引言工业厂房的采暖与制冷负荷计算较为复杂，根据国家相关暖通空调设计规范，确定合理的暖通系统设计。厂房内生产工艺不同，暖通系统设计要求也不相同。如在乙类防爆厂房中进行暖通系统设计时，应根据强制性标准对通风、排风深入处理，尽量满足除尘、除烟要求，将系统安全运行放在首位，考虑整体的经济性。不同厂房，其车间负荷大小、组成以及总负荷量均不相同。如厂房内暖通节能设计时，必须结合实际生产工艺，选择合理的负荷计算方式和合理的暖通空调设计温度，确保暖通系统高效运行，达到节能减排的目的。1项目概况本工程为年产膜元件135 700支项目厂房建设，总占地面积为42 000 m2，总建筑面积为28 256 m2，包括制膜车间、卷膜车间（含办公室）、动力中心和配套环保工程等。项目的暖通空调设计需要确保空调系统功能满足生产要求，达到稳定运行、安全可靠的目的，需要降低能耗，达到节能运行的效果。2设计目标制膜车间为乙类防爆厂房，空调系统采用全面温湿度自动控制，通过压差报警、参数报警等自动化控制，实现新风、回风、排风的切换。厂房的排风系统需要考虑两点，即气体浓度降低至安全范围和系统运行的经济性。空调节能技术受多因素影响，如能耗量涵盖室外气象参数、空调系统方案、建筑运营时间与维护等。空调节能设计时，结合实际情况优化方案，根据实际运营情况进行设计。通过能耗数据细化调整，提出有效的节能措施，确定节能策略和方案。3设计参数建筑物设计需要考虑气候条件影响因素。厂房所在地全年室外平均干球温度和相对湿度如图1所示。由图1可知，所在地约有半年的高温、高湿雨季，靠近热带，太阳照射性强，冬季太阳辐射仍较多，有凉季无冷季。厂房内部包括人员负荷、照明负荷和设备负荷等。厂房绿标能耗统计包括供热、制冷、风机及水泵能耗，不包括设备、照明、生活热水等。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.017.F001图1室外平均干球温度和相对湿度4空调系统节能措施4.1空调系统选择制膜车间生产时，工艺释放热量和生产排出废气，需要控制车间温度18~26 ℃，湿度(45±10)%，故设计全新风空调系统。初期拟选用2台全新风冷热水四管制45 000 CMH空调箱，制冷量735 kW/台，但能耗和初投资过高。制膜栋车间为乙类厂房，应保持负压，但较高的温湿度适宜为正压，正负压差存在矛盾。且项目所在地约有半年高温、高湿雨季，更加不利车间温湿度的控制。因此根据现行规范标准及工程实际情况，秉持节能降耗原则，得出合理、有效的暖通设计方案，解决厂房功能性与能耗问题。制膜车间层高约8 m，实际空间较高，危险物较多，有机废气较多，具备高发热负荷、高大空间场所的特点，故设计置换空调方案。建议初期设置1台全新风空调，优先保证距地面2~3 m的空间温度稳定。厂房热负荷较大，上层空气无须处理，温度成层。成层空调原理如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.017.F002图2成层空调原理由图2可知，成层空调利用热空气上升和冷空气下降原理，将污染的热空气转移到室内高空，气流温度接近室温，保证工作区的清洁与舒适。与其他混合空调系统相比，成层空调利用送排风的大温差，更加高效地实现单位空间制冷、成本低、节能效果好的目标。制膜车间竣工后，夏季实测，距离地面1.5 m空间的温度约恒定在24.9 ℃，在原有方案基础上削减一半的情况下，达到节能效果，且效果超出预期值。4.2节能效果4.2.1大温差送水节能实际工程中，降低空调系统能耗的方式包括：变风量空调系统、变水量空调系统、大温差空调水系统、蓄冷空调等。变风量空调系统和变水量空调系统是通过改变空调负荷变化时的风量或水量达到系统实际负荷要求，降低能耗；大温差空调水系统是一种以冷机效率降低水泵电能消耗的新型技术，可从根本上减少水泵输送功率和输送量，通过加大输送水温差达到降低系统的运行节能。制膜车间采用大温差送水。常规空调回水温差5 ℃，大温差空调将温差变为10 ℃，从水泵流量与功率角度对比两者能耗可知，相同负荷条件下，6~10 ℃回水温差比常规5 ℃温差更加节能。与常规空调系统相比，大温差空调系统选用的制冷主机与末端设备阻力存在差值，在水系统总阻力中占比很小，采用大温差小流量时，系统管径可以减小。