能优化设计过程中，在6.5m分层面以下的空间范围设置为空调区，上层则设置为非空调区，即在上层非空调区采用机械通风 (包括送风与排风)，以排除建筑物上层的余热，以降低上层空调的温度及厂房屋顶内的表面温度，以通过合理通风系统减少上层非空调区域的对流热转移及辐射热转移量，进而达到节能降耗的目的。

3 暖通空调系统节能优化设计技术措施

该装配厂厂房内部空间暖通空调系统按照节能设计方案严格进行设计，并在设计过程中充分考虑负荷计算、空气幕优化节能、智能群控、全新风运行等节能技术措施。

3.1 负荷计算

夏季空调冷负荷应严格按照（GB50019-2003）《采暖通风及空气调节设计规范》的技术要求进行，即工业厂房的设计温度范围为12～21℃。由于该厂房以产品装配为主，其建筑物采暖室内设计温度取16℃，下层空调区室内设计温度取26℃。根据本工程的基本概况进行计算，本工程装配车间（除外延区办公楼、锅炉动力站等外）均处于建筑物内区，所有外区冬季均设置有散热器采暖系统，其采暖温度设置为24℃。因此，厂房建筑物内围护结构冬夏负荷波动不大，加上装配车间中所使用的工艺设备数量较多，工艺设备自身运行过程中的发热量较大，因此，经计算认为建筑物室内冷负荷冬季与夏季相当，且新风冬季与夏季送风温度也基本相同，因此装配车间暖通空调系统全年处于供冷运行工况。由于装配车间室内发湿量偏少，室内负荷多以显热性负荷（即工艺生产机械设备负荷、照明负荷、人员负荷等）为主。装配厂在生产过程中，存在一定的挥发性低毒危害成分，采用FFU风机滤器单元均布，以确保室内空气质量。经负荷计算分析，一期工程空调耗冷量为289kW。考虑一定富裕容量，结合建筑物结构优选3台型号为39G1822的组合式空调器，其单台风量为26335m3/h，制冷量为121kW。

3.2 厂房大门的空气幕优化节能设计

为了便于生产管理，装配厂大门在工作实践时间基本处于开启状态，这给冷风带来了可侵入途径，使冷负荷所占比例增加，进而打破了厂房内部的热冷源平衡，增加热源能耗[1]。因此，为了有效解决经大门入侵冷源引起热能流失问题，在出口高大的装配厂厂房大门上方设置装配式的热空气幕，以达到节能降耗的优化设计目的。

3.3 采用分层空调系统

按照上述项目分层空调节能设计方案，详细设计分层空调系统的细部内容。

3.4 采用分区域智能群控系统

针对该装配厂厂房高、大等特点，将其划分为3个区域进行分区智能群控，避免过度供冷等造成大量电能资源浪费，同时减少空调水系统的输送能耗，达到节能优化设计的目的。

3.5 全新风运行

暖通空调系统在过渡季设置全新风运行模式，即当室外空气比焓低于厂房内空气时，沿厂房外墙布设回风型空调机组（具备自动关闭电动回风阀、开启电动新风阀等功能）开启风机使其处于全新风运行模式，利用新风来对厂房进行冷却降温，以缩短空调系统中制冷机的运行时间。该工程所处地区，其气候较为干燥、室外空气比焓较低，因此，利用新风供冷技术进行设计方案优化改进，其节能效果非常明显。

4 结束语

高大厂房因其体积较大，能耗也较大，在节能优化设计方面具有较大的潜力。在进行高大工业厂房节能优化设计过程中，要以绿色、节能、环保等作为设计理念，强调厂房区域的功能性、可靠性和节能经济性，要从技术、经济等方面进行详细计算和比对分析，设计出较为优越的分层空调系统，确保系统安全可靠、节能经济的高效稳定运行。

［1］孙一坚.工业通风（第三版）[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.