某高大空间厂房空调系统设计

1. 项目概况：

本项目设计主体为江苏省常州市某外商投资的注塑机组装厂房，占地面积：19635.3㎡，建筑面积：22451.45㎡。建筑层数、层高及人数：主体为单层厂房，柱顶标高10.9m，檐口标高13.4m，总计生产人数为200人，两班制。局部三层的办公区、公共服务 区及单层的能源中心，总计办公、管理人数为100人。办公区：三层，层高分别为 4.4m+3.8m+3.6m。能源中心：单层，层高4.4m，如图1。

2. 设计参数

2.1 室外设计参数

工程位于江苏省常州市，夏季：干球温度 34.6 ℃； 湿球温度 28.1 ℃； 通风计算温度 29.1 ℃；夏季平均风速 2.9m/s _o 冬季：空调计算温度-3.5℃；相对湿度75%；通风计算温度 3.1 ℃ ；平均风速 2.4m/s _o

2.2 室内设计参数

工艺性空调房间参数要求如下：

表1：室内设计参数表

3 . 空调负荷计算

空调系统的负荷通常来自以下三部分：

①厂房内部：即工作人员所散发的显热和潜热、实验设备及照明所散发的热量。

②厂房围护结构的负荷：由于业主的节能理念，本项目围护结构的热工性能、保温性能、隔汽性能、气密性等有相应的要求，如表2。

表2空调负荷

③ 新风负荷：厂房排风设备较多，并且为了保持房间人员新风量，新风负荷在整个系统的负荷中占据了很大的份额。为了考虑节能，采用板式热回收将设备排风余热回收，如表3。

表3新风负荷

本建筑最终确定夏季冷负荷为 1800kW ，冬季热负荷为650kW。本次设计采用地源热泵机组，为空调冷热水及工艺冷却水提供冷（热）量。地源热泵机组机组放在F1号建筑（主厂房）的能源中心动力站房内。选取制冷量为650KW的螺杆式地源热泵机组3台，不设备用。夏季由地埋管系统和冷却塔提供冷源，冬季由地埋管系统提供热源。低温冷冻水供/回水温度：7/12℃，中温冷冻水供/回水温度：12/17℃，冷却水进/出水温度：32/37℃。

考虑到冷冻机的效率，处理新风用的空调采用7/12℃低温冷冻水，处理循环风的空调采用12/17℃的中温冷冻水。

4. 空调风系统设计

4.1 厂房空调

对于厂房的空调送风，大致有下图2三种方式：

（1）上送上回的送风方式

此种送风方式适合于5米以下的厂房空间，若在高大厂房采用，则送下来的风还没吹到厂房底部即被吸回上部，影响空调效果。

（2）置换通风的送风方式

将置换风口设置在3~5米的区域，通过大风量的送风来控制房间温度，上部回风。此种送风方式适合与大空间厂房，由于置换风口风量大，射程远，空调效果较好。但造价偏高。

（3）下送上回的送风方式

将空调风送至底部，冷却厂房底部空间，在通过上回风回至循环空调。

主厂房：釆用全空气系统，由于厂房高度为14米，顶送风距离太高，并且业主仅要求对地上有人区域的温度进行控制，故采用下送上回的空调形式。通过置换风口将空调风送至厂区，并由上方回风。（见下原理图3）

送风口采用妥思置换风口。这种风口主要用于工业领域，安装在高度3.5M-10M的空间，可采用悬挂安装或者固定安装在柱子或者墙上。

置换送风风口适用于供热和供冷工况，可以通过手动链条或者电动执行器调节导流盘的位置来切换送风方向,从而实现供热或供冷工况的切换。在供热工况下导流盘向上调节，垂直送风；在供冷工况下导流盘向下调节，水平送风。出风通过外侧下部的矩形开孔可以产生很大的动量,射程远，从而确保了更大面积的送风。

由于高大厂房横跨均为杭车，所以送风管必须从杭车中间的缝隙区域送至厂房下方。所以与结构专业的协调也非常重要。

4.2 办公区、公共服务区

采用新风+风机盘管形式。

4.3 厨房、餐厅区域

由于餐厅只在中午运转,而中午办公区并无人员工作，所以考虑餐厅的冷热负荷不叠加在总冷热负荷内。餐厅采用新风加风机盘管系统，餐厅能容纳200人，根据每人需要30m ³ /h的要求，餐厅需要配置6000m ³ /h的新风量。这些新风的排风能量可观，故采用热回收机组将余热回收，板式热回收的稔回收率在70%左右。板式热回收需要带旁通功能，在过渡季节实现全新风运行，将室外新风直接送入室内。空调原理请见下图4：

