化工厂房暖通空调系统的节能设计

王爽(中海油石化工程有限公司，山东 济南 250000)

0 引言

暖通空调系统主要是由空调、采暖和通风设备组成，是化学工业厂房中较为重要的组成部分。暖通空调系统直接关系到室内空气环境和温度的状态，因此要基于节能设计理念下，在暖通空调实际设计的过程中确保其满足工业厂房的建设需求和生产条件。在节能减排的发展趋势下，传统暖通空调系统的高耗能特性已经难以符合当代的时代发展和社会环境要求。因此，工业厂房，特别是化学工业厂房的暖通空调设计，要将节能设计作为核心，充分贯彻落实节能理念，通过对暖通空调设计各个环节的优化真正实现技能减排，为其他工业厂房的空调、供暖和通风节能设计提供成功思路。

1 暖通空调设计中节能设计的原则

1.1 可节能原则

资源是确保人类生存的基础和前提。以往部分地区和企业在发展建设的同时忽略了对资源、能源的保护，从而导致资源和能源日渐匮乏，生态环境也越来越差，为人们的生产生活质量带来了较大的威胁和安全隐患。因此，在基于节能设计理念下，对化工工业厂房暖通空调系统实际设计的过程中，要充分贯彻落实可节能原则，最大程度上实现对资源和能源的保护，在促进当地经济发展的同时，能够实现节能的目标，实现生态环境的保护。

1.2 可环保原则

可环保原则即是指在工业生产发展的过程中遵循生态环境保护的理念，因生态环境与人们的生活质量存在着直接的关系，因此在暖通空调系统设计的过程中要遵循环保的原则，贯彻落实节能设计理念。只有这样，才能最大程度上降低城市化发展对人类生存环境造成的破坏，从而促使空调制造企业和化工工业生产企业都得到长远的发展。

1.3 可回收原则

基于节能化的设计在暖通空调系统设计过程中始终要积极响应国家的政策方针，落实绿色理念，坚持可回收原则，做到尽可能利用已有能源，实现真正的节能。因此在空调系统设计的过程中要渗透可回收原则，做到能源梯级利用，“吃干用尽”。比如说零件可拆卸，就可以及时就地更换破损零部件，避免因故障导致整个空调丧失使用价值，被替换的零件也可以通过加工的方式变成其他工业生产的原材料，促进资源的回收和循环利用。

2 化工厂房暖通空调节能设计的要点分析

2.1 负荷计算

负荷计算是暖通空调设计中较为关键的组成部分，与设备的选型存在较为直观的关系[1]。一般来说，供热能耗根据室内空气温度的变化发生变化，尤其是在冬季，供热能耗增加幅度较高，因此在暖通空调系统实际设计的过程中，基于节能设计理念，要合理的控制和设计温度，对厂房进行冷热负荷的有效计算，避免因温度过高、过低导致设备选型不合理，从而造成资源和能源的消耗与浪费。因化工工业厂房与民用及公共建筑用途不同，而不同类型的工业厂房因其工艺流程的不同，其室内冷热负荷有较大区别。当厂房需要长时间大量通风时，其新风负荷较大；当厂房存在常年连续性强热源时，其设备冷负荷较大；当厂房内部定员较多时，其对室内空气的新风量、空气温湿度及空气洁净度的要求均较高。因此要考虑到不同工业厂房的各自特点，并进行细致的负荷计算，作为后续节能设计的依据。

2.2 冷热源选择

冷热源选择是暖通空调设计的重点，也是采暖和空调功能实现的关键[2]。根据《公共建筑节能设计标准》中相关标准，热源可以选择可以利用的废热或者是工业余热，如果化工工业企业本身不具有废热或者是工业余热，那么可以通过锅炉房来提供热源。在化工工业厂房暖通空调设计的过程中，厂房内适用的热源也各不相同，因此要结合实际的情况选择热源。厂区内的一次热源最好采用生产工艺的余热或废热，可以为蒸汽或热水，有的厂房主要是负责企业的运营，可将蒸汽换热成热水作为采暖热源。就多数化工工业企业热源选择的现状来看，化工厂房的用电成本较高，一般不采用电力的方式直接供热[3]。

