摘要　分析了工業(yè)潔凈車間的空調需求特點，對冷熱源設備形式進行了梳理；分析了除濕和送風溫差對冷源品位選擇的影響，指出了７℃制冷劑的應用局限性；分析了常規(guī)熱源在工業(yè)潔凈車間的適用性，討論了分區(qū)集中式與分散式兩種冷熱源形式的選擇，總結了數(shù)據(jù)機房的冷源形式，并提出了相應的節(jié)能措施。提出了深度除濕對低溫冷源需求的解決辦法，總結了工業(yè)潔凈車間的冷熱源形式。結合一工程案例，介紹了冷熱源方案。

關鍵詞　工業(yè)潔凈車間　需求特點　設備形式　冷熱源品位　應用形式　冷熱源形式

微工業(yè)潔凈工業(yè)已成為衡量一個國家的科學技術和經(jīng)濟發(fā)展實力的重要標志，發(fā)達國家把微工業(yè)潔凈工業(yè)作為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。2010年我國大規(guī)模消費型工業(yè)潔凈產(chǎn)業(yè)銷售收入規(guī)模達7.8萬億元，增長29.5％。消費型工業(yè)潔凈產(chǎn)業(yè)作為我國國民經(jīng)濟的基礎性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，已成為國民經(jīng)濟的重要組成部分。

為滿足生產(chǎn)環(huán)境的要求，空調系統(tǒng)幾乎成了工業(yè)潔凈廠房的必配項。工業(yè)潔凈廠房空調系統(tǒng)能耗大，冷熱源能耗占比很大。為此，探討工業(yè)潔凈車間冷熱源方案的選擇意義明顯。

１工業(yè)潔凈車間空調需求特點

１．１24ｈ不間斷運行

為了滿足生產(chǎn)任務的需要，工業(yè)潔凈廠房實行三班倒，廠房２４ｈ有人在崗生產(chǎn)。

１．２舒適性空調兼具工藝性空調

廠房內(nèi)既有生產(chǎn)區(qū)域又有辦公管理區(qū)，而且生產(chǎn)區(qū)域的空調既有以改善工作條件為目的的舒適性空調，又有滿足藝對生產(chǎn)（www.gxshunjiang.com）環(huán)境要求的工藝性空調，就筆者接觸到的項目而言，舒適性空調的比例占３０％～８０％。

１．３　空調參數(shù)具有多樣性

舒適性空調夏季溫度≤２８℃，冬季溫度≥１８℃。工藝性空調參數(shù)具有多樣性，主要體現(xiàn)在具體數(shù)值與控制精度上，既有長年需要供熱的，如老化房，又有常年需要供冷的，如網(wǎng)絡機房；既有恒溫恒濕空調，又有潔凈空調。

１．４　室內(nèi)負荷大

工業(yè)潔凈車間作為工業(yè)建筑，目前沒有節(jié)能規(guī)范對其圍護結構提出明確的保溫要求，圍護結構整體保溫性能差，圍護結構負荷大。工業(yè)潔凈廠房的照明功率略高于普通辦公樓。工藝設備的發(fā)熱量因工藝不同有一定的差異，但總體來講，工藝設備發(fā)熱量較大。除人體負荷含有濕負荷外，室內(nèi)其他負荷均為顯熱負荷。勞動強度為極輕勞動［４］，在室內(nèi)溫度22～28℃時，潛熱負荷比例不高，室內(nèi)負荷中顯熱負荷比例較高。

１．５新風負荷大

新風量根據(jù)兩項因素確定，一是補償室內(nèi)排風量和保持室內(nèi)正壓值所需新風；二是保證每人每小時的最小新風量，一般車間為３０ｍ3／（人?ｈ），潔凈室為４０ｍ3／（人?ｈ），辦公管理區(qū)新風量根據(jù)ＧＢ?。担埃罚常丁玻埃保病睹裼媒ㄖ┡L與空氣調節(jié)設計規(guī)范》選用。相當一部分車間有排風要求，如ＳＭＴ車間（表面組裝車間）、印刷車間等，同時層高相對較高，這導致其補充排風維持正壓所需新風量大。

２冷熱源設備形式

根據(jù)產(chǎn)生冷熱量的能力總結的冷熱源設備形式見表１。應根據(jù)實際需要和現(xiàn)場條件，并著重考慮項目所在地的能源結構、能源價格、能源政策（包括能源的季節(jié)性供應和使用情況）、節(jié)能減排與環(huán)境保護要求以及冷熱源裝置的投資與運行維護費用等因素，綜合確定冷熱源設備形式。

