高大厂房恒温空调方案探索及分析

摘要：随着国家工业化程度的快速发展、提升，对于厂房的设计、建设提出了更高的要求，特别是生产高端大型精密加工件需求高大厂房的恒温环境，对空调安装技术方案高。结合实际工程，介绍了为高大空间厂房恒温中央空调系统的设计方案，就一些设计要点、节能性进行了探讨、提出一些建议。

Abstract： With the rapid development and improvement of the country's industrialization degree， higher requirements are put forward for the design and construction of the factory， especially for the constant temperature environment with high space for the production of high-end large-scale precision machining parts， and the high technical scheme for air-conditioning installation. Combined with practical engineering， the paper introduces the design scheme of constant temperature central air conditioning system for large space workshop， discusses some design points and energy saving， and puts forward some suggestions.

关键词：高大厂房;恒温;节能

Key words： high ceiling industrial plant;constant temperature;energy saving

中图分类号：TU831.3                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）28-0151-02

0  引言

人类自第一台空调问世后，便不再饱受冬冷夏热之苦。然后空调的出现也带来了一系列问题，如温室效应、大气臭氧层破坏、空调病等。20世纪70年代，随着能源危机的出现，人类开始认识到节能的重要性。而当今发达国家中，20～30%的能源都用在了空调系统上，因而节能呼声越来越高。从此节能，特别是节约能耗，已经成为了人类必须解决的一个新课题。

随着我国制造业的快速发展，越来越多的现代化厂房拔地而起，这些厂房也是有了更好的设计标准，以满足制造业高质量发展的硬件要求。共享集团作为制造业基础铸造行业的领头羊，正处于引领行业进步的关键转型升级过程，追求高端制造、绿色铸造，公司力推的3D打印技术的新材料、新技术的应用，变革以应对铸造业的环境、劳动强度等负面效应。比如大型高端铸件的精密加工，其厂房具有高、大的属性，但是对环境温度却要求特定的恒温，给跨度大、空间高的大型工厂确保恒温带来极大的挑战。

1  工程概况

高大空间厂房的出现，使高大空间空调技术应用成为一种客观的需求。高大空间空调技术应用的基本原则是，制冷时冷风只送到工作区，此外利用室外空气或回风分隔形成上不非空调空间或用于消防排烟，制热时，送风温差宜小，且应送到工作区。有条件时与辐射供热相结合。采取这些措施，空调负荷可以减少30～40%。所以搞到空间厂房空调控制技术包括喷口送风、分层空调、下部送风、置换通风等等。其中利用喷口送风方式能充分发挥可感气流的热舒适效应，能够有效的实现节能与恒温控制的统一，具有射程远、系统简单和投资金额少的特点。

有恒温要求的大空间工业厂房，需要采用中央空调系统。面积在1000m2以下，或者高度在6m以下，易通过中央空调直接实现恒温（t±2℃）。而实现跨度大、空间高的厂房的恒温存在诸多困难，或者采用全空间空调产生巨大的运行能耗，造成能源浪费。从节约能源与便于系统布置等考虑，高大厂房更适宜采用分层空调方式。

本次工程位于宁夏银川，为数字化精密加工工厂，厂房长90.78m，宽33.78m，總面积3066.55m2，总建筑面积高14.5m，厂房整体属于高大空间厂房，而温度要求t±2℃，直接采用中央空调调控具有诸多困难，比如跨度大送风难、空间高引起对流强且送风不均匀，水平和垂直方向都实现相对恒温的问题。而且要求连续24小时恒温，使主机方案、系统方案、送风方式、控制方案都面临着前所未有的挑战。调研了国内多家同类型高大厂房企业，没有找到在类似规模的工厂内实现恒温中央空调的先例，并咨询国内高资质的专业设计院，也因为实现难度太大而谢绝合作。

2  工程方案

工程目标：通过案例调研和理论论证，方案的设计、实施和验证。经过大量的调研、论证，针对实现跨度大、空间高的厂房恒温，提出一套正对性的恒温中央空调方案，实现整个厂房的恒温（设t±2℃），并具有以下特点：

2.1 送风方式

工厂高度14.5m，故采用多层送风。通过射流柜机分两路送风，其中一路送至6m高度，由射流风口水平方向高速送出，在工厂6m高处形成一层风幕，将空间分为上下两层，6m以下为空调空间。通过这种创新的方式，既给操作区实现恒温空气调节创造了条件，也因此减少空气调节范围而大大节约能源;另一路送风由射流柜机前侧的射流风口相对低速送风至6m以下的操作区域，从而实现对操作区域的恒温空气调节。

2.2 空调柜机的选型设计要求

①可调节分层、远距离均匀送风;

②可根据需要智能调节热媒流量、送风温度;每台柜机既能与系统连锁运行，又能独立运行;

③具备在制冷模式、制热模式、过渡模式过程中保持恒温送风的能力;

④在系统切换过程中确保温度精确控制，避免因冷热模式切换带来能耗或耽搁时间，采用柜机电辅助加热，更能确保室内温度恒温控制。

2.3 主机选择

选用风冷热泵，具备以下功能：具有昼夜交替时使制冷制热功能自由切换功能，比如五月份，室外温度最高30℃，夜间最低10℃，昼夜温差最大达20℃，这就需要白天制冷，而晚上制热，才能保证室内温度恒温。另外需要满足季节性切换。

