西安地區工業建筑暖通空調設計節能措施

陳浮1     吳花蓉2    徐續3

陜西省城鄉規劃設計研究院    710075 西安

中聯西北工程設計研究院有限公司  710082 西安

  中國城市建設研究院有限公司    100120 北京

    我國建筑能耗約占全國能源消耗總量的30%。每年完成的建筑工程投資額中，工業建筑與民用建筑之比約為53:47，工業建筑占多半。因此，工業建筑節能潛力是非常大的。目前，國家針對民用建筑出臺了多項節能設計標準，工業建筑由于所處行業眾多，工藝要求有其特殊性，目前還沒有統一的設計規范和節能設計標準。在設計當中，只能參照民用建筑相關規范和節能設計標準。以下就西安地區工業建筑暖通空調設計的節能措施進行介紹。

    1、燃氣輻射采暖

    目前工業建筑常見的采暖形式有散熱器采暖、暖風機采暖、燃氣輻射采暖等。散熱器采暖，主要是以自然對流形式加熱空氣，主要適用于民用建筑和層高不高的工業建筑。高大空間的工業廠房如果采用散熱器采暖，室內高度方向上會產生較大的溫度梯度，往往會造成下部冷，上部熱的現象。在設計當中，為保證下部工作區的溫度達到要求，一般會采取加大設計散熱器的措施，這樣會導致熱量的浪費。

    燃氣輻射供暖是利用天然氣、液化石油氣等可燃氣體，通過發生器進行燃燒產生各種波長的紅外線進行輻射供暖的。目前產品類型主要有負壓單體式、微正壓單體式、負壓連續式、板式等。燃氣輻射采暖的優點：節能、舒適、經濟、安全、環保。燃氣輻射采暖系統初投資略高于散熱器采暖系統，可節約采暖能耗10%~20%，可降低運行費用30%以上。適用于機械加工、鑄造、鍛造、焊接、沖壓、裝配、熱處理等生產廠房。目前已廣泛應用于通用機械、汽車制造、煤礦機械、飛機制造、電力設備制造、鋼鐵等行業廠房采暖。

    2、屋頂通風器

    工業廠房在生產過程中會產生一定的余熱（如熱處理）、煙氣、粉塵（如鑄造、焊接）等，設計時應根據生產工藝、衛生要求，合理、有效利用自然通風技術，滿足節能和環保的要求。自然通風的作用原理是以熱壓和風壓作為動力，使得氣流有組織的流動，排除室內污染物，滿足室內環境衛生要求。屋頂通風器是以型鋼為骨架，用彩色壓型鋼板（或玻璃鋼）組合而成的全避風型自然通風裝置。具有結構簡單、重量輕、不消耗動力的優點。

    鑄造、電鍍、鍛造、熱處理等發熱量大或散發有害氣體多的廠房，適宜在廠房屋脊處設置屋頂通風器。對于多跨度、大面積的聯合廠房，可以在每一跨的屋脊處設置屋頂通風器。設計自然通風器時，廠房下部應設置自然進風口，進風口面積為通風器出風口面積的1.5倍，進風口應設置可以啟閉的閥門。西安地區設置集中采暖的廠房，宜采用帶有可關閉閥板的通風器，當不需要通風時可以關閉，起到節能的作用。目前也有集通風和采光為一體的通風器，布置在屋面邊坡處，替代采光帶，作為全面通風或局部通風使用。對于有排煙要求的廠房，可以設置采光排煙天窗，平時作為采光、通風之用；發生火災時，由消防控制系統打開采光排煙天窗，作為自然排煙口。采光排煙天窗的面積、間距需滿足防火設計規范的要求。

    3、分層空調

    建筑高度≥10m且體積≥10000m3的建筑稱為高大建筑。分層空調是指僅對高大空間下部區域進行空調，保持一定的溫濕度，對上部區域無空調要求的空調方式。與全室空調相比，分層空調夏季可節省冷量30%左右。生產工藝要求為舒適性空調、潔凈度要求不高（低于8級）、工作區溫度波動﹥±1℃的高大空間廠房，均適合采用分層空調系統。