３冷熱源應用形式

３．１冷熱源品位的選擇

品位的選擇應以滿足空調末端處理需要為前提，不同品位的冷熱源獲得的難易程度與能耗水平有很大差別。

３．１．１熱源品位的選擇

集中空調所用熱源，鍋爐供回水溫度為６０℃／５０℃，熱泵的供回水溫度為４５℃／４０℃，而工業(yè)潔凈車間冬季室內(nèi)溫度都在２４℃以下，無論是鍋爐還是熱泵都可以保證足夠的溫差，滿足要求。

３．１．２冷源品位的選擇

冷源品位的選擇就末端而言，主要涉及到除濕與送風溫差，除濕主要針對恒溫恒濕空調，送風溫差則主要針對舒適性空調，除濕需要更低的冷水溫度。

３．１．２．１除濕對冷源品位的要求

冷水的進口溫度應比空氣的出口干球溫度至少低３．５℃，除濕后的狀態(tài)點設為L?點，對應的出風干球溫度為tL，除濕后的相對濕度為９０％或９５％，是一個相對確定的值，則ｔＬ主要取決于除濕后所要達到的含濕量dL，所需的冷水溫度為tL-3.5℃。

影響所需冷水溫度的因素有：室內(nèi)狀態(tài)點的含濕量、承擔濕負荷的處理風量以及室內(nèi)的濕負荷。在其他因素不變的情況下，風量越大，ｄＬ也就越大，冷水的進口溫度也可以越高。

工業(yè)潔凈車間恒溫恒濕空調中常采用溫濕度獨立控制系統(tǒng)處理新風控制濕度，處理回風控制溫度，下面將著重對該種情況進行分析。

新風量≥人員所需新風量，潔凈室的人員新風量為４０ｍ３／（人?ｈ），其他區(qū)域的人員新風量為３０ｍ３／（人?ｈ），勞動強度為極輕勞動?？照{參數(shù)多樣性主要體現(xiàn)在基準數(shù)值與控制精度上，但總體來講，夏季溫度在２０～２８℃之間，相對濕度在４５％～７０％之間，其中５０％最為常用，此處暫將相對濕度統(tǒng)一取為５０％，計算不同室內(nèi)溫度下，滿足除濕要求所需要的冷水溫度。

ｄＬ的計算公式見式（１）。

(1)

式中ｄＬ為除濕后的含濕量，ｇ／ｋｇ；ｄＮ為室內(nèi)狀態(tài)點Ｎ的含濕量，ｇ／ｋｇ；ｎ?為人數(shù)；ｄ?為單位人員散濕量，ｇ／（人?ｓ）；ｇ?為單位人員新風量，ｋｇ／（人?ｓ）。

按人員新風量４０，３０ｍ3／（人?ｈ）計算出ｄＬ，取除濕后相對濕度為９０％，查出室內(nèi)參數(shù)為２０～２８℃，５０％時除濕所需的冷水溫度如表２所示。冷水的供水溫度通常為７℃，由以上數(shù)據(jù)可知，７℃的供水溫度可以滿足大部分情況下的除濕要求，但并不能滿足所有情況下的除濕要求，對于室內(nèi)溫濕度低于２４ ℃，５０％，人員新風量為３０ｍ3／（人?ｈ）的情況，應該采用溫度更低的冷源或換為其他除濕方式。

３．１．２．２送風溫差對冷源品位的影響

舒適性空調在工業(yè)潔凈車間占３０％～８０％，且具有負荷大、以顯熱為主、控制精度要求低的特點，送風溫差與送風量成反比，送風量則影響風機功率、風管及附件尺寸以及安裝空間大小。

送風溫差的最大值受末端冷水進口溫度的制約，冷水進口溫度影響制冷機組的效率，冷水進口溫度升高或降低１℃，機組能耗將升高或降低３％～４％。露點送風的溫差最大，工業(yè)潔凈廠房熱濕比大（１５０００ｋＪ／ｋｇ以上），當室內(nèi)狀態(tài)點參數(shù)為２６℃，５５％，最大送風溫差為１０℃時，假定冷水與表冷器出風溫差一定，則冷水進口溫度變化１℃，出風溫度也變化１℃，送風溫差的變化幅度為１０％以上，送風量、風機功率也變化１０％以上。這說明對于工業(yè)潔凈車間冷水進口溫度對風系統(tǒng)能耗影響明顯大于對制冷機組能耗的影響，因此不能片面為了提高制冷機組能效而任意提高末端

