化工廠房暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計

王爽(中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

暖通空調(diào)系統(tǒng)主要是由空調(diào)、采暖和通風(fēng)設(shè)備組成，是化學(xué)工業(yè)廠房中較為重要的組成部分。暖通空調(diào)系統(tǒng)直接關(guān)系到室內(nèi)空氣環(huán)境和溫度的狀態(tài)，因此要基于節(jié)能設(shè)計理念下，在暖通空調(diào)實際設(shè)計的過程中確保其滿足工業(yè)廠房的建設(shè)需求和生產(chǎn)條件。在節(jié)能減排的發(fā)展趨勢下，傳統(tǒng)暖通空調(diào)系統(tǒng)的高耗能特性已經(jīng)難以符合當(dāng)代的時代發(fā)展和社會環(huán)境要求。因此，工業(yè)廠房，特別是化學(xué)工業(yè)廠房的暖通空調(diào)設(shè)計，要將節(jié)能設(shè)計作為核心，充分貫徹落實節(jié)能理念，通過對暖通空調(diào)設(shè)計各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化真正實現(xiàn)技能減排，為其他工業(yè)廠房的空調(diào)、供暖和通風(fēng)節(jié)能設(shè)計提供成功思路。

1 暖通空調(diào)設(shè)計中節(jié)能設(shè)計的原則

1.1 可節(jié)能原則

資源是確保人類生存的基礎(chǔ)和前提。以往部分地區(qū)和企業(yè)在發(fā)展建設(shè)的同時忽略了對資源、能源的保護(hù)，從而導(dǎo)致資源和能源日漸匱乏，生態(tài)環(huán)境也越來越差，為人們的生產(chǎn)生活質(zhì)量帶來了較大的威脅和安全隱患。因此，在基于節(jié)能設(shè)計理念下，對化工工業(yè)廠房暖通空調(diào)系統(tǒng)實際設(shè)計的過程中，要充分貫徹落實可節(jié)能原則，最大程度上實現(xiàn)對資源和能源的保護(hù)，在促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

1.2 可環(huán)保原則

可環(huán)保原則即是指在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的過程中遵循生態(tài)環(huán)境保護(hù)的理念，因生態(tài)環(huán)境與人們的生活質(zhì)量存在著直接的關(guān)系，因此在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的過程中要遵循環(huán)保的原則，貫徹落實節(jié)能設(shè)計理念。只有這樣，才能最大程度上降低城市化發(fā)展對人類生存環(huán)境造成的破壞，從而促使空調(diào)制造企業(yè)和化工工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)都得到長遠(yuǎn)的發(fā)展。

1.3 可回收原則

基于節(jié)能化的設(shè)計在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中始終要積極響應(yīng)國家的政策方針，落實綠色理念，堅持可回收原則，做到盡可能利用已有能源，實現(xiàn)真正的節(jié)能。因此在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的過程中要滲透可回收原則，做到能源梯級利用，“吃干用盡”。比如說零件可拆卸，就可以及時就地更換破損零部件，避免因故障導(dǎo)致整個空調(diào)喪失使用價值，被替換的零件也可以通過加工的方式變成其他工業(yè)生產(chǎn)的原材料，促進(jìn)資源的回收和循環(huán)利用。

2 化工廠房暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計的要點分析

2.1 負(fù)荷計算

負(fù)荷計算是暖通空調(diào)設(shè)計中較為關(guān)鍵的組成部分，與設(shè)備的選型存在較為直觀的關(guān)系[1]。一般來說，供熱能耗根據(jù)室內(nèi)空氣溫度的變化發(fā)生變化，尤其是在冬季，供熱能耗增加幅度較高，因此在暖通空調(diào)系統(tǒng)實際設(shè)計的過程中，基于節(jié)能設(shè)計理念，要合理的控制和設(shè)計溫度，對廠房進(jìn)行冷熱負(fù)荷的有效計算，避免因溫度過高、過低導(dǎo)致設(shè)備選型不合理，從而造成資源和能源的消耗與浪費。因化工工業(yè)廠房與民用及公共建筑用途不同，而不同類型的工業(yè)廠房因其工藝流程的不同，其室內(nèi)冷熱負(fù)荷有較大區(qū)別。當(dāng)廠房需要長時間大量通風(fēng)時，其新風(fēng)負(fù)荷較大；當(dāng)廠房存在常年連續(xù)性強(qiáng)熱源時，其設(shè)備冷負(fù)荷較大；當(dāng)廠房內(nèi)部定員較多時，其對室內(nèi)空氣的新風(fēng)量、空氣溫濕度及空氣潔凈度的要求均較高。因此要考慮到不同工業(yè)廠房的各自特點，并進(jìn)行細(xì)致的負(fù)荷計算，作為后續(xù)節(jié)能設(shè)計的依據(jù)。