2.4 智能控制系统方案设计

系统采用PLC控制，可全年全天24小时无人智能控制，可以实现参数、信号本地＼远程监控，科实现本地＼远程启停和调节。

3  取得的成果与创新点

为数字化精密加工工厂实现恒温环境，取得的成果主要体现在以下几个方面：

①实现了大跨度（长90.78m，宽33.78m）、高空间（高14.5m）厂房的恒温空调。最常见的恒温中央空调是在顶部均匀布置送风口向下送风，也有采用侧面送风，经风口将风均匀送至工作区域，这要求风口距地面的高度低于5m，厂房跨度小于10m，方可实现恒温控制，厂房高度高于5m跨度大于10m使其恒温效果会大大降低，且运行能耗也会剧增。通过本次工程的实践，实现了大跨度、高空间厂房的恒温空调。

②创新的送风方式——分层均匀送分（复合送风）：提高送风距离，实现均匀送风，降低能耗。通过射流柜机分两路送风，其中一路送至6m高度，由射流风口水平方向高速送出，在工厂6m高处形成一层风幕，将空间分为上下两层，上层起风幕隔离作用，将工作区与非工作区隔离，使冷量或者热量主要集中在工作区发挥作用;下层通过射流分口高速向工作区均匀送风，从而达到传递冷量（热量）的作用。

③恒温：通过送风方式的巧妙设计、射流柜机具备恒温调节、冷（热）媒体无极变频调节、主机冷热负荷自动调节和冷（热）模式智能控制等多环节智能控制，最终实现工作区域水平方向和垂直方向的恒温控制（设定温度t±2℃）。

④智能控制：系统实现无人智能启动控制，实现温度、压力、开机状态、阀门状态、频率等信息的自动提取、计算分析，反馈自控温度控制、流量控制、制冷＼制热模式切换、空调主机制冷制热量按需智能控制等。另外该系统可拥有本体手动＼自动切换和本体＼远程自动控制功能。

⑤节能：主机采用可分级智能控制模块机组，将主机系统分成小组成部分，采用智能分配控制运行，使主机系统按需制取冷量（热量）;系统冷媒、热媒采用无极变频控制运行，大大降低运行能耗;制冷机采用R410A环保型制冷剂;主机采用风冷模块热泵，相对水冷或者燃料空调更具有节能环保优势;冬季供热时系统切换到市政集中热水给系统，系统根据负荷调节温度、流量，减少热量浪费;空调送风采用分层送风，将低层操作区域和高层非操作区域用风幕隔离，冷热量主要在操作区域发挥作用，直接降低了空调系统的运行能耗。

4  取得的效益及运行情况

①直接经济效益：相对传统中央空调方案，采用本次创新的空调机组方案能耗降低20%，节约年运行成本成本约16万元。

②间接效益：属国内在大跨度、层高较高的工厂内实现恒温中央空调的首创成功案例，为公司大型铸件精密加工创造恒温条件，为企业提高竞争力创造有利条件。

③运行状况：该中央空调系统投运2年，系统零故障、顾客零投诉，运行稳定可靠。

高大厂房应用这种分层空调控制技术具有显著的节能效益和经济效益，将得到普遍认同。伴随着现代化大工业的蓬勃发展，高大厂房也会越来越多，并且对温度控制提出严格要求，分层空调技术的应用将拥有一个广阔的用武之地。

借助本次案例，对典型高大厂房分层空调应用中空气流动特性以及不同季节温度工况下，得出了一些工作区温度控制的有效措施，获得了对一些高大厂房分层空调技术应用具有指导意义和参考价值。

5  存在的问题

①为了确保空调将冷（热）量送至跨度最远的区域，必须考虑风速较高，使得噪音较高，舒适性降低，以后的方案设计适当考虑降低风速（噪音）。

②厂房大门未设置门斗，开启后冷热空气的流通会干烧厂房内的温度场，以后的方案应设计门斗，以减少厂房内温度场的干扰。

③投资较大：为提高控制系统的可靠性，每一台柜机均配PLC控制系统;现场生产要求保持24小时恒温，考虑到极端天气和系统异常状况，为系统配置考虑的富余量为20%，这部分也增加了投资成本。类似的方案设计中可以根据行业属性和生产状况，可考虑在这两个方面降低投资。

6  结束语

据我们前期调查及后期方案实施及运行状况分析，该恒温中央空調方案是一个非常典型和成功中央空调方案，适用于大跨度、高空间厂房的恒温控制，是我们根据企业网络化和企业生产要求而设计的独具特色的中央空调系统，可以在以后的同类型的智能化工厂中推广应用，具有非常广阔的前景。

参考文献：

[1]张华玲，付祥钊，马晓雯.地下高大厂房空调送风的数值模拟[J].重庆大学学报（自然科学版），2003（09）.

[2]么淑倩，韩建芳，王衡.大空间建筑模型上送风空调数值模拟[J].山西建筑，2005（13）.

[3]赵国庆.大空间建筑空调设计概述[J].低温与特气，2007（05）.

作者简介：邵亮峰（1976-），男，宁夏银川人，高级工程师，毕业于西安工程大学，建筑环境与设备工程专业，主要从事企业环境、能源和设备的管理、技术改造及研究工作。