某汽车零配件厂房暖通空调系统设计

成霞

(上海市建筑工程学校，上海200241)

1 引言

随着汽车工业的持续发展，汽车零部件产业也在同步发展，势必需要建造更多的生产空间、生产支持办公空间及物流仓库空间，为相应的零部件提供更多的生产线安装区域，而其生产车间对温湿度、洁净度也有着较为严格的要求。同时，随着国家对节能技术的大力推广，越来越多的暖通空调节能技术也逐步应用到实际工程项目中，设计出既兼顾当前使用，又能体现可持续发展的绿色建筑也成为暖通空调设计人员关注的重点。

本文以某国际知名汽车零配件生产厂房工程实例，针对其油泵生产单元、执行器生产单元、PCB（印刷电路板）及“表面贴装技术”的电子组件工艺车间的冷热源系统、空调系统、通风除尘系统等设计进行探讨，以期对后续类似项目有一定借鉴意义。

2 工程概况

本项目位于安徽省芜湖市，建筑面积共24 216 m2。建筑主体主要包括丙类生产厂房、生产辅助用房、仓库、公用设备房，甲类化学品库等。其中，丙类生产厂房为单层厂房，局部设备夹层，建筑面积为9 072 m2，建筑高度为9.3 m；生产辅助用房共3层，建筑面积为2 248 m2，建筑高度为19.6 m；仓库建筑面积为9 783 m2，建筑高度为10.8 m。

3 室内设计参数

该项目室内主要设计参数见表1。

表1 项目主要设计参数

4 冷热源设计

项目生产厂房工艺设备需全年不间断运行，工艺设备有较大的发热量，生产车间夏季围护结构及新风冷负荷为1 116 kW，设备散热量约1 500 kW，夏季总冷负荷为2 616 kW；冬季围护结构及新风热负荷为1 220 kW。综合生产车间、仓库、辅助用房，夏季空调总冷负荷为2 986 kW，冬季空调总热负荷为1 470 kW。

冷热源的选择是实现空调系统节能的关键。相较于传统的电制冷系统，地源热泵空调系统把大地（土壤、地表水、地下水等）当成储热供冷、供暖体，夏季通过循环介质把建筑内部热量储存到地下，冬季再从地下提取热量，从而为空调系统提供冷热源，该技术具有良好的节能与环境效益。同时，安徽芜湖浅层地热能分布广泛，土壤温度相对恒定，受环境气候变化的影响少，再生迅速，热能资源可循环使用[1]，于2012年12月成为全国5个获批“建设国家新能源示范城市”的城市之一。根据当地能源情况及项目具体要求，本项目冷热源采用2台地源热泵螺杆机组和2台四管制螺杆式风冷热泵（可实现全年制冷、制热）的组合形式。夏季2台地源热泵螺杆机组全部进行制冷运行，为空调箱提供7℃/12℃冷水，四管制风冷热泵机组开启1台，为空调系统提供再热水。地源侧采用地埋管换热系统，为冷水机组提供冷却水。同时，为解决地源热泵冬夏季冷热不平衡的问题，配置2台闭式冷却塔作为备用冷源，布置在公用站房屋面，与地埋管系统配合使用。通过监测夏季冷却水（地源侧）回水温度，当回水温度达到32℃时，关闭地源系统，开启冷却塔系统，调控土壤热平衡。冷却水泵采用变频水泵，当切换用于冷却塔侧或地面管侧循环泵使用时，需要调节其运行频率以适应不同管路系统阻力要求。地源热泵周期性切换冷却塔，地源侧能够做到有效静置，保障多余热量扩散时间，短周期内维持地源热泵高效运行；从长远来看，周期性切换能够平衡全年的地源侧冷热均衡，保障地源热泵的长期高效稳定运行[2]。冬季，地源热泵螺杆机组一用一备轮转制热运行，为空调箱提供45℃/40℃热水。

同时，因项目可能有全年供冷需求，且因车间需保持恒温恒湿环境，夏季也有一定量的再热水需求，选用2台四管制螺杆式风冷热泵机组，该机组可在制冷的同时回收冷凝热，实现全年制冷或制热，既可以作为地源热泵系统的储备，又能满足夏季空调箱再热水需求。地源热泵系统具体流程图如图1所示。

图1 地源热泵系统流程图

5 室外地埋管换热系统设计

室外地埋管采用单U形竖直地埋管换热器，管径为32 mm，布置在室外绿地及停车场下方，区域面积约15 000 m2。根据业主提供的项目地源热泵岩土热响应试验报告，32 mm管径单U形地埋管可提供制冷换热量40 W/m，制热换热量32 W/m。场地内设4个打井区域，共制作1100口地源热泵室外地埋管井，间距不小于4.5 m×4.5 m，单U形地埋管有效换热深度为100 m。

地埋管采用同程式连接，连接在一组供、回水水平支管上的竖直地埋管不超过8个，根据区域就近原则，并考虑一定的水力平衡，将供、回水支管汇聚成多组二级分集水器，再将每个区域的二级分、集水器汇聚成1组一级分集水器，最后将4组一级分集水器的供、回水干管接入制冷机房内的冷却水分集水器，提供机组运行所需冷却水。地埋井分区域分级连接方式见图2。