2.2 冷熱源選擇

冷熱源選擇是暖通空調(diào)設(shè)計的重點，也是采暖和空調(diào)功能實現(xiàn)的關(guān)鍵[2]。根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，熱源可以選擇可以利用的廢熱或者是工業(yè)余熱，如果化工工業(yè)企業(yè)本身不具有廢熱或者是工業(yè)余熱，那么可以通過鍋爐房來提供熱源。在化工工業(yè)廠房暖通空調(diào)設(shè)計的過程中，廠房內(nèi)適用的熱源也各不相同，因此要結(jié)合實際的情況選擇熱源。廠區(qū)內(nèi)的一次熱源最好采用生產(chǎn)工藝的余熱或廢熱，可以為蒸汽或熱水，有的廠房主要是負(fù)責(zé)企業(yè)的運營，可將蒸汽換熱成熱水作為采暖熱源。就多數(shù)化工工業(yè)企業(yè)熱源選擇的現(xiàn)狀來看，化工廠房的用電成本較高，一般不采用電力的方式直接供熱[3]。

工廠冷源一般取決于企業(yè)的地理位置或與其實際生產(chǎn)情況相關(guān)，以工廠廠區(qū)內(nèi)的廢熱和外接電力為主，通過精細(xì)化管控，得以實現(xiàn)能效的最大化利用。目前工業(yè)企業(yè)暖通空調(diào)冷源主要是以淺層地表水的回灌為主，通過集中式的方式實現(xiàn)綜合管理，不僅滿足了節(jié)能設(shè)計理念，并且有效實現(xiàn)了成本的管控[4]。

2.3 空氣幕設(shè)置

在我國化工工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的過程中，員工在廠區(qū)內(nèi)的活動較為頻繁，因此廠房的大門始終保持開放的狀態(tài)，因大量冷風(fēng)的侵入對廠房內(nèi)的溫度造成了較大影響。尤其是對于我國西北和東北部的化工企業(yè)來說，其冷風(fēng)侵入量較大[5]。為了有效改善這一情況，在化工工業(yè)企業(yè)廠房設(shè)計的過程中通過會設(shè)置空氣幕裝置，以此來減輕大量冷風(fēng)侵入所造成的內(nèi)部熱量。根據(jù)《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的要求，寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)均應(yīng)在其主要出入口設(shè)置熱空氣門，以降低冷風(fēng)侵入，避免熱空氣泄漏。在空氣幕設(shè)計和應(yīng)用的過程中不僅確保廠房內(nèi)的溫度保持穩(wěn)定，并且起到了節(jié)能減排的作用，實現(xiàn)了資源利用率的最大化。一般來說，在空氣幕設(shè)置的過程中如果廠房的寬度在3 m之內(nèi)，那么送風(fēng)的方式以單側(cè)為主；如果廠房寬度在3～18 m之內(nèi)，那么送風(fēng)的方式以雙側(cè)、由上至下送風(fēng)較為合適；如果廠房的寬度大于18 m，那么送風(fēng)的方式則以由上至下為主[6]。

2.4 采暖通風(fēng)空調(diào)方式選擇

2.4.1 廠房通風(fēng)

在化工工業(yè)廠房通風(fēng)方式選擇的過程中，因廠房的特點不同，因此在選擇的過程也要結(jié)合實際情況，采用適用于該工況的通風(fēng)方式。一般來說，如廠房的工藝流程相同，則可整個廠房可采用同一種通風(fēng)方式，并在廠房內(nèi)設(shè)計合理的氣流組織形式，避免產(chǎn)生不必要的通風(fēng)量造成資源的浪費；當(dāng)廠房內(nèi)無強(qiáng)熱源時，可設(shè)置自然通風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)置無動力通風(fēng)天窗或通風(fēng)帽散熱排風(fēng)形式，可降低通風(fēng)系統(tǒng)能耗；如果該廠房的面積較大，那么可以用機(jī)械通風(fēng)來代替自然通風(fēng)，從而滿足廠房通風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)。另外，在廠房通風(fēng)設(shè)計的過程中還要將排煙、除塵等考慮在內(nèi)。除此之外，針對化工企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)出的有毒氣體，在暖通空調(diào)過程中，先是要了解到工藝生產(chǎn)廢氣的等級和生產(chǎn)規(guī)模，以此來選擇局部排風(fēng)或者是全廠房煙塵凈化的方式進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計。比如說某廠房面積較大，長600 m、寬100 m，僅僅通過外窗的自然通風(fēng)不能滿足廠房的通風(fēng)換氣要求時，可增設(shè)排風(fēng)機(jī)，采用自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)聯(lián)合作用來滿足廠房的通風(fēng)換氣的需求[7]。