    分層空調負荷計算時，夏季冷負荷一般為全室空調冷負荷計算值的70%，冬季熱負荷取全室空調熱負荷計算值。

    分層空調系統送風一般采用射流風口側送風，同側下部回風。車間跨度大于25m時，宜采用雙側射流風口送風，側送多股平行射流應互相搭接，雙側射流風口對送時，射程按兩側噴口重點的90%計算。回風口布置在送風口的同側下方，使得工作區處于回流區，可以獲得均勻的溫度場和速度場。

    分層空調系統在夏季使用，節能效果顯著，但是在冬季，由于熱氣流的上升，溫度梯度的加大，反而會加大熱耗。在設計時，送風口角度可調，大于30°。夏季水平送風，冬季斜向下送熱風，利用較大的送風速度，送入工作區，減輕熱氣流的上升。

    分層空調系統可以采用全空氣系統，也可采用水—空氣系統。水—空氣系統末端采用無風管遠程射流空調機組，風口為遠程射流噴口。

    4、吊頂式單元空調機組

    吊頂式單元空調機組安裝在屋頂天花板下，通過單元內的熱交換器實現對空氣的加熱（冷卻），隨后將空氣通過噴射器分布到室內各處。由于使用了高效率且功能強大的空氣分布裝置，單元式空調機組可以覆蓋很大的面積，與其他系統相比可以有效減少通風單元的數量，從而節省空間。安裝高度距地面4～20m，適用于廠房、展覽廳等高大空間具有舒適性空調的場合。

    吊頂式單元式空調機組可以根據不同的使用要求，通過多種功能組合，在同一設備上可以實現制冷、供暖、通風、熱回收等各項功能，并且可進行模塊化處理，使用更加靈活，設計更加簡便。

    吊頂式單元空調機組的優點：

    （1）吊頂式單元空調機組采用集中分組自動控制系統，調控方便，可以做到按需供冷/供暖，實現運行節能。

    （2）吊頂式單元空調機組能將送風空氣直接送入人員活動區，通風效率高， 無強烈吹風感，達到節能和舒適的統一。

    （3）空氣噴射器通過自動控制的角度可調配風板，能夠實現對送風角度的連續校正調整。能夠實現空氣的垂直向下送風，圓錐形吹送以及水平吹送，從而保證覆蓋更大面積的區域，在工作區域內無吹風感，有效避免室內空氣溫度分層，從而節省能量。

    （4）吊頂式單元空調機組通過強制射流方式，采用下送風形式，使整個空間內空氣換熱比較充分，因此，可以大大降低溫度分層次現象，根據實測一般在10米的空間內，只有2~3℃的溫差，能保持室內較小的垂直溫度梯度，有效減少建筑物上部維護結構的熱損失，可節能15%~20%。

    （5）吊頂式單元空調機組不需設置空調機房，車間內不需設置送、回風風管，不占用多余車間空間，在廠房內布置簡潔、美觀。

    吊頂式單元空調機組設備高度一般為1.0~2.5m，安裝吊車的車間必須考慮空調設備高度對起重機的影響，必要時加高廠房高度，滿足設備安裝和吊車的正常運行。

    5、工藝循環水熱量回收

    目前在我國的電子技術、新能源等行業，在其生產過程中產生大量低品位余熱，這些熱水溫度一般為30~60℃。為了滿足生產工藝需要，通常這些余熱通過冷卻塔排向大氣或直接排放，對能源造成巨大浪費，同時對環境造成熱污染。這些低品位余熱可以通過水源熱泵、吸收式熱泵加以回收利用，通過消耗一小部分電能，吸收大量低品位熱量，供采暖、空調或衛生熱水使用。