图2 地埋井分区域分级连接方式

6 空调设计

该项目空调系统主要涉及区域为丙类生产厂房、生产辅助用房及仓库中辅助用房。其中，丙类生产厂房主要分为3个区域，分别为生产车间、注塑区及洁净区，各区域对温湿度及洁净度的要求均有所不同，因此，3个区域分设3套空调系统。

生产车间工艺对温湿度均有较高要求，采用全空气一次回风系统，气流组织为上送上回。室外空气经过滤—与室内空气混合—表冷—夏季热水再热（冬季热水加热）—高压微雾加湿—处理到室内送风状态点后送至室内。

洁净区较生产车间对温湿度的要求更高，温度为23℃±2℃，相对湿度为40%～60%，要求洁净等级为ISO 8。根据GB 50073—2013《洁净厂房设计规范》，换气次数取15次/h，且房间保持10 Pa正压，新风量取“补偿室内排风量和保持室内正压值所需新鲜空气量之和”及“保证供给洁净室内每人每小时的新鲜空气量不小于40 m3/h”两项中的最大值。室外空气经G4粗效过滤—与室内空气混合—F7中效过滤—冬季热水加热段—表冷段—热水再热段—高压微雾加湿段—处理到室内送风状态点送出，空调送风口采用H13级高效送风口（带防漏测试和压力差检测口），回风经设于侧墙下部的净化回风口（带粗效过滤器）送至回风夹墙内回风管内。洁净区气流组织为上送侧下回。

考虑过渡季全新风的节能运行方式，全空气空调系统组合式空调箱采用双风机系统，但由于空调设备机房区域布局受限，生产车间及洁净区设置为送风机与排风机的组合形式，送风机设置于组合式空调箱内，排风机单独设置在屋面，通过风管与空调箱相连。送风机与排风机均为变频风机，冬夏季模式，排风机不开启，新风电动阀的开度保证房间最小新风量；过渡季模式，开启排风机，并根据室内外焓值调节新、回、排风比例，通过加大新风量或全新风运行，充分利用室外新风免费供冷，有效降低空调系统能耗。若全新风运行不能满足室内要求工况，进入冬夏季调节模式。生产车间及洁净区空调送排风原理图分别见图3和图4。

图3 生产车间空调系统原理图

图4 洁净区空调系统原理图

注塑区主要负荷来自设备发热和室外新风负荷，无湿负荷需求，室外新风与室内空气混合后，经粗、中效过滤器—表冷段—加热段—处理至室内状态点送出。注塑区组合式空调箱采用双风机系统，送风机和回风机分别承担送风段与回风段阻力。冬夏季模式时，空调箱排风电动阀关闭，过渡季模式时，开启空调箱排风电动阀，并根据室内外焓值调节新、回、排风比例，通过加大新风量或全新风运行，有效降低空调能耗。注塑区空调送排风原理图见图5。

图5 注塑区空调系统原理图

生产辅助用房、仓库辅助用房等均采用风机盘管加新风空调系统，风机盘管水系统采用四管制，新风通过风管集中送入室内，风机盘管系统便于分室控制及调节。

7 通风设计

丙类生产厂房生产工艺主要以塑料注塑、机械装配、焊接、点胶等工艺为主，其中，焊接工艺过程中产生的烟雾中含有大量的有害金属物质，这些物质以二氧化硫、二氧化锰等化合物形式漂浮在烟雾中，且烟雾中含有大量致癌的镍金属、碳酰基，严重污染车间的工作环境，这些烟尘30%～90%是微米级以下的颗粒，极易被人体吸入，危害人员身体健康。因此，生产车间各锡焊、电阻焊作业点均设置有局部排风装置，在工作区中每个焊接点位处设1支活动抽风臂，通过风管接至屋面集中式焊烟净化器（带风机及滤筒），处理至达标浓度后，接至15 m高空排放。

除焊接烟尘外，车间节气门体点胶工序、注塑工序还会产生VOC等有毒有害气体。因此，在车间及注塑区分别设置局部排风系统，通过局部排气罩，连接风管至屋面活性炭过滤塔，将有害气体处理后，经风机接至15 m高空排放。

8 结语

本文以某汽车零配件厂房为例，介绍了其冷热源设计、空调系统设计及通风除尘设计等。本着节能减排的原则，根据项目所在地能源需求及项目实际情况，采用地埋管地源热泵空调系统，通过地埋管进行换热，最大限度地节约能源，同时配合冷却塔，有效调节土壤热平衡；针对工艺生产车间全年供冷及夏季再热供热需求，采用四管制风冷热泵机组，实现全年制冷、制热。同时，全空气系统组合式空调箱采用双风机模式，在过渡季通过加大新风量或采用全新风运行模式，充分利用室外新风免费供冷，节约能源的同时有效改善室内空气品质。