高大廠房恒溫空調方案探索及分析

摘要：隨著國家工業化程度的快速發展、提升，對于廠房的設計、建設提出了更高的要求，特別是生產高端大型精密加工件需求高大廠房的恒溫環境，對空調安裝技術方案高。結合實際工程，介紹了為高大空間廠房恒溫中央空調系統的設計方案，就一些設計要點、節能性進行了探討、提出一些建議。

Abstract： With the rapid development and improvement of the country's industrialization degree， higher requirements are put forward for the design and construction of the factory， especially for the constant temperature environment with high space for the production of high-end large-scale precision machining parts， and the high technical scheme for air-conditioning installation. Combined with practical engineering， the paper introduces the design scheme of constant temperature central air conditioning system for large space workshop， discusses some design points and energy saving， and puts forward some suggestions.

關鍵詞：高大廠房;恒溫;節能

Key words： high ceiling industrial plant;constant temperature;energy saving

中圖分類號：TU831.3?????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1006-4311（2020）28-0151-02

0? 引言

人類自第一臺空調問世后，便不再飽受冬冷夏熱之苦。然后空調的出現也帶來了一系列問題，如溫室效應、大氣臭氧層破壞、空調病等。20世紀70年代，隨著能源危機的出現，人類開始認識到節能的重要性。而當今發達國家中，20～30%的能源都用在了空調系統上，因而節能呼聲越來越高。從此節能，特別是節約能耗，已經成為了人類必須解決的一個新課題。

隨著我國制造業的快速發展，越來越多的現代化廠房拔地而起，這些廠房也是有了更好的設計標準，以滿足制造業高質量發展的硬件要求。共享集團作為制造業基礎鑄造行業的領頭羊，正處于引領行業進步的關鍵轉型升級過程，追求高端制造、綠色鑄造，公司力推的3D打印技術的新材料、新技術的應用，變革以應對鑄造業的環境、勞動強度等負面效應。比如大型高端鑄件的精密加工，其廠房具有高、大的屬性，但是對環境溫度卻要求特定的恒溫，給跨度大、空間高的大型工廠確保恒溫帶來極大的挑戰。

1? 工程概況

高大空間廠房的出現，使高大空間空調技術應用成為一種客觀的需求。高大空間空調技術應用的基本原則是，制冷時冷風只送到工作區，此外利用室外空氣或回風分隔形成上不非空調空間或用于消防排煙，制熱時，送風溫差宜小，且應送到工作區。有條件時與輻射供熱相結合。采取這些措施，空調負荷可以減少30～40%。所以搞到空間廠房空調控制技術包括噴口送風、分層空調、下部送風、置換通風等等。其中利用噴口送風方式能充分發揮可感氣流的熱舒適效應，能夠有效的實現節能與恒溫控制的統一，具有射程遠、系統簡單和投資金額少的特點。

有恒溫要求的大空間工業廠房，需要采用中央空調系統。面積在1000m2以下，或者高度在6m以下，易通過中央空調直接實現恒溫（t±2℃）。而實現跨度大、空間高的廠房的恒溫存在諸多困難，或者采用全空間空調產生巨大的運行能耗，造成能源浪費。從節約能源與便于系統布置等考慮，高大廠房更適宜采用分層空調方式。

本次工程位于寧夏銀川，為數字化精密加工工廠，廠房長90.78m，寬33.78m，總面積3066.55m2，總建筑面積高14.5m，廠房整體屬于高大空間廠房，而溫度要求t±2℃，直接采用中央空調調控具有諸多困難，比如跨度大送風難、空間高引起對流強且送風不均勻，水平和垂直方向都實現相對恒溫的問題。而且要求連續24小時恒溫，使主機方案、系統方案、送風方式、控制方案都面臨著前所未有的挑戰。調研了國內多家同類型高大廠房企業，沒有找到在類似規模的工廠內實現恒溫中央空調的先例，并咨詢國內高資質的專業設計院，也因為實現難度太大而謝絕合作。

2? 工程方案

工程目標：通過案例調研和理論論證，方案的設計、實施和驗證。經過大量的調研、論證，針對實現跨度大、空間高的廠房恒溫，提出一套正對性的恒溫中央空調方案，實現整個廠房的恒溫（設t±2℃），并具有以下特點：

2.1 送風方式

工廠高度14.5m，故采用多層送風。通過射流柜機分兩路送風，其中一路送至6m高度，由射流風口水平方向高速送出，在工廠6m高處形成一層風幕，將空間分為上下兩層，6m以下為空調空間。通過這種創新的方式，既給操作區實現恒溫空氣調節創造了條件，也因此減少空氣調節范圍而大大節約能源;另一路送風由射流柜機前側的射流風口相對低速送風至6m以下的操作區域，從而實現對操作區域的恒溫空氣調節。

2.2 空調柜機的選型設計要求

①可調節分層、遠距離均勻送風;

②可根據需要智能調節熱媒流量、送風溫度;每臺柜機既能與系統連鎖運行，又能獨立運行;

③具備在制冷模式、制熱模式、過渡模式過程中保持恒溫送風的能力;

