某无尘室车间空调系统改造

周 天

（上海高得设备安装工程有限公司，上海 2003310）

0 引言

随着精密仪器加工、精细化工等行业的兴起，生产车间对于厂房的洁净度要求也提出了更高的标准，通常采用具有MAU（Make-up Air Unit，全新风机组）、DCC（Dry Cooling Coil，干式冷却管盘）、FCU（File Control Unit，风机管盘）等空调子系统配合PLC（Programmable Logic Controller，逻辑控制电路）共同组建成全自动空调系统，用以保证高精度操作区域对低精度区域的压差，并保持整体车间的温湿度和洁净度水平，最终提高生产产品的质量。

由此观之，对于旧有空调系统改造项目，需要针对原建筑结构的空间布局、原有消防系统/暖通系统的运行工况进行现场勘察，通过深化设计后确保实施方案的可行性。

1 原有空调系统介绍

本项目对原有建筑面积4500 平方米的无尘室厂房空调系统进行改造，该建筑中已经具备了隔墙、吊顶、高架地板、空调风管等旧有设备，需要根据新的生产需求和标准规划进行升级改造。针对原空调系统的改造内容包括：无尘室车间隔墙移位，吊顶清洁、高架地板翻新，暖通空调改造、空调冷冻水改造，低压配电改造，消防改造，新增生产设备配电、冷却水管道、纯水管道、压缩空气、排气及废气处理系统等工作。

厂房的生产要求为千级无尘室，对空气中的微粒、气氛和其他污染物具有一定的要求，对室内温度、洁净度、压差、气流分布等也需要按照生产精度进行区域划分，原有的空调系统中部分配件（如吸顶式高效过滤风口）能够达到相关要求，但仍然需要考虑到建筑布局、型号扩展性、维修便利性和自动化控制系统的引入等因素进行相应的改造升级，同时还要兼顾厂房未来的生产工艺，针对预期会产生的有毒有害污染气体及余热气体增添处理和排放系统，满足企业生产的功能性和环保性。

2 存在问题分析

本项目中的改造原因及最大的改造难点在于建筑物平面规划和空间结构的改变，即原有的洁净室厂房为整体的，现有的厂房由于房东的出租需求，建筑空间被划分为两部分，一部分为厂房出租所用，一部分为房东自用厂房，因此衍生出一系列针对消防防火、排烟、报警、淋水系统的分离改动以及空调机组通风管道的分离、更换和升级任务。

第二个难点在于对原有停产的空调机组配件的升级，需要在定制方案和替换方案中充分考虑到成本控制优化、空调机组实施效果、施工工期优化以及后期运营维护等诸多因素，确立最佳的方案。

第三个难点在于需要考虑后续生产过程中的设备温度控制，搭建合理的设备降温方案，确保生产节拍和生产效率以及增设系统的成本和自动化控制方案。

第四个难点在于生产工艺会产生一部分余热气体、有机物气体和酸碱气体，对洁净室的生产环境、操作人员的健康带来隐患，需要增添气氛处理系统进行及时消除。

综上所述，该方案的实施主要受制于洁净室建筑结构、配件升级、自动化升级和气氛处理等因素，需要进行现场勘测和深化设计来制定适应性的调整方案。

3 空调冷源系统改造

空调冷源系统是水冷空调的核心构件，通常包含水塔、水泵、制冷主机、水冷管道等设备，原有的空调冷源系统中空调冷冻水总管可以直接沿用，但需要设计独立的自动化控制设备来调控洁净室的温湿度、洁净度和压差等数据[1]。

在空调冷源系统的自动化改造方面，本案采用PLC 逻辑控制电路作为自动控制单元，实现对冷水机组、冷冻水泵、冷却水塔、冷冻水/冷却水旁通阀（压差旁通、温度旁通）等子系统的工作状态控制。

空调冷源系统的PLC 采用西门子S7-1200 的CPU，搭配DO、DI、AO、AI 等扩展模块，采用RS485 进行通讯，设置的检测传感器包括RH350 室外温湿度传感器、QAE2120.015 水管温度传感器、QBE2003-P16 水管压力传感器以及房间内的温湿度、压差传感器等。

空调冷源系统的自动化控制工作流程为：温度、湿度、压力传感器采集洁净室内的温湿度、压差以及室外的温湿度等模拟信号，转化为电信号通过数据线路传递至PLC 控制中心进行判断，PLC 采用PID 算法(Proportion Integral Differential，比例积分微分控制器)进行对比。当传感器检测值超过设定值时，PLC 读取水管温度、压力信号，并通过控制线路发出控制信号，利用继电器、电磁阀等终端控制设备实现对水泵机组的控制，并将整个控制流程反映于上位计算机上，操作人员可以根据当前的需求和设备状态进行手动干预。这种冷源系统自动控制方案操作简单，便于降低空调冷源系统的能耗需求，实现经济效益。

该PLC 水控部分不仅可以应用于空调的冷源系统处理，还可以满足生产设备的冷却需求。由于生产设备要求进水温度适中，不宜过冷或过热。本案中利用空调冷源系统中现有的7℃冷冻水，经过板式换热器来实现对生产设备的降温。PLC控制的板式换热方案的优点在于：PLC 自动控制可以实现板式换热器的进出水流量控制，从而准确调节进入设备内的水温，因此不需要额外独立增加冷冻机，节省成本；其次，由于生产设备对进水质量的要求较高，采用板式换热器，可以避免冷冻水与生产设备发生直接接触，降低生产设备被污染的可能性，继而保证了设备和进水口过滤器的使用寿命[2]。