因此，采用大温差空调系统可以降低系统水流量、减小输送管的管径，降低水泵运行能耗，达到节能效果，大温差空调方案如图3所示。经项目成本估算，发现在建的制膜车间，采用大温差空调系统可以降低初投资费用，运行费用可以减少12.1 万元，设备运行1 a即可回收成本。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.017.F003图3大温差空调方案4.2.2通风设计项目根据场所危险等级，根据国标与消防要求，执行相应的空调通风设计方案，将防爆区有害物质有效排除，对重点区最大物质浓度进行排风。若整个车间内布置很多风管，且加大尺寸，造成车间拥挤，不利厂房整体设计，故应根据厂房实际运行采取合理的通风方式。制膜车间生产过程中存在废气排放，设计排风口时需要考虑废气排放量、排放位置、排放频率等指标，结合国标部分危险物排放口设置在车间下部的规定，发现车间部分排风口的设置不利置换空调理论气流模式的构成。因此，设计时需要调整排风口与空调吹出口的位置，最大限度保证施工现场与设计一致。车间模具区的空调吹出口采用置换空调风口，下部吹出温度接近室温。与常规空调相比，小风速可以缓慢地以渗透形式流向接近地面的低区。模具区空间相对较大，发热量温度与上部回风温度形成温度分层。空调箱风量由送风和回风的温差决定，温度分层导致回风温度较高，缩减总风量，可以达到降低运行费用效果。送回风的温差比乱流式空调温差大，一般为10~15 ℃范围内。通过气流模拟证明：置换空调空间提升，温度随之提升，但下部区域仍满足温度条件，如图4和图5所示。项目预估，采用置换空调可降低运行费用7.0 万元/a，成本回收约2.1 a。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.017.F004图4车间离地1 m高温度模拟结果10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.017.F005图5车间离地2 m高温度模拟结果4.2.3自动感应控制节能措施（1）降低空调、通风机的能耗是厂房安全与节能运行的关键点。防爆车间的排风应重点考虑物质最大浓度区的排风。厂房空间区域较大，有害物浓度较难估算，通常以换气率≥8确定事故的排风风量。根据国标规范，以安全第一为前提，采用100%全新风运行，配以自动化控制手段对车间内的有害气体实行全天监测，如数据超标。若出现数据超标问题，控制中心自动感应控制将空调系统的回风阀门自动关闭，全新风口紧急打开，至车间内有害气体浓度恢复正常值为止。自动感应控制可有效排除车间内有害气体带来的安全隐患，避免因安全问题产生的损失。（2）二氧化碳在空气总含量中越高，对人体影响越大。室内二氧化碳浓度和通风率之间关系密切，设计前应对生产工艺进行充分了解。生产区通风量决定要素包括除尘、除热、燃气、有害气体、人员所需的新风。生产组装区新风的通风量主要由人员数量决定，采用二氧化碳感应器控制新风的通风量，通过测定生产区和房间内的二氧化碳浓度，测定空气中二氧化碳的浓度，从而控制新风的通风量，二氧化碳浓度控制新风量如图6所示。采用二氧化碳浓度控制是非常有效的节能方式，主要由气体报警控制器和气体传感器、联动装置等组成，控制器可对监测点有害气体进行控制，气体浓度达到或超过报警控制器设置的报警点时，发出报警信号；传感器将检测到的二氧化碳浓度转换成模拟信号，通过线缆传输到控制器，通过数据采集器传给中央处理器，通过控制器对各设备动作进行控制，实现联动排气，从而实现对车间内新风的通风量调节，将安全隐患自动排除，保持室内空气清新，同时节约空调、通风机的能量消耗。实际项目设计中二氧化碳浓度感应器控制新风的通风量的运行费用降低9.9 万元/a，预估3.7 a可以成本回收。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.017.F006图6二氧化碳浓度感应器控制新风循环系统5结语综合考虑建筑、暖通专业，生产工艺等方面的整体性，在项目的核心生产车间与室外联通处人为设置缓冲间，进行物理分割，形成“室外→缓冲间（微负压）→制膜车间（正压）”的平面布置模式，不仅满足工艺生产与国标标准，而且兼顾暖通设计规范要求，最大限度地降低实际温湿度控制的难度，达到空调运行节能降耗效果，促进工艺生产经济效益的提升。