多层厂房的空调系统设计及分析

1 概况

该项目为综合性机加工及装备厂房，建筑面积约为2.7×104m，层高7.8m，共3层。每层厂房长225m，宽40m，分为左、右2个生产区(每层左侧生产区的面积约为4000m，右侧生产区的面积约为5000m ² )，厂房要求设置空调、通风及采暖系统。

各层机加工生产区及组装区工艺要求为：夏季空调，干球温度不高于28℃，同时为保证加工精度，要求空气相对湿度不大于60％；其它季节厂房温度要求不低于16℃，冬季厂房温度通过采暖系统保障；同时，考虑到厂房在生产过程中有刺激性的气体挥发和人员的新风量要求，全年要求厂房内有不低于1次／h的换气次数；对于生产过程中有发热或有害气体产生的封闭房间要求设机械排风。

2 空调设计

2.1 设计思路

根据厂房工艺对温湿度的要求，空调系统采用带一次回风的全空气定风量形式闭：夏季通过空调制冷，达到厂房对温、湿度的要求；过渡季节采用带电加热的空调机组，维持厂房内的温度和新风换气要求；冬季采用带热水加热的空调机组加热新风至厂房室内温度，散热器采暖系统负担厂房围护结构的耗热损失。

由于该厂房纵向长度长，每层的生产区都为单独的区域，各个区域通风系统的要求不相同，为了能够更好地满足工艺要求、节约能源、便于送回风管道的布置和空调机房的管理，确定每个生产区各设一空调机房，共设6个空调机房。6个空调机房组合为一个三层建筑物，设置于该厂房的纵向方向的中部，层高与厂房相同。

空调设备采用卧式组合式空调机组，机组由混风段、初效过滤段、中间段、表冷段、加热段、中效过滤段、送风机段组成。由于负担的空调区域大，送、回风管路长，设回风机。空调送、回风系统与排风系统有机的结合起来，回风一部分与新风汇合，一部分排出室外，达到厂房换气次数的要求。

2.2 空调设计介绍

2.2.1 风量及负荷的计算

—夏季空气处理过程在i-d图表示如下网(图1)。

夏季厂房的空调送风量L送为：

其中：L _送 ：夏季空调送风量，m ³ ／h；C：空气比热，取1.01 kJ／(kg·℃)；P：空气的密度，kg／m ；At：送风温差，根据室温允许波动值±1℃，取8℃；Q显：厂房内的显热量(包括：厂房的维护结构耗冷量、照明散热量、电气设备散热量、人体散热量、工艺设备散热量等)，kW。

根据L _送 ，查i-d图可以得到i _c 和i _l ，最终计算出厂房的空调冷负荷C _L 冷。

- 过渡季节及冬季热负荷：

过渡季：Q热=厂房新风热负荷Q新十厂房围护热负荷Q围

冬季：Q热=厂房新风热负荷Q新

- 厂房各区域的设计风量、设计冷负荷和热负荷，详见下表(表1)。

表1 各区域风量、设计冷负荷及热负荷

2.2.2 系统设计

厂房空调设计采用带一次回风的全空气定风量形式。整个厂房的气流组织形式采用上供下回的方式。送风由空调机房经室外送风主风管通过敷设于本层吊顶内的送风支管送人厂房内，回风由设在下一层的回风支管道经室外主管道(1层为地下地沟)，通过回风竖井回至空调机房。新风从室外就地采取。为保持厂房的微正压，厂房内的送风量大于回风量。空调系统流程图如下图(图2)。

夏季，空调机组根据各层的实际负荷情况投入运行；过渡季节，在室内温度低于16℃的情况下，开启带电加热段的空调机组进行送风，以保证厂房内的温度；冬季，开启带热水加热段的空调机组进行送风，机组仅负担新风热负荷，热源接自厂区的供热管网，供回水温度为70～55℃。