設備冷水溫度，應同時考慮對風系統(tǒng)的影響。

目前，部分項目對車間舒適性空調也采用溫濕度獨立控制系統(tǒng)，回風采用高溫冷水（１６℃）進行處理，結果送風溫差只有６℃，回風量增加了６７％，整個風系統(tǒng)非常龐大，管路布置非常困難。為此，對于車間舒適性空調，由于其控制精度要求低，不建議采用溫濕度獨立控制系統(tǒng)。

３．２分區(qū)集中式與廠房分散式的選擇

工業(yè)潔凈車間有多棟廠房，幾乎每棟廠房都有空調需求，冷熱源的設置形式有２種：一是每棟廠房各設１個冷熱源機房；二是多棟廠房共用１個冷熱源機房即分區(qū)集中式，２種設置形式在應用中均占有一定的比例。分區(qū)集中式有區(qū)域供冷的思想，但是其在一定程度上能避免區(qū)域供冷目前所存在的問題。其一，不同廠房雖屬不同事業(yè)部，但是均屬同一家公司，而且土建與機電設計由同一設計院完成，在總體優(yōu)化時協(xié)調難度相對較小，廠房間的計量收費問題也相對容易解決；其二，廠房間的布置間距在滿足規(guī)范的前提下相對較小，這有利于降低管道冷損失和輸送能耗。集中冷熱源具有明顯的優(yōu)勢比如系統(tǒng)調節(jié)性能強、能效高、集中管理專業(yè)化程度高、建筑空間利用率高和美觀性好，隨著流量分配調節(jié)技術與冷熱量計量技術的進步，分區(qū)集中式的分配調節(jié)與計量已不再是大的問題。雖然兩種形式在應用中均占有一定的比例，但筆者更傾向于分區(qū)集中式。

３．３數(shù)據(jù)機房冷源方案的選擇

工業(yè)潔凈車間中，常遇到數(shù)據(jù)機房，其空調具有很大的特殊性：顯熱負荷大、熱濕比近于無窮大、全年制冷運行、人員數(shù)量少，部分項目甚至封閉循環(huán)運行。為此，數(shù)據(jù)機房的冷源系統(tǒng)應獨立設置?？偨Y起來數(shù)據(jù)機房有３種基本冷源方案：風冷直接膨脹式系統(tǒng)、水冷直接膨脹式系統(tǒng)、冷水型系統(tǒng)，在此基礎上又衍生出了雙冷源系統(tǒng)即直接膨脹式與冷水型相結合的系統(tǒng)。直接膨脹式主要用于小型數(shù)據(jù)機房，冷水型空調系統(tǒng)適用于大型數(shù)據(jù)機房。

空調系統(tǒng)的能耗占整個數(shù)據(jù)機房能耗的４０％以上，全年供冷運行造成了年能耗高。部分過渡季節(jié)時段與冬季，在小型數(shù)據(jù)機房中采用顯熱型新風換氣機，將室外空氣作為冷源對室內(nèi)空氣進行冷卻，是一種較為節(jié)能的措施，此時應注意接管方式，應讓室外低溫空氣在新風換氣機內(nèi)吸熱后直接排至室外而不進入室內(nèi)，室內(nèi)回風進入新風換氣機被新風冷卻后依然送入室內(nèi)。對于大型數(shù)據(jù)機房的冷水型空調系統(tǒng)，部分過渡季節(jié)時段與冬季采用閉式冷卻塔或開式冷卻塔＋板式換熱器進行免費供冷也是一種行之有效的方法，這種方式目前已在很多項目中得到了運用。

３．４深度除濕冷源的選擇

潔凈室與恒溫恒濕車間對溫濕度有嚴格的控制要求，夏季存在除濕的需求，除濕方式主要有３種：轉輪除濕、溶液除濕、冷卻除濕，對于它們在溫濕度獨立控制系統(tǒng)的應用形式，文獻［９］作了比較詳盡的分析討論，工業(yè)潔凈車間中應用得最多的是冷凍除濕。７℃的冷水并不能滿足所有情況的除濕要求，當需要更低溫的冷源時，有２種解決方式：一是采用低溫冷水機＋鹽水或有機化合溶液的載冷劑；二是采用制冷劑直接膨脹冷卻除濕；冷源品位可按３．１節(jié)中的方法進行確定。

