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化工廠房暖通空調系統(tǒng)的節(jié)能設計

發(fā)布時間:

2023-10-12 08:49

暖通空調系統(tǒng)主要是由空調、采暖和通風設備組成,是化學工業(yè)廠房中較為重要的組成部分。暖通空調系統(tǒng)直接關系到室內空氣環(huán)境和溫度的狀態(tài), 因此要基于節(jié)能設計理念下, 在暖通空調實際設計的過程中確保其滿足工業(yè)廠房的建設需求和生產(chǎn)條件。在節(jié)能減排的發(fā)展趨勢下, 傳統(tǒng)暖通空調系 統(tǒng)的高耗能特性已經(jīng)難以符合當代的時代發(fā)展和社會環(huán)境要求。因此,工業(yè)廠房, 特別是化學工業(yè)廠房的暖通空調設計, 要將節(jié)能設計作為核心, 充分貫徹落實節(jié)能理念, 通過對暖通空調設計各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化真正實現(xiàn)技能減排,為其他工業(yè)廠房的空調、供暖和通風節(jié)能設計提供成功思路。

1 暖通空調設計中節(jié)能設計的原則
1 . 1 可節(jié)能原則

資源是確保人類生存的基礎和前提。以往部分地區(qū)和企業(yè)在發(fā)展建設的同時忽略了對資源、 能源的保護, 從而導致資源和能源日 漸匱乏, 生態(tài)環(huán)境也越來越差, 為人們的生產(chǎn)生活質量帶來了較大的威脅和安全隱患。因此, 在基于節(jié)能設計理念下, 對化工工業(yè)廠房暖通空調系統(tǒng)實際設計的過程中, 要充分貫徹落實可節(jié)能原則, 最大程度上實現(xiàn)對資源和能源的保護,在促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的同時, 能夠實現(xiàn)節(jié)能的目 標,實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的保護。
1 . 2 可環(huán)保原則

可環(huán)保原則即是指在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的過程中遵循生態(tài)環(huán)境保護的理念, 因生態(tài)環(huán)境與人們的生活質量存在著直接的關系, 因此在暖通空調系統(tǒng)設計的過程中要遵循環(huán)保的原則, 貫徹落實節(jié)能設計理念。 只有這樣, 才能最大程度上降低城市化發(fā)展對人類生存環(huán)境造成的破壞, 從而促使空調制造企業(yè)和化工工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)都得到長遠的發(fā)展。
1 . 3 可回收原則

基于節(jié)能化的設計在暖通空調系統(tǒng)設計過程中始終要積極響應國家的政策方針, 落實綠色理念, 堅持可回收原則, 做到盡可能利用已有能源, 實現(xiàn)真正的節(jié)能。因此在空調系統(tǒng)設計的過程中要滲透可回收原則, 做到能源梯級利用, “吃干用盡”。比如說零件可
拆卸, 就可以及時就地更換破損零部件, 避免因故導致整個空調喪失使用價值, 被替換的零件也可以通過加工的方式變成其他工業(yè)生產(chǎn)的原材料, 促進資源的回收和循環(huán)利用。
2 化工廠房暖通空調節(jié)能設計的要點分析
2. 1 負荷計算

負荷計算是暖通空調設計中較為關鍵的組成部分, 與設備的選型存在較為直觀的關系 。 一般來說,供熱能耗根據(jù)室內空氣溫度的變化發(fā)生變化, 尤其是在冬季, 供熱能耗增加幅度較高, 因此在暖通空調系統(tǒng)實際設計的過程中, 基于節(jié)能設計理念, 要合理的控制和設計溫度, 對廠房進行冷熱負荷的有效計算,避免因溫度過高、 過低導致設備選型不合理, 從而造成資源和能源的消耗與浪費。因化工工業(yè)廠房與民用及公共建筑用途不同, 而不同類型的工業(yè)廠房因其工藝流程的不同, 其室內冷熱負荷有較大區(qū)別。 當廠房需要長時間大量通風時, 其新風負荷較大; 當廠房存在常年連續(xù)性強熱源時, 其設備冷負荷較大; 當廠房內部定員較多時, 其對室內空氣的新風量、 空氣溫濕度及空氣潔凈度的要求均較高。因此要考慮到不同工業(yè)廠房的各自 特點, 并進行細致的負荷計算, 作為后續(xù)節(jié)能設計的依據(jù)。