④在系統切換過程中確保溫度精確控制，避免因冷熱模式切換帶來能耗或耽擱時間，采用柜機電輔助加熱，更能確保室內溫度恒溫控制。

2.3 主機選擇

選用風冷熱泵，具備以下功能：具有晝夜交替時使制冷制熱功能自由切換功能，比如五月份，室外溫度最高30℃，夜間最低10℃，晝夜溫差最大達20℃，這就需要白天制冷，而晚上制熱，才能保證室內溫度恒溫。另外需要滿足季節性切換。

2.4 智能控制系統方案設計

系統采用PLC控制，可全年全天24小時無人智能控制，可以實現參數、信號本地＼遠程監控，科實現本地＼遠程啟停和調節。

3? 取得的成果與創新點

為數字化精密加工工廠實現恒溫環境，取得的成果主要體現在以下幾個方面：

①實現了大跨度（長90.78m，寬33.78m）、高空間（高14.5m）廠房的恒溫空調。最常見的恒溫中央空調是在頂部均勻布置送風口向下送風，也有采用側面送風，經風口將風均勻送至工作區域，這要求風口距地面的高度低于5m，廠房跨度小于10m，方可實現恒溫控制，廠房高度高于5m跨度大于10m使其恒溫效果會大大降低，且運行能耗也會劇增。通過本次工程的實踐，實現了大跨度、高空間廠房的恒溫空調。

②創新的送風方式——分層均勻送分（復合送風）：提高送風距離，實現均勻送風，降低能耗。通過射流柜機分兩路送風，其中一路送至6m高度，由射流風口水平方向高速送出，在工廠6m高處形成一層風幕，將空間分為上下兩層，上層起風幕隔離作用，將工作區與非工作區隔離，使冷量或者熱量主要集中在工作區發揮作用;下層通過射流分口高速向工作區均勻送風，從而達到傳遞冷量（熱量）的作用。

③恒溫：通過送風方式的巧妙設計、射流柜機具備恒溫調節、冷（熱）媒體無極變頻調節、主機冷熱負荷自動調節和冷（熱）模式智能控制等多環節智能控制，最終實現工作區域水平方向和垂直方向的恒溫控制（設定溫度t±2℃）。

④智能控制：系統實現無人智能啟動控制，實現溫度、壓力、開機狀態、閥門狀態、頻率等信息的自動提取、計算分析，反饋自控溫度控制、流量控制、制冷＼制熱模式切換、空調主機制冷制熱量按需智能控制等。另外該系統可擁有本體手動＼自動切換和本體＼遠程自動控制功能。

⑤節能：主機采用可分級智能控制模塊機組，將主機系統分成小組成部分，采用智能分配控制運行，使主機系統按需制取冷量（熱量）;系統冷媒、熱媒采用無極變頻控制運行，大大降低運行能耗;制冷機采用R410A環保型制冷劑;主機采用風冷模塊熱泵，相對水冷或者燃料空調更具有節能環保優勢;冬季供熱時系統切換到市政集中熱水給系統，系統根據負荷調節溫度、流量，減少熱量浪費;空調送風采用分層送風，將低層操作區域和高層非操作區域用風幕隔離，冷熱量主要在操作區域發揮作用，直接降低了空調系統的運行能耗。

4? 取得的效益及運行情況

①直接經濟效益：相對傳統中央空調方案，采用本次創新的空調機組方案能耗降低20%，節約年運行成本成本約16萬元。

②間接效益：屬國內在大跨度、層高較高的工廠內實現恒溫中央空調的首創成功案例，為公司大型鑄件精密加工創造恒溫條件，為企業提高競爭力創造有利條件。

③運行狀況：該中央空調系統投運2年，系統零故障、顧客零投訴，運行穩定可靠。

高大廠房應用這種分層空調控制技術具有顯著的節能效益和經濟效益，將得到普遍認同。伴隨著現代化大工業的蓬勃發展，高大廠房也會越來越多，并且對溫度控制提出嚴格要求，分層空調技術的應用將擁有一個廣闊的用武之地。

借助本次案例，對典型高大廠房分層空調應用中空氣流動特性以及不同季節溫度工況下，得出了一些工作區溫度控制的有效措施，獲得了對一些高大廠房分層空調技術應用具有指導意義和參考價值。

5? 存在的問題

①為了確保空調將冷（熱）量送至跨度最遠的區域，必須考慮風速較高，使得噪音較高，舒適性降低，以后的方案設計適當考慮降低風速（噪音）。

②廠房大門未設置門斗，開啟后冷熱空氣的流通會干燒廠房內的溫度場，以后的方案應設計門斗，以減少廠房內溫度場的干擾。

③投資較大：為提高控制系統的可靠性，每一臺柜機均配PLC控制系統;現場生產要求保持24小時恒溫，考慮到極端天氣和系統異常狀況，為系統配置考慮的富余量為20%，這部分也增加了投資成本。類似的方案設計中可以根據行業屬性和生產狀況，可考慮在這兩個方面降低投資。

6? 結束語

據我們前期調查及后期方案實施及運行狀況分析，該恒溫中央空調方案是一個非常典型和成功中央空調方案，適用于大跨度、高空間廠房的恒溫控制，是我們根據企業網絡化和企業生產要求而設計的獨具特色的中央空調系統，可以在以后的同類型的智能化工廠中推廣應用，具有非常廣闊的前景。

參考文獻：

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作者簡介：邵亮峰（1976-），男，寧夏銀川人，高級工程師，畢業于西安工程大學，建筑環境與設備工程專業，主要從事企業環境、能源和設備的管理、技術改造及研究工作。