浅析工业厂房暖通空调设计

2021-04-03宁海军

建筑与装饰 2021年27期

宁海军

安徽众诚工程设计有限公司安徽合肥 230009

引言

市场经济的快速发展也让中国建筑业取得了快速的增长，建筑企业的经济效益实现了稳步增长，但同时巨大的能源消费量也为其未来的能否可持续发展提出了严峻的考验。目前暖通空调能耗占到一半以上，中国能源消费总量浪费严重，绿色环保建设不深入，浪费资源，开展中国对能源供应的可再生能源的深入研究和发展的努力面临着危机，现实能源持续短缺。如何改变目前中国能源使用效率不高的状况已成为我们需要面对的一个重大问题。基于此目标，作者进一步探讨了节能减排理念下工业建筑暖通空调系统的节能设计。

1 了解工业厂房暖通设计条件

工业厂房暖通空调设计要达到最佳的使用效果，必须是各工种合理分工的效果。为了实现这一目标，所有类型的工作都应充分协调。对于暖通设计人员来说，必须清楚地了解设计对象，才能确定合适的设计方案。

首先，工业厂房的位置包括周边工业厂房的供热、供水、供电管道的敷设方式和接口点，这些是工业厂房供热入口设计的客观条件。其次，防火设施，包括防火区和防烟区的划分以及防火墙的位置，知道发生火灾时的疏散路线，以便设计防烟系统和设置防火阀。了解窗户的大小和玻璃的热工性能，从而确认是否符合节能要求。熟悉周围环境。判断工业厂房是开着的还是被建筑物包围着的，以及周围环境的背景噪声，就可以计算出供热负荷时要考虑的阴影面积。了解是否有比该建筑低的其他工业厂房的水面、停车场、屋顶等，以确认辐射热量的多少。观察是否有锅炉房、厨房等。工厂周围，并明确室外进风口时的注意事项[1]。第三，工业厂房的层高效率、层高、总高度应确认是否属于高层建筑。现行规范规定，10层及以上的居住建筑和建筑高度超过24m的其他民用建筑，必须按照《高层民用建筑消防设计规范》进行设计。

2 暖通空调工程设计中存在的问题

2.1 大型风机未采用变频控制

有些送排风机没有配备变频器。调试过程中，各风口风量的调节很难平衡。特别是总风量附加系数较大时，即使各风口风量和总风量都可以调节，运行一段时间后也会造成风机喘振，对风机或电机造成损坏。

2.2 噪音问题

有些设备选型不按室内外噪声标准进行，空调机组或一般送风、回风、排风管道不考虑消声措施。如果管道中的风速超过8m/s，必须添加消音器。由于混流风扇太吵，尽量不要放在室内。如果设备放置在室外，实际噪声会达到80dB以上，很难达到业主的要求。尽量不要选择这种类型的风扇。如果选择这种类型的风扇，尽量放在室外，出风口一定要装消声器。风机盘管机组的风机压头过大，使室内噪声超过室内噪声标准。

2.3 空调系统电动风阀的选择

在某些空调系统中，没有为电动开关空气阀配置反馈信号。在运行过程中，如果阀门没有配置反馈信号，如果阀体或执行机构有问题，阀门关闭状态没有输入集控室，没有人知道，造成严重后果，风扇会损坏。

2.4 风机压头选择问题

风机压头过高或过低是工程中常见的现象。选择风机时，尽量通过水力计算确定风机的压头。如果风机压头过高，各风口风速过高，系统平衡困难。如果风扇的压头太小，就会出现严重的问题。如果很难降低管道系统的阻力，只能更换皮带或风扇。所以选择粉丝一定要慎重。

2.5 通风管道及风口布置问题

有些项目，管线布置过长，阻力过大；有些项目室内风口过多，影响美观和系统调试；配电柜上方设有若干出风口，冷凝水滴落在配电柜上；有的项目直接在总送风管道上加风口，造成风口风速过大等问题；一些洁净室的回风口太少；因此，布置管道和风口时必须考虑风口风速，各支管阻力平衡良好，室内气流组织合理。