新风除了满足人员的新风量要求外，还补偿厂房的排风(包括个别房间局部排风)。

2.2.3 管路设计

主送、回风管道设置在厂房的外部。在每层的外部做挑板，送风主管道设置于挑板下部，二、三层回风主管设置于下一层的挑板上部，一层回风采用风沟的形式。

各层气流组织形式均采用上送下回方式，其中一层送风支管和二层回风支管敷设于一层吊顶内，二层送风支管和三层回风支管敷设欲二层吊顶内，三层送风支管敷设于三层吊顶内。送、回风支管错位布置吊顶内，送风口采用直片式散流器，回风口设置于厂房两侧及中部贴柱靠近地面的部位。散流器和回风口均为可调节风口。空调管路布置大样见下图(图3)。

2.2.4 空调机房设计

为使厂房内的温度场均匀和便于风管布置，结合厂房主风道的布置，在厂房一侧(设主风管侧)中间部位单独设置专用空调机房，面积约为2052m ² (分三层布置，6个机房)。在机房内设置了12套组合式空调机组(含送风机组与回风机组)。分为6个送风系统和6个回风系统，每个机房设置两套空调机组(每套机组含送风机组和回风机组)。

空调送风由设在空调机房内的组合式送风机组集中处理，为保证厂房内清洁度要求，送风经过机组内两级过滤处理(初效、中效)。

夏季新风和回风混合后经初效过滤段处理后进入表冷挡水段，在表冷挡水段经水冷式表冷器进行降温减湿处理后，进人中效过滤段进行二级过滤处理，最后由风机送人厂房；冬季及过渡季节，新风和回风混合后，经初效过滤段处理后进人加热段，在加热段经加热盘管(或电加热)进行升温处理后，进入中效过滤段进行二级过滤处理，最后由风机送人厂房。

空调冷源来自厂区冷冻站，供回水温度为7／12℃；空调热源由室外热网提供，热媒温度为60／50℃。

3 设计难点及解决措施

3.1 层高的保证

如前所述，厂房的形式为三层框架结构，各层空调面积大，空调送风量大，按保证风管内的风速10m／s计算，各系统主风管的最大截面积为2.5m ² 。

各层的层高均为7.8 m，最大的梁高为1.3m，实际的净空为6.5m，而根据工艺生产要求，厂房的工作净空不低于5.8m，因此只有0.7m的空间布置风管、水管(包括消防、上下水及采暖管道、电缆桥架等)，风管包括送、回风管道，按常规布置是满足不了工艺生产对净空的要求。

针对这一技术难点，业主和设计人员集思广益，结合多层厂房的具体特点和外立面的处理，最终确定把送风主管和回风主管道设置在该厂房外部沿长轴一侧方案。即通过二层、三层、屋顶向外做挑板，三层的送风主管道吊装在屋顶挑板下，回风主管道安装在三层的挑板上；二层的送风主管道吊装在三层挑板下，回风主管道安装在二层的挑板上；一层的送风主管道吊装在二层挑板下，回风采用地沟回风的形式。外立面采用格栅进行装饰处理。

采用此方式布置空调主风管，使吊顶内的风管最大高度仅为0.4m，同时送回风支管还能错开敷设，大大地节省了空调系统对空间高度的要求，最终很好地满

足了业主对厂房净空的要求。

3.2 室外主风管的材质选择

采用外部挑板敷设空调系统的送、回风主管道，外立面采用轻质格栅板对室外风管进行装饰，实际上风管还是相当于敷设在室外。由于外部环境恶劣，因此主风管采用何种材质才能更好地满足保温和使用的要求至关重要。

通过多方调研，最终我们确定采用(机制)玻镁复合板风管。该风管为低温节能型风管，防火性能A1级，保温层B级，游离氯离子含量≤3％，软化系数≥85％，无泛卤，保温材料导热系数≤0.0375w·(m·K)，保温厚度为δ=40mm。与镀锌铁皮加保温的风管相比较，(机制)玻镁复合板风管荷载要小，对于室外恶劣的环境情况适应性强。同时，考虑到防水，在该风管外部采用防水材料包敷。