2. 2 冷熱源選擇

冷熱源選擇是暖通空調設計的重點, 也是采暖和空調功能實現(xiàn)的關鍵。 根據(jù)《公共建筑節(jié)能設計標準》中相關標準, 熱源可以選擇可以利用的廢熱或者是工業(yè)余熱, 如果化工工業(yè)企業(yè)本身不具有廢熱或者是工業(yè)余熱, 那么可以通過鍋爐房來提供熱源。 在化工工業(yè)廠房暖通空調設計的過程中, 廠房內適用的熱源也各不相同, 因此要結合實際的情況選擇熱源。 廠區(qū)內的一次熱源最好采用生產(chǎn)工藝的余熱或廢熱, 可以為蒸汽或熱水, 有的廠房主要是負責企業(yè)的運營,可將蒸汽換熱成熱水作為采暖熱源。就多數(shù)化工工業(yè)企業(yè)熱源選擇的現(xiàn)狀來看, 化工廠房的用 電成本較高, 一般不采用電力的方式直接供熱 。

工廠冷源一般取決于企業(yè)的地理位置或與其實際生產(chǎn)情況相關, 以工廠廠區(qū)內的廢熱和外接電力為主, 通過精細化管控, 得以實現(xiàn)能效的最大化利用。目前工業(yè)企業(yè)暖通空調冷源主要是以淺層地表水的回灌為主, 通過集中式的方式實現(xiàn)綜合管理, 不僅滿足了節(jié)能設計理念, 并且有效實現(xiàn)了成本的管控 。
2. 3 空氣幕設置

在我國 化工工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的過程中, 員 工在廠區(qū)內的活動較為頻繁, 因此廠房的大門始終保持開放的狀態(tài), 因大量冷風的侵入對廠房內的溫度造成了較大影響。尤其是對于我國西北和東北部的化工企業(yè)來說, 其冷風侵入量較大 。 為了有效改善這一情況, 在化工工業(yè)企業(yè)廠房設計的過程中通過會設置空氣幕裝置, 以此來減輕大量冷風侵入所造成的內部熱量。根據(jù)《工業(yè)建筑節(jié)能設計統(tǒng)一標準》的要求, 寒冷和嚴寒地區(qū)均應在其主要出入口 設置熱空氣門, 以降低冷風侵入, 避免熱空氣泄漏。 在空氣幕設計和應用的過程中不僅確保廠房內的溫度保持穩(wěn)定, 并且起到了節(jié)能減排的作用, 實現(xiàn)了資源利用率的最大化。 一般來說, 在空氣幕設置的過程中如果廠房的寬度在 3 m之內, 那么送風的方式以單側為主; 如果廠房寬度在3~18 m 之內, 那么送風的方式以雙側、 由 上至下送風較為合適; 如果廠房的寬度大于 18 m, 那么送風的方式則以由上至下為主  。

