电气设备厂房通风空调系统设计

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《中国勘察设计杂志》2016年第三期

摘要：

本文结合某电气设备厂房通风空调系统设计案例，对厂房空调系统、防排烟系统、管线综合系统及暖通设备等设计要点进行了分析。

关键词：

通风空调；分层空调；自然排烟；管线综合；种植屋面

1.工程概况

某电气设备厂房总建筑面积约40000m2，建筑高度约14m，主要由生产车间、办公辅房、公用站房三部分组成。车间及站房为地上一层，办公辅房为地上两层。建筑物结构形式为：生产车间为钢排架，办公辅房为钢框架，公用站房为钢筋混凝土框架。该厂房主要生产产品为中小型电气设备。按业主要求，生产车间、办公辅房设舒适性空调系统；按规范要求，设计中考虑相应的通风、防排烟措施。

2.设计参数

2.1室内空气设计参数（见表1）

2.2空调冷热负荷（见表2）

3.空调系统设计

3.1车间空调系统

3.1.1设计方案选择生产厂房由九连跨车间组成，车间跨度以及空间均较大，柱距15m，跨度30m，室内最低点高度10.2m，最高点高度13.2m，无吊车。同类厂房的空调系统大部分采用空气处理机顶送顶回的系统形式，笔者将其定义为方案一（见图1）。由于该厂房空调系统设置的主要目的是为生产人员提供适宜的工作环境，属于舒适性空调范畴，空调区域的高度控制在3m以下即可，而方案一对整个厂房空间进行空气处理，增加了无用的能源消耗。另外，方案一中的风管均需在厂房屋面下吊装，导致建筑物结构构件尺寸增大。鉴于此，厂房拟按分层空调进行设计，可节约初投资及运行费用。考虑到各车间之间需要进行必要的人流、物流沟通，拟将送风高度确定在6.3m左右。最常见的分层空调系统主要是通过架空风管开设射流风口来实现，笔者将其定义为方案二。此系统即为全空气系统，室内负荷全部由经过处理的空气来负担，空气处理设备集中布置在机房内。此种系统在实际应用中有一定的弊端，例如，（1）需有一定的建筑面积作为机房使用；（2）空气比热容量较小，风管尺寸较大，占据的竖向空间较多；（3）考虑其他专业管线的综合排布，对于多连跨厂房来讲，影响视觉通透性、美观性；（4）由于空调机组集中布置，其负担的区域面积往往很大，很难单独满足区域内小面积生产所需的空调要求。如果在末端送风口设置电动风阀、空调机组送风机采取变频控制、在风机降频的同时，关闭不需空调空间的送风，虽然也可以满足小区域的空调要求，但是会导致系统运行控制过程复杂、初投资增加、维保量增大；（5）风管数量多，加工费时费力，不适用于工程进度紧的项目。基于上述因素的考虑，本厂房采用空气-水半集中式空调系统，笔者将其定义为方案三（见图2、图3）。

3.1.2空调末端车间内新风由新风机组（见图3左下角箭头处）分区域集中提供，共8套机组。室内空气处理采用无风管远程射流送风机组（见图2箭头处），共110套。将新风机组吊装在屋面下方靠近外墙处，仅在吊杆生根处的两根屋面檩条作局部加强处理，就可满足安装要求。将无风管远程射流送风机组吊装在综合管架下方。

3.1.3空调风管新风系统采用纤维织物送风管（见图3右上角箭头处），共547m。采用双排悬挂形式，敷设在屋面下方。送风管以及悬挂构件重量很轻，仅1kg/m左右，较传统的铁皮保温风管，对屋面结构构件基本没有影响且可灵活安装。纤维织物风管的另一个特点是允许自由选择外观颜色，风管外观可以与车间内部结构刷漆色调保持一致，风管与建筑融合性较好。另外，风管拆卸方便，便于定期清洗。新风均由新风机组进行处理，以提供适宜的新风量及送风参数。送风管采用渗透出风型纤维织物，由于送风温度设定较高，可确保风管表面不会凝露。