4.4 空调系统送风量、排风量计算

根据冷负荷计算，主厂房的夏季冷负荷为806kW，本次送风温差为12度。整个厂房的空调送 风量为200000m 3 h 。整个厂房的风口分布请见图5。

空调通风系统的送、排风量的确定取决于下几个因素：

①工艺设备的排风量；②保证室内温度及湿度要求所需的送风量；③保证室内卫生条件的最小通风量(按人员数)；④保证室内新鲜空气量；⑤房间换气次数要求风量。

空调排风系统分为全室排风系统和工艺排风系统：局部排风系统保证工艺设备的排风要求，全室排风系统则为了保证房间的温度、湿度参数以及卫生条件。

排风量与新风的配置量相关。由于新风负荷较大，考虑到降低运行成本，考虑新风机设置变频风机，根据工艺设备的运行情况实现变新风量运行。若工艺设备不开，即排风机不开时，相应的减小新风以节能。可在排风主管上安装压力测点，通过压力来控制新风空调的变频器以达到变新风量的目的。

4.3 排烟系统设计

对于此类高大钢结构主厂房，采用可开启排烟天窗是最便捷的方式。根据建筑防火规范，排烟天窗的排烟面积占主厂房面积的3%即可。排烟天窗还可用于自然采光，白天省电。可谓一举两得。

对于办公区域，尽量采用自然排烟方式，由建筑专业保证2%~5%开窗面积。

对于长度超过20米的内走廊，采用机械排烟系统排烟。

4.4 噪声控制

厂房有一定的噪声控制要求，在设计中对风管中的空气流速、送风口的出风速度、排风口的排风速度均应有一定的控制，主风管风速一般取8m/s以下，支管取末端风管为3m/s左右。并且提出空调通风设备的噪声指标，必要时应采取消声措施。风噪声常发生在空调送风的始端风口处。由于风管始端往往按设备出口尺寸配置，或由于空间紧张，设计风管尺寸偏小，风速较大，风口处啸叫的风噪声很大，由于风口导流未考虑好，风口处送不出风来，有时甚至是吸风也时有发生。风口风量调节欠周，个别风口风速太大也会引起风噪声。

风机出口采用消声器来控制噪声。

5. 空调水系统设计

本建筑冷、热媒均由地源热泵机组，为空调冷热水及工艺冷却水提供冷(热)量。地源热泵机组机组放在F1号建筑(主厂房)的能源中心动力站房内。选取制冷量为650KW的螺杆式地源热泵机组3台，不设备用。夏季由地埋管系统和冷却塔提供冷源，冬季由地埋管系统提供热源。低温冷冻水供/回水温度：7/12℃，中温冷冻水供/回水温度：12/17℃，冷却水进/岀水温度：32/37℃。

地源热泵方面，根据岩土热响应试验报告，设计地埋管夏季每延米散热40W，冬季每延米散热量35W；夏季设计地埋管进出水温度35/30℃，冬季地埋管进出水温度10/5℃。共设计地埋孔300个，能源站内设一套地源侧总集分水器，室外设六套二级集分水器，每组分集水器分为一个区，地埋孔间距为4.5×4.5m布置；地埋垂直埋管型式为单U型，管径为dn32，公称压力1.6MPa，有效孔深80m；地埋管水平埋管材料为HDPE管、管径为dn32-dn40-dn50-dn63-dnl60，公称压力1.25MPa；地埋管水平埋管沟需与土建、给排水相配合，沟深初步设计为2.1米，沟宽以能安全施工为准；地埋孔回填材料采用10%膨润土+90%细沙混合浆料回填；在埋管区域设置6个土壤温度监测孔；对土壤温度进行监测。

本项目水系统按区域划分，由分集水器将冷冻水分配至办公区、公共服务区、主厂房等区域，由平衡阀来保证各支路阻力平衡。

7/12 ℃的低温水用于新风空调机组，12/17℃的中温水用于循环空调机组以及风机盘管机组。冷冻机在相同工况下产出12/17℃的效率比产出7/12℃的低温水效率要高许多。所以在不需要处理湿负荷的区域采用12/17℃的中温水系统。

6. 空调系统自动控制

厂房内通风系统的自动控制涉及到室内温度、相对湿度的稳定性，对室内工作人员起保护作用的设备的监测，对室外环境起保护作用的空气处理设施的监测和系统的节能。本项目通风空调系统的自动控制主要有以下两个方面：

主厂房温度控制：由设在回风管的温度敏感元件控制循环空调器的表冷、加热盘管上的二通阀，以保证房间温度参数。夏季低于28℃，冬季高于17℃。由设在房间内的温湿度敏感元件控制是否打开新风空调器7~12℃，或者12-17℃的表冷器送水管道上的电动二通阀，以保证房间湿度参数(低于70%)。由设在新风管上的温度敏感原件控制表冷器送水管道上的电动二通阀，以保证送风管出风温度参数。由设置在工艺主排风管上的压力敏感元件检测工艺设备的排风量，以调节新风空调机组的变频频率。

7. 结语

综上，对于高大空间厂房空调系统设计在室内温度、湿度、房屋压差、空气洁净度、噪声、排风等条件下，依照室内外设计参数，通过对空调负荷的周密计算，科学合理设计空调风系统和水系统，以自动化控制系统实现空调的节能性和运行管理的高效性。

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