某汽車零配件廠房暖通空調系統設計

成霞

(上海市建筑工程學校，上海200241)

1 引言

隨著汽車工業的持續發展，汽車零部件產業也在同步發展，勢必需要建造更多的生產空間、生產支持辦公空間及物流倉庫空間，為相應的零部件提供更多的生產線安裝區域，而其生產車間對溫濕度、潔凈度也有著較為嚴格的要求。同時，隨著國家對節能技術的大力推廣，越來越多的暖通空調節能技術也逐步應用到實際工程項目中，設計出既兼顧當前使用，又能體現可持續發展的綠色建筑也成為暖通空調設計人員關注的重點。

本文以某國際知名汽車零配件生產廠房工程實例，針對其油泵生產單元、執行器生產單元、PCB（印刷電路板）及“表面貼裝技術”的電子組件工藝車間的冷熱源系統、空調系統、通風除塵系統等設計進行探討，以期對后續類似項目有一定借鑒意義。

2 工程概況

本項目位于安徽省蕪湖市，建筑面積共24 216 m2。建筑主體主要包括丙類生產廠房、生產輔助用房、倉庫、公用設備房，甲類化學品庫等。其中，丙類生產廠房為單層廠房，局部設備夾層，建筑面積為9 072 m2，建筑高度為9.3 m；生產輔助用房共3層，建筑面積為2 248 m2，建筑高度為19.6 m；倉庫建筑面積為9 783 m2，建筑高度為10.8 m。

3 室內設計參數

該項目室內主要設計參數見表1。

表1 項目主要設計參數

4 冷熱源設計

項目生產廠房工藝設備需全年不間斷運行，工藝設備有較大的發熱量，生產車間夏季圍護結構及新風冷負荷為1 116 kW，設備散熱量約1 500 kW，夏季總冷負荷為2 616 kW；冬季圍護結構及新風熱負荷為1 220 kW。綜合生產車間、倉庫、輔助用房，夏季空調總冷負荷為2 986 kW，冬季空調總熱負荷為1 470 kW。

冷熱源的選擇是實現空調系統節能的關鍵。相較于傳統的電制冷系統，地源熱泵空調系統把大地（土壤、地表水、地下水等）當成儲熱供冷、供暖體，夏季通過循環介質把建筑內部熱量儲存到地下，冬季再從地下提取熱量，從而為空調系統提供冷熱源，該技術具有良好的節能與環境效益。同時，安徽蕪湖淺層地熱能分布廣泛，土壤溫度相對恒定，受環境氣候變化的影響少，再生迅速，熱能資源可循環使用[1]，于2012年12月成為全國5個獲批“建設國家新能源示范城市”的城市之一。根據當地能源情況及項目具體要求，本項目冷熱源采用2臺地源熱泵螺桿機組和2臺四管制螺桿式風冷熱泵（可實現全年制冷、制熱）的組合形式。夏季2臺地源熱泵螺桿機組全部進行制冷運行，為空調箱提供7℃/12℃冷水，四管制風冷熱泵機組開啟1臺，為空調系統提供再熱水。地源側采用地埋管換熱系統，為冷水機組提供冷卻水。同時，為解決地源熱泵冬夏季冷熱不平衡的問題，配置2臺閉式冷卻塔作為備用冷源，布置在公用站房屋面，與地埋管系統配合使用。通過監測夏季冷卻水（地源側）回水溫度，當回水溫度達到32℃時，關閉地源系統，開啟冷卻塔系統，調控土壤熱平衡。冷卻水泵采用變頻水泵，當切換用于冷卻塔側或地面管側循環泵使用時，需要調節其運行頻率以適應不同管路系統阻力要求。地源熱泵周期性切換冷卻塔，地源側能夠做到有效靜置，保障多余熱量擴散時間，短周期內維持地源熱泵高效運行；從長遠來看，周期性切換能夠平衡全年的地源側冷熱均衡，保障地源熱泵的長期高效穩定運行[2]。冬季，地源熱泵螺桿機組一用一備輪轉制熱運行，為空調箱提供45℃/40℃熱水。

同時，因項目可能有全年供冷需求，且因車間需保持恒溫恒濕環境，夏季也有一定量的再熱水需求，選用2臺四管制螺桿式風冷熱泵機組，該機組可在制冷的同時回收冷凝熱，實現全年制冷或制熱，既可以作為地源熱泵系統的儲備，又能滿足夏季空調箱再熱水需求。地源熱泵系統具體流程圖如圖1所示。

圖1 地源熱泵系統流程圖

5 室外地埋管換熱系統設計

室外地埋管采用單U形豎直地埋管換熱器，管徑為32 mm，布置在室外綠地及停車場下方，區域面積約15 000 m2。根據業主提供的項目地源熱泵巖土熱響應試驗報告，32 mm管徑單U形地埋管可提供制冷換熱量40 W/m，制熱換熱量32 W/m。場地內設4個打井區域，共制作1100口地源熱泵室外地埋管井，間距不小于4.5 m×4.5 m，單U形地埋管有效換熱深度為100 m。