3.2物流中心空调系统厂房内部设有物流中心，主要功能为仓储、转运，建筑面积约2600m2。物流中心内部设有大量立体货架，货架顶部与屋面之间仅考虑布管所需要的空间。鉴于货架具有排布密集且高度较高的特点，采用顶送顶回的气流组织形式。送风口选用远程射流喷口，根据货架的工艺摆放，确定送风口的具体定位，确保送风口在通道上方。

3.3冷热源冷源采用7℃~12℃冷冻水，由两台水冷离心式冷水机组提供。热源采用60℃~50℃热水，由汽-水管板组合式换热机组提供。利用凝结水专用回收机组将凝结水排入市政凝结水管网进行回用。冷水机组及换热机组均设在公用站房内。

3.4自控无风管远程射流送风机组虽为点式空调，可单独控制启停，但考虑到自控成本以及生产的实际情况，我们以三台~五台为一单元控制启停，实现小区域统一控制，以减小运行费用。空调水系统采用一次泵变流量控制。空调系统相关运行状态及数据均远传至集中控制中心，并纳入到企业能源智能管理系统中。

4.防排烟系统设计

该厂房生产类别为丙类，按规范要求需考虑消防排烟。如按机械排烟考虑，排烟量巨大，达180万m3/h。由于厂房平面尺寸较大，若采用边墙式排烟风机，排烟口距室内最不利点的水平距离不满足规范要求；若采用管道式排烟风机，风机及风管在屋面下吊装，其系统较复杂，风管系统工程量较大，也会增加钢结构屋面的荷载，而且在某些区域还会占用车间的净高。因此，如若考虑机械排烟，设置若干台屋顶式排烟风机较为可行。对于钢结构屋面来说，屋面留洞处的防水处理很难做好，尤其是运转设备的基础留洞处，设置屋顶风机增加了屋面的漏水隐患。基于上述分析，同时又结合建筑专业需要在屋面考虑采光的要求，设计了圆拱形自动采光排烟天窗进行自然排烟。平时可根据需要开启天窗进行通风换气，天窗兼具采光、排烟、通风三种功能于一体。

厂房设有适合大空间的红外烟感火灾报警系统。该系统由红外发射器、红外接收器及报警控制器组成。其原理是红外发射器发射红外线，红外接收器收到后输出信号。一旦发生火灾，红外光路被烟气遮挡，红外接收器接收不到红外信号就无相关输出信号。控制器在一定时间内检测不到输出信号即认为发生火灾，然后向火灾报警系统发送火灾报警信号。圆拱形自动采光排烟天窗设有控制柜，接收到火灾报警信号后，能够立即自动开启进行自然排烟。本项目现场消防验收时，排烟天窗按既定控制程序自动打开，烟气排出效果较好。

5.管线综合系统设计

该项目厂房为钢结构形式，柱距较大，无法参考国家标准图集进行管线支吊架的选用与安装。本次设计将各专业管线进行了汇总，并遵循一定的管线排布要求，完成了管线综合设计图，用于指导施工。管线综合设计图中给出了所有管道的标高、定位以及支吊架的规格与做法。项目实际施工过程中，管线安装的问题得到了较好的解决。管线综合断面图见图4。无风管远程射流送风机组大多借助柱子进行架空安装（见图5）。本厂房柱距较大，达15m，若采用此种安装方式，绝大部分空调送风集中在柱子侧，其室内气流均匀度较差。利用管线综合设计中的综合管架，可以灵活地确定送风机组的位置，能够获得较好的气流组织。管线综合实际效果见图2。

6.配合种植屋面的暖通布置

本项目中的办公辅房为人员办公场所，考虑到办公与生产对空调需求时间上的不一致，办公区域采用多联机空调系统，冬夏两用。本项目办公辅房采用种植屋面，多联机室外机布置时充分考虑此种因素，结合屋面绿化设计，优化设备排布。排烟风机、排风机及风井均作此考虑（见图6）。

7.实际运行效果

本项目于2013年11月完成施工图设计，2015年初投产使用，至今经历了一个制冷季，空调系统运行良好。

作者：郑久军 单位：中国新时代国际工程公司