3.3 空调机房设置

以往的空调机房为了便于设备安装和检修，基本都是单层设置，通过风沟竖井与各层空调系统联系。

而该三层厂房占地长约为225 m，宽约为40m，若按常规设计—个单层空调机房，面积约为(150×18)m ² ，大大突破了业主的规划区域，是不可行的；另外，空调机房单层设置，对应各层的大空调系统，竖井、风沟的布置非常困难。

结合厂房外部挑板布置主风管的特点，我们采用三层空调机房集中设置于厂房长轴中部的形式，每层空调机房对应于各层的空调系统。采用该方式，减少了空调机房的占地面积，仅为(36×19)m ² ；同时，由于机房和各层系统连接简便，控制方便，更便于各空调系统的调节和管理。

当然，采用多层组合空调机房的形式，在施工中会带来机组组装、风管安装的困难，以及将来的检修、更换设备的不便，因此设计中特意在机房的中部预留机组吊装口，并将主厂房内货运电梯尽量靠近空调机房布置兼做空调机组检修电梯，便于检修或更换设备。

另外，由于多层布置空调机组，在设计中更应采取减震防噪措施，如在空调机组底座下垫橡胶垫、送风机组风机段加消音壁板、风管上加消声器；空调机房的外门制作成消音门等。

多层布置空调机组，水封不能像常规那样靠提高设备基础高度解决。我们采用水封设计在下一层的顶板下的方式(一层水封按常规进行设计)，然后单独设计一排水管道进行汇集排放。

3.4 相对湿度的控制

如前所述，为保证加工精度，厂房空气相对湿度要求不大于60％。而在生产过程中，加工设备在切削冷却时有较大的发湿量，这也是不同于一般机械厂房的方面。因此只有算出准确的冷负荷才能满足除湿的要求。

为此，我们专门去类似的生产车间进行了调研，并对单台设备满负荷工作时的产湿量进行了记录，最终确定了该厂房工艺生产时较准确的产湿量。因此在空调负荷计算时，做到了心中有数，并通过在i-d图上确定出准确的热湿比线(L线)和状态点，使负荷计算更加准确。

通过图1可以看到，该厂房的散湿量较大，反应在i-d图上，其热湿比线的角度远远小于一般的空调设计，混合点C和机器露点L之间的焓差大，需要的冷负荷也大。

3.5 空调设备的配置

厂房常年运行，工艺要求夏季厂房干球温度不高于28℃，空气相对湿度不大于60％；其它季节厂房温度要求不低于16℃，冬季的厂房温度通过散热器采暖系统保障。该厂房相对于一般空调厂房在过渡季有温度的要求。

根据以上工艺对温湿度的要求，分别对该厂房夏季、过度季、冬季进行风量、冷热负荷的计算(结果详见表1)，并据此配置空调设备。

具体配置情况如下：

每个空调机房均设两套空调设备，其中一套内设置电加热段，另一套设置热水加热段。夏季，除一层装配区和三层装配区的空调机组为一用一备外(工艺运行要求)，其余各个区域的空调机组同时运行；过渡季节，开启带电加热段的空调机组进行送风，保证过度季厂房温度。电加热器与送风机连锁，同时设置了超温报警装置；冬季，开启带热水加热段的空调机组进行送风，热源接自厂区的供热管网，供回水温度为70～55℃，在临时无热源的情况下，也可以启动带电加热段的空调机组。

4 结语

目前，厂房已经建成使用近2a，温湿度均满足工艺生产的要求；同时，由于合理地解决了主风管的布置问题，各层均满足5.8m的净空要求；多层空调机房在设计中采取的一系列减振降噪措施，目前运行正常，噪音指标达标。说明该多层厂房空调设计是成功的。