4 空气处理机组改造

在空气处理机组的改造方面，需要根据建筑分区将现有的循环空调机组切分成两半并进行调整，以达到房间净化要求。鉴于现有新风空调机组并不能同时满足两个厂房的要求，需要增设一台新风机组并切断其与原有新风管道的联系。

综上所述，空气处理机组的改造主要包括四个方面：

4.1 现有循环空调系统的检修与维护：

现有循环空调机组进行切分以后，需要对其进行通电检修、风机检修和现有冷冻水管路检修，共计7 台。同时考虑到节能减排和自动化控制的需求，需要对现有循环空调机组增设变频设备并装配支架，共计增加9 件变频器，变频规格从7.5 kW - 37 kW。同时对现有循环空调箱内的初效和中效进行更换，分别替换为G4 板式和F8 袋式，共计7 件。

4.2 新增新风空调箱：

为满足洁净室的生产需求，需要在原有机组上新增新风空调箱系统，主要包括两台双风机新风空调主机，切断与原有新风管道的联系。主机规格分别为I.号风量32000CMH，冷量550KW，热量400KW,高压微雾加湿233kg/h；II 号.风量12000CMH，冷量210KW，热量100KW,高压微雾加湿100kg/h。同时配套一组热泵热水机组，满足供水温度>=45℃，能效比>3.45，总热量>504KW 的热水供应需求。除此之外还要增设配套的水系统，2 台15kW 和11kW 的变频器，机组配电箱等电气设备以维持新增新风空调的电气需求。

4.3 风机过滤器：

本项目在千级无尘室区域内另需建造一间百级无尘室，设计规范要求采用风机过滤器（Fan Filter Unit，FFU）通过从吸入顶部空气并过滤达到置换空气，调节洁净室中百级洁净度的需求。本次改造新增了64 台高效过滤器和匹配的群控器，通过模块化连接使用，并与PLC 自动控制单元匹配，实现对洁净度的控制调节。

4.4 风管系统：

风管系统是空气处理系统的传输通道，本案中需要对原有的风管进行部分拆除，并增添新购置的标准风管。风管系统主要由镀锌防腐铁皮管道，保温橡塑，送风口，防火阀，手动风量调节阀，电动风量调节阀和支架等构件组成。

上述四个系统基本囊括了空气处理机组的改造设备，在实际应用中，本案还针对原有的空气处理机组在改造方案上进行了深化设计：如针对千级无尘室的设定指标，原有的吸顶式高效过滤风口可以满足其使用功能并可节约改造成本，但从长远看来，由于该款高效风口采用的过滤器的规格尺寸已经停产，定制成本较高且供货时间较慢，不能满足后续的运营维护管理的需求也难以按照现有的市场标准进行拓展。综合考虑之下，本案将整个高效送风口更换成市场标准型产品。

5 其他改造内容

其他改造内容还包括防火分区隔离改造和废气处理等部分：

（1）防火分区隔离改造: 原有设计要求采用200 厚砌块砖作为防火隔离墙，但实际考察后发现厂房到屋顶最高点15 米，最低点也有13.5 米，跨度有48 米，且中间没有支撑点。考虑到大规模的砖墙方案不具有可靠性，会衍生出墙体倾覆的安全隐患。经深化设计后的方案为：在48 米跨度中间制备三根构造柱，在构造柱的15 米高度中间做四根圈梁，再采用三纵四横的网格进行砌砖。原有的消防排烟、消防水、消防报警可以直接沿用并根据新的房间布局进行细节的调整。在消防逃生前室增加SF-01和SF-02加压送风机，流量分别为22000CMH和44000CMH。同时在需要的房间内增加消火栓，独立设置与门卫室总控主机匹配的消防报警主机，切断与另一半厂房消防报警系统的联系，便于采用不同的联锁设置。

（2）废气处理改造：考虑到生产工艺会产生余热气体、有机气体和酸碱气体，根据每台设备的排气性质，设计了三套废气排放系统：

对于余热气体，仅需要采用耐高温的螺旋风管和手动风门以及耐高温的碳钢风机对外排放，不对环境构成威胁，有利于及时调节室内温度，防止过热的生产设备与室内气氛进行长时间的热交换；

对于含有机物质的气体，采用活性炭吸附方式，通过SUS304 风管先经过迷宫式活性碳净化塔，通过活性炭吸附掉有机物，再经由碳钢检测平台检测合格后通过碳钢风机排放出达标气体。同时增加逆止风门和排液系统防止污染；

对于酸碱气体，我们采用喷淋水洗的方式，即酸碱气体先经过淋洗塔，通过加药机加入含有特定药水喷雾与气体结合，中和掉废气中的酸碱成分，利用pH 计测定合格后再由玻璃钢风机排放出达标气体。

6 结语

本文基于现有建筑结构和空调系统进行深化设计，引入了新增的新风系统和PLC 自动化控制系统，实现了对洁净室的温湿度、压差和生产设备的散热控制；同时针对生产工艺中产生的废气进行了分类适应性处理，在满足改造需求的同时实现了成本优化。