制冷劑直接膨脹冷卻除濕在工業(yè)潔凈車間中有一定的應用，其冷卻方式為風冷，蒸發(fā)器作為室內(nèi)部分置于空氣處理機組內(nèi)，將除蒸發(fā)器以外的其他部分作為室外機置于室外。工業(yè)潔凈廠房一般為多層廠房，單層面積較大，這使得蒸發(fā)器與室外機之間的管路過長，制冷量衰減嚴重，品位也有一定的下降，在最熱月份，常出現(xiàn)除濕效果不理想的情況。鑒于此，將風冷改為水冷則更為合適，直接膨脹式系統(tǒng)性能更穩(wěn)定，除濕效果也更易保證，此時直接膨脹式系統(tǒng)的冷卻水存在２種方式：第１種是用冷卻塔提供冷卻水；第２種是將用于回風處理的高溫冷水作為直接膨脹式系統(tǒng)的冷卻水。２種方式的系統(tǒng)節(jié)能性還有待分析，但從工程適應性的角度來講，第２種方式的管路更簡單，如圖１所示。

３．５工業(yè)潔凈車間冷熱源的形式

綜合前面的分析，工業(yè)潔凈車間冷熱源形式適合采用分區(qū)集中大系統(tǒng)＋特殊獨立小系統(tǒng)的形式。分區(qū)集中大系統(tǒng)承擔區(qū)域內(nèi)各廠房舒適性空調負荷與特殊空調的低品位負荷，供回水溫度采用７℃／１２℃，６℃／１３℃或者其他更合適的溫度，通過板式換熱器轉換為高溫冷水，可滿足溫濕度獨立控制系統(tǒng)的顯熱處理要求，雖然存在一定的品質浪費，但是能很好滿足廠區(qū)整體需求。特殊獨立小系統(tǒng)指常年需要供冷的如網(wǎng)絡機房以及溫濕度獨立控制系統(tǒng)的深度除濕部分，這部分應單設系統(tǒng)獨立供應。

４工程案例介紹

某工業(yè)潔凈車間位于重慶，占地面積１３４萬ｍ2，建筑面積８５萬ｍ2，共有３０棟工業(yè)潔凈廠房，每４～６棟劃分為１個區(qū)，每個區(qū)設１個集中冷熱源站。冷水機組為水冷離心式機組，機組采用１０ｋＶ供電，水系統(tǒng)為二級泵變流量系統(tǒng)，７℃／１２℃的供回水溫度，采用靜態(tài)平衡閥平衡各廠房間的壓差。冬季利用開式冷卻塔＋板式換熱器，為需供冷的區(qū)域供冷?？照{熱源與工藝用蒸汽統(tǒng)籌考慮，采用蒸汽鍋爐，廠房內(nèi)設板式換熱器將蒸汽換成熱水。

溫濕度獨立控制系統(tǒng)的顯熱負荷由經(jīng)板式換熱器換熱得到的高溫冷水承擔；對于除濕負荷，當７℃冷水能滿足要求時，直接由７℃冷水承擔，當不能滿足要求時，由風冷直接膨脹式冷卻系統(tǒng)承擔。普通舒適性空調冷負荷全部直接由７℃的冷水承擔。數(shù)據(jù)機房冷源采用風冷直接膨脹式系統(tǒng)＋顯熱型新風換氣機，冬季采用顯熱型新風換氣機提取室外冷量，其余時間由風冷直接膨脹式系統(tǒng)供冷。

５結論

１）工業(yè)潔凈車間具有２４ｈ連續(xù)運行、舒適性空調兼工藝性空調、空調參數(shù)具有多樣性、室內(nèi)負荷大顯熱比例高、新風負荷大的空調需求特點。

２）冷熱源品位的選擇應以滿足末端處理需要為前提，冷源品位的確定要考慮除濕和送風溫差的需求，７℃的冷水在深度除濕時有其應用的局限性，常用的鍋爐和熱泵均可以滿足工業(yè)潔凈車間對熱源的需求。

３）對于工業(yè)潔凈車間，冷水進口溫度對風系統(tǒng)能耗影響明顯大于對制冷機組能耗的影響，因此不能片面為了提高制

冷機組能效而任意提高末端設備制冷劑溫度，應同時考慮對風系統(tǒng)的影響。

４）顯熱型新風換氣機與冷卻塔可以作數(shù)據(jù)機房的冬季冷源，但應注意應用方式。

５）分區(qū)集中大系統(tǒng)＋特殊獨立小系統(tǒng)的冷熱源形式可以很好地適應工業(yè)潔凈車間的空調需求特點。