工厂冷源一般取决于企业的地理位置或与其实际生产情况相关，以工厂厂区内的废热和外接电力为主，通过精细化管控，得以实现能效的最大化利用。目前工业企业暖通空调冷源主要是以浅层地表水的回灌为主，通过集中式的方式实现综合管理，不仅满足了节能设计理念，并且有效实现了成本的管控[4]。

2.3 空气幕设置

在我国化工工业企业生产的过程中，员工在厂区内的活动较为频繁，因此厂房的大门始终保持开放的状态，因大量冷风的侵入对厂房内的温度造成了较大影响。尤其是对于我国西北和东北部的化工企业来说，其冷风侵入量较大[5]。为了有效改善这一情况，在化工工业企业厂房设计的过程中通过会设置空气幕装置，以此来减轻大量冷风侵入所造成的内部热量。根据《工业建筑节能设计统一标准》的要求，寒冷和严寒地区均应在其主要出入口设置热空气门，以降低冷风侵入，避免热空气泄漏。在空气幕设计和应用的过程中不仅确保厂房内的温度保持稳定，并且起到了节能减排的作用，实现了资源利用率的最大化。一般来说，在空气幕设置的过程中如果厂房的宽度在3 m之内，那么送风的方式以单侧为主；如果厂房宽度在3～18 m之内，那么送风的方式以双侧、由上至下送风较为合适；如果厂房的宽度大于18 m，那么送风的方式则以由上至下为主[6]。

2.4 采暖通风空调方式选择

2.4.1 厂房通风

在化工工业厂房通风方式选择的过程中，因厂房的特点不同，因此在选择的过程也要结合实际情况，采用适用于该工况的通风方式。一般来说，如厂房的工艺流程相同，则可整个厂房可采用同一种通风方式，并在厂房内设计合理的气流组织形式，避免产生不必要的通风量造成资源的浪费；当厂房内无强热源时，可设置自然通风系统，设置无动力通风天窗或通风帽散热排风形式，可降低通风系统能耗；如果该厂房的面积较大，那么可以用机械通风来代替自然通风，从而满足厂房通风的标准。另外，在厂房通风设计的过程中还要将排烟、除尘等考虑在内。除此之外，针对化工企业生产产出的有毒气体，在暖通空调过程中，先是要了解到工艺生产废气的等级和生产规模，以此来选择局部排风或者是全厂房烟尘净化的方式进行通风设计。比如说某厂房面积较大，长600 m、宽100 m，仅仅通过外窗的自然通风不能满足厂房的通风换气要求时，可增设排风机，采用自然通风和机械通风联合作用来满足厂房的通风换气的需求[7]。

2.4.2 散热器的选择

在对散热器进行选择的过程中要遵循三个原则，即经济性、实用性和适用性。另外还有根据厂房的类别对散热器进行选择，主要分为几个方面：当厂房负荷指标大时，在散热器选型时应考虑采用对流换热系数较大的散热器，如钢制翅片管散热器，若散热器仍不满足室内采暖要求时，应考虑设置暖风机等辅助供暖设施；对于产尘车间，散热器选型应考虑采用外表面光滑、方便清扫的散热器，避免大量的粉尘积累对散热的效果造成一定的影响；部分工业厂房室内长期较为潮湿，布置在其内部的散热器尽更多考虑其耐腐的性能，实际设计中多采用机制铸铁型散热器；厂房内局部办公场所，可采用较为美观的散热器类型，如钢制或铜铝复合型[8]。此外针对西北地区温度较低的化工工业厂房，地面或者顶棚辐射板的方式采暖也可以采用。

2.5 全新风运行

过渡季节空调系统可以采用全新风工况运行，于春秋季开启该工况，引入室外凉爽的新风对室内进行降温换气，该工况下空调系统的电能消耗大大降低[9]。与此同时，空调系统对室外能源进行了有效利用，真正的贯彻了节能设计理念，对现有的资源和能源起到了一定的保护作用。但应注意全新风工况时空调系统风量较大，应适当增加空调系统尺寸以同时满足空调系统两种工况的需求，且工业厂区内室外空气多为污浊空气，全新风运行时应做好空气净化过滤工作。