2.6 供暖系统设计不合理

供热系统设计中存在一些不合理的地方:①部分供热系统由一根主立（干）管引入，分成几个回路，子回路上没有阀门，给系统的运行调整和维护管理带来不便；②部分暖气管道布置不合理，难以与建筑行业协调，或者暖气立管直接立在窗户上，影响使用，不美观；或者加热水平管道铺设在通道的地面上，不仅影响行走，也不方便放置物品[2]。

3 暖通空调系统设计新思路

3.1 要合理的选择热源系统

在设计暖通空调节能系统时，应根据具体工程建筑选择实用有效的热源系统。一般来说，目前国内市场的主要热源类型是热力站、热泵、直燃式溴化锂吸收式冷热水机组、小型锅炉、区域锅炉房等。从能源利用效率来看，热电厂效率最高，其次是热泵技术。

热泵利用自然界中大量温度较低的低品位热能作为热源，如空气、地表水、地热或工厂排出的废水（气）作为热源。通过压缩机的运行，从这些热源中吸收大量温度较低的低品位热能，再将其升温后传递给高温热源。热泵根据热源的不同可分为空气源（风冷）热泵。目前产品主要有家用热泵空调、商用机组热泵空调和热泵冷热水机组。地源热泵（尤其是土壤型）可节能30%左右，而直燃式溴化锂吸收式机组的供热效率与燃油或燃气锅炉相当。对于锅炉房，大型区域锅炉房明显优于小型锅炉。通过这些科学分析，设计人员在设计暖通空调节能系统时，可以根据工程建筑的情况选择合理可行的热源系统。由于不同地区不同建设项目的需求和条件不同，从设计阶段就要注意热源的选择。

3.2 减少热媒介输送过程中能耗

首先，在设计要求的材料选择上，可以针对管道的保温节能，制定保温效果好的新型保温材料，比如在设计上预制热水直埋管道。其次，在容量输送系统的管理设计中，可以选择计算机系统进行供热系统的综合水力平衡调试，采用以平衡阀及其专用智能仪表为核心的管网水力平衡技术，科学有效地实现管网流量的合理分配和控制，进一步提高输送能量的效率，达到节能的效果。最后，在设计中考虑了实际的输电系统，在设计中对电力系统进行了优化，以保证实际建设和使用中的节能效果。可以选择效率高、部分负荷特性好、温差大、流量低、管道摩擦小、载能介质传输效率高的动力设备，有效降低传输过程中的能耗，从而提高传输效率，改善供热质量，节约能源。

3.3 合理选择采暖、通风与空调相结合的节能系统有效的降低负荷

根据具体工程建筑和技术标准的需要，应注意系统在朝向、周边与内部的区别、使用功能等方面的选择和划分。同时，应考虑单独设置或分环设置，以便于控制、调整和管理。比如采暖，散热器要安装在外墙窗台下，散热器表面涂装和安装形式，南北房间系统要环套。在通风空调系统设计中，不同朝向的内外区系统应分开设置或分环设置，或采用多区新型风机和多区空调系统分别向内外区输送不同的风参数，风量可单独调节和控制，避免了不同区域过冷或过热的能量浪费。

4 根据工厂实际情况，合理计算负荷

与一般民用建筑相比，工业建筑冷热负荷的计算更为复杂。根据相关暖通空调设计规范，确定合理的设计温度范围。一般来说，工业建筑的设计温度范围应控制在22～26°之间。室内采暖设计温度可在18～22°。特殊要求时，室内空调设计温度可控制在30°左右。通过以上的设计标准，不难发现，温差的设计价值不大，有些设计师会误认为工业建筑类负荷的变化是有限的，所以暖通空调负荷计算和一般的住宅没有明显区别，这是不科学的。不同类型厂房和工业厂房的负荷大小和组程可以不断改变。部分工厂的新风负荷占总负荷的一半以上，部分工厂需要连续热处理。一些工厂，因为劳动强度的内部生产，人员分布更加密集，供热能源将持续上升，导致其空调冷，湿负荷率高。不难看出，可以根据车间实际生产负荷情况科学设计计算温控和合理的方式来实现暖通空调节能减排、高效生产和可持续发展的目标，能够满足厂房需求。