地埋管采用同程式連接，連接在一組供、回水水平支管上的豎直地埋管不超過8個，根據區域就近原則，并考慮一定的水力平衡，將供、回水支管匯聚成多組二級分集水器，再將每個區域的二級分、集水器匯聚成1組一級分集水器，最后將4組一級分集水器的供、回水干管接入制冷機房內的冷卻水分集水器，提供機組運行所需冷卻水。地埋井分區域分級連接方式見圖2。

圖2 地埋井分區域分級連接方式

6 空調設計

該項目空調系統主要涉及區域為丙類生產廠房、生產輔助用房及倉庫中輔助用房。其中，丙類生產廠房主要分為3個區域，分別為生產車間、注塑區及潔凈區，各區域對溫濕度及潔凈度的要求均有所不同，因此，3個區域分設3套空調系統。

生產車間工藝對溫濕度均有較高要求，采用全空氣一次回風系統，氣流組織為上送上回。室外空氣經過濾—與室內空氣混合—表冷—夏季熱水再熱（冬季熱水加熱）—高壓微霧加濕—處理到室內送風狀態點后送至室內。

潔凈區較生產車間對溫濕度的要求更高，溫度為23℃±2℃，相對濕度為40%～60%，要求潔凈等級為ISO 8。根據GB 50073—2013《潔凈廠房設計規范》，換氣次數取15次/h，且房間保持10 Pa正壓，新風量取“補償室內排風量和保持室內正壓值所需新鮮空氣量之和”及“保證供給潔凈室內每人每小時的新鮮空氣量不小于40 m3/h”兩項中的最大值。室外空氣經G4粗效過濾—與室內空氣混合—F7中效過濾—冬季熱水加熱段—表冷段—熱水再熱段—高壓微霧加濕段—處理到室內送風狀態點送出，空調送風口采用H13級高效送風口（帶防漏測試和壓力差檢測口），回風經設于側墻下部的凈化回風口（帶粗效過濾器）送至回風夾墻內回風管內。潔凈區氣流組織為上送側下回。

考慮過渡季全新風的節能運行方式，全空氣空調系統組合式空調箱采用雙風機系統，但由于空調設備機房區域布局受限，生產車間及潔凈區設置為送風機與排風機的組合形式，送風機設置于組合式空調箱內，排風機單獨設置在屋面，通過風管與空調箱相連。送風機與排風機均為變頻風機，冬夏季模式，排風機不開啟，新風電動閥的開度保證房間最小新風量；過渡季模式，開啟排風機，并根據室內外焓值調節新、回、排風比例，通過加大新風量或全新風運行，充分利用室外新風免費供冷，有效降低空調系統能耗。若全新風運行不能滿足室內要求工況，進入冬夏季調節模式。生產車間及潔凈區空調送排風原理圖分別見圖3和圖4。

圖3 生產車間空調系統原理圖

圖4 潔凈區空調系統原理圖

注塑區主要負荷來自設備發熱和室外新風負荷，無濕負荷需求，室外新風與室內空氣混合后，經粗、中效過濾器—表冷段—加熱段—處理至室內狀態點送出。注塑區組合式空調箱采用雙風機系統，送風機和回風機分別承擔送風段與回風段阻力。冬夏季模式時，空調箱排風電動閥關閉，過渡季模式時，開啟空調箱排風電動閥，并根據室內外焓值調節新、回、排風比例，通過加大新風量或全新風運行，有效降低空調能耗。注塑區空調送排風原理圖見圖5。

圖5 注塑區空調系統原理圖

生產輔助用房、倉庫輔助用房等均采用風機盤管加新風空調系統，風機盤管水系統采用四管制，新風通過風管集中送入室內，風機盤管系統便于分室控制及調節。

7 通風設計

丙類生產廠房生產工藝主要以塑料注塑、機械裝配、焊接、點膠等工藝為主，其中，焊接工藝過程中產生的煙霧中含有大量的有害金屬物質，這些物質以二氧化硫、二氧化錳等化合物形式漂浮在煙霧中，且煙霧中含有大量致癌的鎳金屬、碳酰基，嚴重污染車間的工作環境，這些煙塵30%～90%是微米級以下的顆粒，極易被人體吸入，危害人員身體健康。因此，生產車間各錫焊、電阻焊作業點均設置有局部排風裝置，在工作區中每個焊接點位處設1支活動抽風臂，通過風管接至屋面集中式焊煙凈化器（帶風機及濾筒），處理至達標濃度后，接至15 m高空排放。

除焊接煙塵外，車間節氣門體點膠工序、注塑工序還會產生VOC等有毒有害氣體。因此，在車間及注塑區分別設置局部排風系統，通過局部排氣罩，連接風管至屋面活性炭過濾塔，將有害氣體處理后，經風機接至15 m高空排放。

8 結語

本文以某汽車零配件廠房為例，介紹了其冷熱源設計、空調系統設計及通風除塵設計等。本著節能減排的原則，根據項目所在地能源需求及項目實際情況，采用地埋管地源熱泵空調系統，通過地埋管進行換熱，最大限度地節約能源，同時配合冷卻塔，有效調節土壤熱平衡；針對工藝生產車間全年供冷及夏季再熱供熱需求，采用四管制風冷熱泵機組，實現全年制冷、制熱。同時，全空氣系統組合式空調箱采用雙風機模式，在過渡季通過加大新風量或采用全新風運行模式，充分利用室外新風免費供冷，節約能源的同時有效改善室內空氣品質。