3 化工厂房暖通空调节能设计的注意要点

3.1 厂房设计

化工厂房的属性与普通的民居相比存在较大的差别。因而在设计化工厂房内的通风或空调系统的过程中，要将厂房生产情况与节能设计理念要结合，进行综合性的考量和分析，做好调节和优化。此外由于部分化工厂房的建筑面积较大，结构复杂，因此在设计的过程中，要全面系统的进行分析，确保部分设计在完成之后能够有效组合起来。在厂房设计的过程中，为了满足厂房的节能设计标准，还可以将保温维护结构的设计纳入其中，以此来降低冷热负荷，减少暖通空调设计中的耗电量。因此，基于节能设计理念进行化工工业厂房的暖通空调设计，要充分的考量化工企业的实际特点，从而能够在满足工业企业厂房建设需求的基础上，实现资源和能源保护的最大化。

3.2 管道布置

与其他厂房相比，化工厂房因受到室内工艺过程影响，管道较为复杂，暖通空调管道易与室内工艺管道冲突碰撞，必须将厂房内各不同专业的管道和设备进行协同设计。比如说部分的厂房以重工业生产设置为主，厂房内部会放置吊车、行车、起重葫芦等吊装设备。那么在该厂房暖通空调设计的过程中为了避免与其发生冲突，可以与此类设施保持一定的距离，确保布置的合理协调。另外，在暖通空调设计的过程中还要做好保温和保冷工作，确保设备的设计温度与介质温度的基本型相同。除此之外，对于重工业的厂房来说，在暖通空调设计布置的过程中，要确定其动作的范围不会对各类其他设计造成影响。

3.3 分层设计

在暖通空调设计的过程中，基于节能设计理念，在具体实施的过程中可以分层设计，尤其是对于建筑面积较大和层高较高的化工工艺厂房，可以对室内温度分布情况沿厂房高度方向进行分层设计。具体来说，利用冷热空气密度不同而会自动形成热空气上升而冷空气下降的原理，在设计建筑将建筑内部空间根据温度不同分为上中下多层。厂房地面以上2 m内区域多为工作人员活动区域，划定为空调区，空调区上部区域则可以不设置空调，可仅采用通风的方式排除建筑物的热量，从而减少了空调区域的体积，减少了不必要的空调冷负荷。在其设计的过程中，通过通风系统的减少，能够有效降低上层非空调去与内部的辐射热和对流热，从而起到节能降耗的作用，符合节能设计的理念。

3.4 车间特殊要求

除对室内的一般通风要求外，部分化工工业厂房由于其生产工艺流程的特殊性，对室内的暖通空调要求也不尽相同，在空调设计的过程中需要对此类厂房加强重视。如部分的厂房在空调设计时需要设备具备较高的防爆要求，而对于药品生产厂房来说，暖通设计重点在于依照GMP要求对室内温度、湿度以及洁净度进行精细化控制，而洁净厂房的通风空调系统占据厂房内较大的能源消耗，好的通风空调设计可以极大降低厂房内部不必要的能量消耗。除此之外，在暖通空调节能设计的过程中还有部分的问题需要引起重视：首先是由于化工厂房内的存在大量的蒸汽热水管道，这种热损耗大的管道应设置保温及防烫伤措施；其次厂房的采暖系统和空调系统应根据室内冷热负荷的变化及时进行流量调整，进而实现采暖及空调系统的时时节能；最后暖通空调系统如果产生的噪声较大则，表明其能量的损耗较大。因此，在实际设计的过程中，还要做好相关的噪声处理，避免设备发生共振的情况。

4 结语

综上所述，在化工工业厂房暖通空调设备设计的过程中，要坚持节能设计理念，在负荷计算、冷热源选择、空气幕设置和暖通空调方式选择的过程中，要充分的结合厂房的自身条件，利用现有的资源最大程度上减少能源的消耗，降低化工厂房的运行成本。在满足工艺生产基础要求和标准的基础上，做好节能设计，充分贯彻落实绿色理念，做好节能减排，为实现国家“碳达峰、碳中和”的政策作出应有的贡献，也为工业产业的健康发展奠定坚实的基础。