    某多晶硅鑄錠廠房線切機需要使用12/17℃工藝冷卻循環水，冷卻循環水量：241m3/h，回收熱量為1400KW。選用一臺螺桿式水-水熱泵機組。

    夏季工況：熱泵機組冷凝器側采用冷卻塔，將冷卻循環水由37℃降至32℃。

    冬季工況：熱泵機組回收工藝循環水熱量，提供45/40℃熱水供廠房供暖。

    由于采用了水-水熱泵機組，回收工藝冷卻循環水，該項目不需設置鍋爐房等熱源，取得了良好的經濟效益和環保效益。

    大容量空壓機采用的冷卻方式多為水冷，大量的熱量通過冷卻塔散發到了環境中。冬季冷卻水溫度>10℃，一般在14℃~18℃；夏季冷卻水溫度30℃~40℃。在空壓機冷卻水系統加裝水源熱泵機組，對空壓機冷卻水中的熱量進行回收，可以加熱衛生用熱水，也可以加熱供暖熱水。

    6、煙氣熱回收

    某光伏玻璃生產廠房，燃燒爐排放高溫煙氣，煙氣排放量：21000m3/h，煙氣溫度：400℃，余熱利用后煙氣溫度：200℃，余熱回收熱量為1745KW。由于煙氣中含有酸性腐蝕性氣體，為確保設備安全，采用煙氣—水換熱器間接換熱。煙氣換熱側：進口煙氣溫度400℃，煙氣出口溫度200℃，高空排放。水換熱側：冬季提供80/60℃熱水供采暖系統使用。夏季提供產生98/88℃熱水，作為吸收式熱泵機組的熱源，產生7/12℃冷凍水，供空調系統使用。

    燃氣鍋爐通過回收利用煙氣中水蒸氣冷凝潛熱，可以有效降低排煙熱損失，提高鍋爐效率。通常可采用冷凝式鍋爐或在煙道上加裝熱回收裝置。冷凝式鍋爐采用低溫回水來冷卻煙氣，煙氣降溫到50~70℃時，鍋爐效率可提高10%以上。煙道加裝熱回收裝置，回收煙氣熱量，可以加熱軟化水或生活用水，該裝置可用于常規燃氣鍋爐節能改造。

    7、空氣熱回收

    空氣熱回收裝置是利用空氣-空氣熱交換器來回收排風中的冷（熱）量。目前常見的有轉輪式、板式、板翅式、溶液吸收式等換熱器。

    （1）轉輪式換熱器處理風量范圍：500~100000m3/h，可同時回收顯熱和潛熱，主要有以下幾種形式：

    ET型：適用常規舒適性空調系統以及有濕度要求的空調系統，如紡織廠等。

    RT型：主要回收顯熱，適用于一般工業通風系統。

    PT型：能耐高溫，無吸濕性，只能回收顯熱，適用于印染、干燥等高溫通風系統。

    KT型：無吸濕性，主要回收顯熱；有較強的耐腐蝕性，適用于電鍍車間、電機實驗室等。

    轉輪式換熱器有可能有少量滲漏，適用于排風中不帶有害物的場合。

    （2）板式換熱器處理風量范圍：250~5000m3/h，只能回收顯熱，適用于一般工業通風系統。

    （3）板翅式換熱器處理風量范圍：250~8000m3/h，可同時回收顯熱和潛熱，適用于一般工業通風系統。

    （4）溶液吸收式換熱器可同時回收顯熱和潛熱，可去除空氣中大部分的微生物、細菌和可吸入顆粒物，凈化空氣，一般在溶液調濕式空調系統中使用。適用于印刷廠、生物實驗室、電子廠房等。

    8、結語

    工業建筑暖通空調設計，應根據具體設計要求采取適合的節能措施。設計時應注重暖通空調系統整體的節能，選取冷熱源設備、風機、循環水泵等設備時應選取性能滿足節能要求的產品，暖通空調系統還應配置必要的監測和控制系統。

(本文來源：陜西省土木建筑學會    文徑網絡：雷丹 尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)