2. 4 采暖通風空調方式選擇
2. 4. 1 廠房通風

在化工工業(yè)廠房通風方式選擇的過程中, 因廠房的特點不同, 因此在選擇的過程也要結合實際情況,采用適用于該工況的通風方式。 一般來說, 如廠房的工藝流程相同, 則可整個廠房可采用 同一種通風方式, 并在廠房內設計合理的氣流組織形式, 避免產(chǎn)生不必要的通風量造成資源的浪費; 當廠房內無強熱源時, 可設置自 然通風系統(tǒng), 設置無動力通風天窗或通風帽散熱排風形式, 可降低通風系統(tǒng)能耗; 如果該廠房的面積較大, 那么 可以用 機械通風來代替自 然通風, 從而滿足廠房通風的標準。 另 外, 在廠房通風設計的過程中還要將排煙、 除塵等考慮在內。除此之外,針對化工企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)出的有毒氣體, 在暖通空調過程中, 先是要了解到工藝生產(chǎn)廢氣的等級和生產(chǎn)規(guī)模,以此來選擇局部排風或者是全廠房煙塵凈化的方式進行通風設計。比如說某廠房面積較大, 長 600 m、 寬100 m, 僅僅通過外窗的自 然通風不能滿足廠房的通風換氣要求時, 可增設排風機, 采用自 然通風和機械通風聯(lián)合作用來滿足廠房的通風換氣的需求。
2. 4. 2 散熱器的選擇

在對散熱器進行選擇的過程中要遵循三個原則,即經(jīng)濟性、 實用性和適用性。另外還有根據(jù)廠房的類別對散熱器進行選擇, 主要分為幾個方面:當廠房負荷指標大時, 在散熱器選型時應考慮采用對流換熱系數(shù)較大的散熱器, 如鋼制翅片管散熱器, 若散熱器仍不滿足室內采暖要求時, 應考慮設置暖風機等輔助供暖設施;對于產(chǎn)塵車間, 散熱器選型應考慮采用外表面光滑、 方便清掃的散熱器, 避免大量的粉塵積累對散熱的效果造成一定的影響;部分工業(yè)廠房室內長期較為潮濕, 布置在其內部的散熱器盡更多考慮其耐腐的性能, 實際設計中多采用機制鑄鐵型散熱器; 廠房內局部辦公場所, 可采用較為美觀的散熱器類型, 如鋼制或銅鋁復合型。此外針對西北地區(qū)溫度較低的化工工業(yè)廠房, 地面或者頂棚輻射板的方式采暖也可以采用。
2. 5 全新風運行

過渡季節(jié)空調系統(tǒng)可以采用全新風工況運行, 于春秋季開啟該工況, 引入室外涼爽的新風對室內進行降溫換氣, 該工況下空調系統(tǒng)的電能消耗大大降低 。與此同時, 空調系統(tǒng)對室外能源進行了有效利用, 真正的貫徹了節(jié)能設計理念, 對現(xiàn)有的資源和能源起到了一定的保護作用。但應注意全新風工況時空調系統(tǒng)風量較大, 應適當增加空調系統(tǒng)尺寸以同時滿足空調系統(tǒng)兩種工況的需求, 且工業(yè)廠區(qū)內室外空氣多為污濁空氣, 全新風運行時應做好空氣凈化過濾工作。

3 化工廠房暖通空調節(jié)能設計的注意要點
3. 1 廠房設計

化工廠房的屬性與普通的民居相比存在較大的差別。因而在設計化工廠房內的通風或空調系統(tǒng)的過程中, 要將廠房生產(chǎn)情況與節(jié)能設計理念要結合, 進行綜合性的考量和分析, 做好調節(jié)和優(yōu)化。 此外由于部分化工廠房的建筑面積較大, 結構復雜, 因此在設計的過程中, 要全面系統(tǒng)的進行分析, 確保部分設計在完成之后能夠有效組合起來。在廠房設計的過程中,為了滿足廠房的節(jié)能設計標準, 還可以將保溫維護結構的設計納入其中, 以此來降低冷熱負荷, 減少暖通空調設計中的耗電量。 因此, 基于節(jié)能設計理念進行化工工業(yè)廠房的暖通空調設計, 要充分的考量化工企業(yè)的實際特點, 從而能夠在滿足工業(yè)企業(yè)廠房建設需求的基礎上, 實現(xiàn)資源和能源保護的最大化。