2.4.2 散熱器的選擇

在對散熱器進(jìn)行選擇的過程中要遵循三個原則，即經(jīng)濟(jì)性、實用性和適用性。另外還有根據(jù)廠房的類別對散熱器進(jìn)行選擇，主要分為幾個方面：當(dāng)廠房負(fù)荷指標(biāo)大時，在散熱器選型時應(yīng)考慮采用對流換熱系數(shù)較大的散熱器，如鋼制翅片管散熱器，若散熱器仍不滿足室內(nèi)采暖要求時，應(yīng)考慮設(shè)置暖風(fēng)機(jī)等輔助供暖設(shè)施；對于產(chǎn)塵車間，散熱器選型應(yīng)考慮采用外表面光滑、方便清掃的散熱器，避免大量的粉塵積累對散熱的效果造成一定的影響；部分工業(yè)廠房室內(nèi)長期較為潮濕，布置在其內(nèi)部的散熱器盡更多考慮其耐腐的性能，實際設(shè)計中多采用機(jī)制鑄鐵型散熱器；廠房內(nèi)局部辦公場所，可采用較為美觀的散熱器類型，如鋼制或銅鋁復(fù)合型[8]。此外針對西北地區(qū)溫度較低的化工工業(yè)廠房，地面或者頂棚輻射板的方式采暖也可以采用。

2.5 全新風(fēng)運行

過渡季節(jié)空調(diào)系統(tǒng)可以采用全新風(fēng)工況運行，于春秋季開啟該工況，引入室外涼爽的新風(fēng)對室內(nèi)進(jìn)行降溫?fù)Q氣，該工況下空調(diào)系統(tǒng)的電能消耗大大降低[9]。與此同時，空調(diào)系統(tǒng)對室外能源進(jìn)行了有效利用，真正的貫徹了節(jié)能設(shè)計理念，對現(xiàn)有的資源和能源起到了一定的保護(hù)作用。但應(yīng)注意全新風(fēng)工況時空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量較大，應(yīng)適當(dāng)增加空調(diào)系統(tǒng)尺寸以同時滿足空調(diào)系統(tǒng)兩種工況的需求，且工業(yè)廠區(qū)內(nèi)室外空氣多為污濁空氣，全新風(fēng)運行時應(yīng)做好空氣凈化過濾工作。

3 化工廠房暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計的注意要點

3.1 廠房設(shè)計

化工廠房的屬性與普通的民居相比存在較大的差別。因而在設(shè)計化工廠房內(nèi)的通風(fēng)或空調(diào)系統(tǒng)的過程中，要將廠房生產(chǎn)情況與節(jié)能設(shè)計理念要結(jié)合，進(jìn)行綜合性的考量和分析，做好調(diào)節(jié)和優(yōu)化。此外由于部分化工廠房的建筑面積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在設(shè)計的過程中，要全面系統(tǒng)的進(jìn)行分析，確保部分設(shè)計在完成之后能夠有效組合起來。在廠房設(shè)計的過程中，為了滿足廠房的節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，還可以將保溫維護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計納入其中，以此來降低冷熱負(fù)荷，減少暖通空調(diào)設(shè)計中的耗電量。因此，基于節(jié)能設(shè)計理念進(jìn)行化工工業(yè)廠房的暖通空調(diào)設(shè)計，要充分的考量化工企業(yè)的實際特點，從而能夠在滿足工業(yè)企業(yè)廠房建設(shè)需求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)資源和能源保護(hù)的最大化。