5 结合厂区分布，科学选择暖通空调系统的冷热源形式

在暖通空调系统的设计中，根据冷热源的分布情况，根据厂区的布局和能源供应情况进行合理的分配。当工厂主要以采暖供热为主，可选用高温热水换热介质，当工厂工艺蒸汽加热为主，在环保和节能指标的前提下，可以选择构成的主蒸汽热媒的综合考虑。由于电能供应费用较高，我们通常不使用电能作为供暖系统的热源。在设计中，如果工厂没有暖气，缺乏水源，我们可以排除在车间有易燃易爆危险的情况下，选择合理的以辐射热为主的热源，以达到高效率、低成本的经济，供热设计模式。在厂房冷源设计中，还应根据厂房实际分布，合理利用能源，降低投资成本。

6 节能减排，科学设计车间空气幕装置

大家都知道，为了便于生产管理，厂门大部分时间处于打开状态，这对于寒冷的侵袭提供了机会，大大增加冷负荷的入侵率，对内部热源厂维修的需求造成了一定的损害，尤其是在寒冷的东北地区，工厂内部的热源消耗的现象非常明显。因此，为了有效地解决热能损失大的问题，我们可以在车间门上部科学地设计空气幕。在重新设计实践的过程中，我们经常会发现有些设计师只是简单地把车间门的空气幕放在了地图的方便处与散热器串联，这种做法显然违背暖通空调的设计规范，是一个严重的设计理念上的错误。一个合理设计的，中型工厂门式风门出口可设置横流方式，出口的高层建筑门应安装在上面的热风幕上，这样就可以控制建筑门的出口侧。当热风幕位于热风顶部时，可有效形成热风幕屏障，从而有效的外冷空气侵入作用组，内部厂房温度始终控制在合理范围内[3]。

同时，为工厂大门热风幕式热源应尽量选择热水或蒸汽的功能，无须使用电加热，这是因为在正常情况下，寒冷的风荷载建筑门的入侵是比较大的，如果电源的选择会使工业企业能源消耗大大增加，这是违反的节能高效的经济生产的要求。

6.1 车间通风设计

车间通风设计应根据工作的类型、车间的布局、工艺的转换，做到合理的节能设计，不应拘泥于开窗通风的控制方法。在散热能力较低的厂房，根据节能减排装置的设计目标，我们可以在屋顶设置自然采光和通风，通过升温效应，实现无功耗节能控制状态可以祛风散热。当然，这种方法不适用于大面积散热量大，要求通风高的场合。此外，在排气冷却设计中，还应尽量满足除尘消烟的要求。特别是对于生产大量有害气体的车间，如焊接车间、化工车间等，设计者应给予充分的重视。首先，应与车间的生产过程紧密结合，以确定工厂产生的有害烟雾的具体数量根据车间的具体生产规模，选择合理的整体或局部除尘方法。

6.2 工业厂房散热器的合理配置

在设计实践中，应根据经济合理原则选择合适的散热器。可采用较大比例的钢制翅片散热器，由于散热器的散热面积较大，能满足车间的热需求和车间高度。如果散热器仍不能满足工厂的负荷标准，我们可以添加暖风机，以达到良好的加热效果。厂房内粉尘量大，散热器结构复杂，易积聚大量粉尘，使散热效率大大降低，因此可以实现对钢柱散热器节能高效的供热。因此，在条件允许的情况下，在寒冷地区的厂房设计中，我们可以采用区域辐射和辐射地板采暖系统，当然，这种方法仅适用于轻工业厂房采暖系统对地面结构的低负荷。