3. 2 管道布置

與其他廠房相比, 化工廠房因受到室內工藝過程影響, 管道較為復雜, 暖通空調管道易與室內工藝管道沖突碰撞, 必須將廠房內各不同專業(yè)的管道和設備進行協(xié)同設計。比如說部分的廠房以重工業(yè)生產(chǎn)設置為主, 廠房內部會放置吊車、 行車、 起重葫蘆等吊裝設備。那么在該廠房暖通空調設計的過程中為了避免與其發(fā)生沖突, 可以與此類設施保持一定的距離, 確保布置的合理協(xié)調。 另外, 在暖通空調設計的過程中還要做好保溫和保冷工作, 確保設備的設計溫度與介質溫度的基本型相同。 除此之外, 對于重工業(yè)的廠房來說, 在暖通空調設計布置的過程中, 要確定其動作的范圍不會對各類其他設計造成影響。
3. 3 分層設計

在暖通空調設計的過程中, 基于節(jié)能設計理念,在具體實施的過程中可以分層設計, 尤其是對于建筑面積較大和層高較高的化工工藝廠房, 可以對室內溫度分布情況沿廠房高度方向 進行分層設計。 具體來說, 利用冷熱空氣密度不同而會自 動形成熱空氣上升而冷空氣下降的原理, 在設計建筑將建筑內部空間根據(jù)溫度不同分為上中下多層。廠房地面以上 2 m 內區(qū)域多為工作人員活動區(qū)域, 劃定為空調區(qū), 空調區(qū)上部區(qū)域則可以不設置空調, 可僅采用通風的方式排除建筑物的熱量, 從而減少了空調區(qū)域的體積, 減少了不必要的空調冷負荷。 在其設計的過程中, 通過通風系統(tǒng)的減少, 能夠有效降低上層非空調去與內部的輻射熱和對流熱, 從而起到節(jié)能降耗的作用, 符合節(jié)能設計的理念。
3. 4 車間特殊要求

除對室內 的一般通風要求外, 部分化工工業(yè)廠房由于其生產(chǎn)工藝流程的特殊性, 對室內的暖通空調要求也不盡相同, 在空調設計的過程中需要對此類廠房加強重視。如部分的廠房在空調設計時需要設備具備較高的防爆要求, 而對于藥品生產(chǎn)廠房來說, 暖通設計重點在于依照 GMP 要求對室內溫度、 濕度以及潔凈度進行精細化控制, 而潔凈廠房的通風空調系統(tǒng)占據(jù)廠房內較大的能源消耗, 好的通風空調設計可極大降低廠房內部不必要的能量消耗。 除此之外, 在暖通空調節(jié)能設計的過程中還有部分的問題需要引起重視: 首先是由于化工廠房內的存在大量的蒸汽熱水管道, 這種熱損耗大的管道應設置保溫及防燙傷措施; 其次廠房的采暖系統(tǒng)和空調系統(tǒng)應根據(jù)室內冷熱負荷的變化及時進行流量調整, 進而實現(xiàn)采暖及空調系統(tǒng)的時時節(jié)能; 最后暖通空調系統(tǒng)如果產(chǎn)生的噪聲較大則, 表明其能量的損耗較大。因此, 在實際設計的過程中, 還要做好相關的噪聲處理, 避免設備發(fā)生共振的情況。
4 結語

綜上所述, 在化工工業(yè)廠房暖通空調設備設計的過程中, 要堅持節(jié)能設計理念, 在負荷計算、 冷熱源選擇、 空氣幕設置和暖通空調方式選擇的過程中, 要充分的結合廠房的自 身條件, 利用現(xiàn)有的資源最大程度上減少能源的消耗, 降低化工廠房的運行成本。在滿足工藝生產(chǎn)基礎要求和標準的基礎上, 做好節(jié)能設計, 充分貫徹落實綠色理念, 做好節(jié)能減排, 為實現(xiàn)國家“碳達峰、 碳中和”的政策作出應有的貢獻, 也為工業(yè)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展奠定堅實的基礎。

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