3.2 管道布置

與其他廠房相比，化工廠房因受到室內(nèi)工藝過程影響，管道較為復(fù)雜，暖通空調(diào)管道易與室內(nèi)工藝管道沖突碰撞，必須將廠房內(nèi)各不同專業(yè)的管道和設(shè)備進(jìn)行協(xié)同設(shè)計。比如說部分的廠房以重工業(yè)生產(chǎn)設(shè)置為主，廠房內(nèi)部會放置吊車、行車、起重葫蘆等吊裝設(shè)備。那么在該廠房暖通空調(diào)設(shè)計的過程中為了避免與其發(fā)生沖突，可以與此類設(shè)施保持一定的距離，確保布置的合理協(xié)調(diào)。另外，在暖通空調(diào)設(shè)計的過程中還要做好保溫和保冷工作，確保設(shè)備的設(shè)計溫度與介質(zhì)溫度的基本型相同。除此之外，對于重工業(yè)的廠房來說，在暖通空調(diào)設(shè)計布置的過程中，要確定其動作的范圍不會對各類其他設(shè)計造成影響。

3.3 分層設(shè)計

在暖通空調(diào)設(shè)計的過程中，基于節(jié)能設(shè)計理念，在具體實施的過程中可以分層設(shè)計，尤其是對于建筑面積較大和層高較高的化工工藝廠房，可以對室內(nèi)溫度分布情況沿廠房高度方向進(jìn)行分層設(shè)計。具體來說，利用冷熱空氣密度不同而會自動形成熱空氣上升而冷空氣下降的原理，在設(shè)計建筑將建筑內(nèi)部空間根據(jù)溫度不同分為上中下多層。廠房地面以上2 m內(nèi)區(qū)域多為工作人員活動區(qū)域，劃定為空調(diào)區(qū)，空調(diào)區(qū)上部區(qū)域則可以不設(shè)置空調(diào)，可僅采用通風(fēng)的方式排除建筑物的熱量，從而減少了空調(diào)區(qū)域的體積，減少了不必要的空調(diào)冷負(fù)荷。在其設(shè)計的過程中，通過通風(fēng)系統(tǒng)的減少，能夠有效降低上層非空調(diào)去與內(nèi)部的輻射熱和對流熱，從而起到節(jié)能降耗的作用，符合節(jié)能設(shè)計的理念。

3.4 車間特殊要求

除對室內(nèi)的一般通風(fēng)要求外，部分化工工業(yè)廠房由于其生產(chǎn)工藝流程的特殊性，對室內(nèi)的暖通空調(diào)要求也不盡相同，在空調(diào)設(shè)計的過程中需要對此類廠房加強(qiáng)重視。如部分的廠房在空調(diào)設(shè)計時需要設(shè)備具備較高的防爆要求，而對于藥品生產(chǎn)廠房來說，暖通設(shè)計重點在于依照GMP要求對室內(nèi)溫度、濕度以及潔凈度進(jìn)行精細(xì)化控制，而潔凈廠房的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)占據(jù)廠房內(nèi)較大的能源消耗，好的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計可以極大降低廠房內(nèi)部不必要的能量消耗。除此之外，在暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計的過程中還有部分的問題需要引起重視：首先是由于化工廠房內(nèi)的存在大量的蒸汽熱水管道，這種熱損耗大的管道應(yīng)設(shè)置保溫及防燙傷措施；其次廠房的采暖系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)室內(nèi)冷熱負(fù)荷的變化及時進(jìn)行流量調(diào)整，進(jìn)而實現(xiàn)采暖及空調(diào)系統(tǒng)的時時節(jié)能；最后暖通空調(diào)系統(tǒng)如果產(chǎn)生的噪聲較大則，表明其能量的損耗較大。因此，在實際設(shè)計的過程中，還要做好相關(guān)的噪聲處理，避免設(shè)備發(fā)生共振的情況。

4 結(jié)語

綜上所述，在化工工業(yè)廠房暖通空調(diào)設(shè)備設(shè)計的過程中，要堅持節(jié)能設(shè)計理念，在負(fù)荷計算、冷熱源選擇、空氣幕設(shè)置和暖通空調(diào)方式選擇的過程中，要充分的結(jié)合廠房的自身條件，利用現(xiàn)有的資源最大程度上減少能源的消耗，降低化工廠房的運行成本。在滿足工藝生產(chǎn)基礎(chǔ)要求和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，做好節(jié)能設(shè)計，充分貫徹落實綠色理念，做好節(jié)能減排，為實現(xiàn)國家“碳達(dá)峰、碳中和”的政策作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，也為工業(yè)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。