潔凈廠房車間改造彩鋼板隔墻工程及凈化空調(diào)設(shè)計(jì)
潔凈廠房車間改造彩鋼板隔墻工程及凈化空調(diào)設(shè)計(jì)，潔凈廠房設(shè)計(jì)必須貫徹執(zhí)行的有關(guān)方針政策，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量、符合節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的要求。凈化工程裝修、凈化工程施工、潔凈車間彩鋼板隔墻工程、無塵室改造工程、潔凈廠房裝修工程。
潔凈車間改造用于新建和改建、擴(kuò)建的潔凈廠房設(shè)計(jì)，但不適用于以細(xì)菌為控制對(duì)象的生物潔凈室。本規(guī)范有關(guān)防火和疏散、消防設(shè)施章節(jié)的規(guī)定，不適用于建筑高度超過24米的高層潔凈廠房和地下潔凈廠房的設(shè)計(jì)。
在利用原有建筑進(jìn)行潔凈技術(shù)改造時(shí)，潔凈廠房設(shè)計(jì)必須根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，因地制宜、區(qū)別對(duì)待，充分利用已有的技術(shù)設(shè)施。
潔凈廠房設(shè)計(jì)應(yīng)為施工安裝、維護(hù)管理、檢修測試和安全運(yùn)行創(chuàng)造必要的條件。潔凈廠房設(shè)計(jì)除應(yīng)按本規(guī)范執(zhí)行外，尚應(yīng)符合現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的有關(guān)要求。
潔凈廠房空調(diào)凈化設(shè)計(jì)：
潔凈廠房為重點(diǎn)工程項(xiàng)目，用于大中型航天產(chǎn)品的總裝測試。主要由6個(gè)大小不同的潔凈測試大廳、附屬工藝用房和設(shè)備機(jī)房組成，潔凈大廳的最大高度達(dá)到31m，潔凈空間的總?cè)莘e約為100000m3。該潔凈廠房不僅空間高、體量大，屬于超大型潔凈廠房，而且設(shè)計(jì)參數(shù)要求高，又處于惡劣的室外氣候環(huán)境中，另外對(duì)系統(tǒng)可靠性要求很高，這給其空調(diào)凈化設(shè)計(jì)帶來了不少新問題。這種超大型潔凈廠房的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)沒有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)可以遵循，許多技術(shù)難題需要研究解決。另外，超大型低溫低濕潔凈廠房空調(diào)凈化系統(tǒng)的投資大、能耗高，如何在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，使投資、能耗和運(yùn)行費(fèi)用大幅度減少？這是該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)難題。
為此，在設(shè)計(jì)之前開展了下列10項(xiàng)專題研究：當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境懸浮顆粒物濃度變化規(guī)律測試研究，該潔凈廠房空調(diào)冷熱負(fù)荷與能耗特性的全年逐時(shí)模擬研究，空調(diào)冷熱源規(guī)劃方案研究，凈化換氣次數(shù)和新風(fēng)換氣次數(shù)的優(yōu)化研究，海水源熱泵空調(diào)研究，太陽能空調(diào)適用性研究，新型除濕方案研究，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)絕熱的節(jié)能經(jīng)濟(jì)性研究，空調(diào)冷凝水回收利用研究，空調(diào)凈化系統(tǒng)防臺(tái)風(fēng)、防鹽霧、防凝露研究，并進(jìn)行了大量模擬分析和測試研究工作，這些研究成果為該項(xiàng)目空調(diào)凈化的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了重要的技術(shù)支撐。采用了全年逐時(shí)模擬的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度和精細(xì)化程度。該項(xiàng)目于2011年3月完成施工圖設(shè)計(jì)，2014年11月進(jìn)入調(diào)試階段，2015年8月底完成了冬季和夏季工況調(diào)試，通過了工程驗(yàn)收后交付使用。本文介紹了該項(xiàng)目空調(diào)凈化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和主要性能測試結(jié)果。由于篇幅所限，重點(diǎn)介紹其中規(guī)模最大的潔凈測試大廳的空調(diào)凈化設(shè)計(jì)情況。
主要設(shè)計(jì)要求
該潔凈測試大廳為長方體，室內(nèi)凈空尺寸為82m×28 m×31m（長×寬×高），潔凈區(qū)面積為2 296m2，室內(nèi)容積為72000 m3。頂部設(shè)置了吊車，空調(diào)潔凈工作區(qū)的最大高度為23 m。該潔凈測試大廳的室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)為：溫度20℃±5 ℃，相對(duì)濕度30％～45％（20 ℃時(shí)），潔凈等級(jí)8級(jí)，室內(nèi)露點(diǎn)溫度要求達(dá)到5 ℃。根據(jù)工藝要求，其全年的室溫控制參數(shù)為20℃±2℃，并希望室溫能達(dá)到15℃，以適應(yīng)航天產(chǎn)品的發(fā)展對(duì)更低測試環(huán)境溫度的需求。
3主要技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)
3.1潔凈區(qū)空間高、體量大
在國內(nèi)同類潔凈測試大廳中，該潔凈測試大廳的體量規(guī)模是最大的，其容積是太原衛(wèi)星發(fā)射中心同類高大潔凈測試大廳的7倍，屬于超大型潔凈大廳，這給設(shè)計(jì)工作帶來了一系列困難。
3.1.1關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的確定問題
超大型潔凈廠房的凈化特性和室內(nèi)正壓特性都與普通潔凈廠房不同，其凈化換氣次數(shù)和新風(fēng)換氣次數(shù)2個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)如何確定？目前沒有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)可以遵循。
3.1.2高大空間空調(diào)環(huán)境參數(shù)均勻度保障問題
由于潔凈空間豎向和水平方向的尺寸都很大，這給室內(nèi)溫濕度和潔凈度參數(shù)的均勻度保障帶來較大困難。考慮到工藝要求和控制精度，其潔凈工作區(qū)水平方向和豎向的溫差應(yīng)控制在3 ℃以內(nèi)。由于該潔凈廠房的高度很高，會(huì)產(chǎn)生明顯的熱分層現(xiàn)象，給室內(nèi)溫濕度均勻度的保障帶來了困難。
3.1.3空調(diào)機(jī)房和風(fēng)管的布置問題
由于潔凈空間體量大，其空調(diào)凈化的送風(fēng)量就很大，這帶來了空調(diào)機(jī)房面積大、風(fēng)管尺寸大的問題。根據(jù)以往同類潔凈廠房設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，空調(diào)機(jī)房面積約為潔凈區(qū)面積的1.3倍，該潔凈測試大廳的空調(diào)機(jī)房面積將達(dá)到2990m2，送風(fēng)總管和回風(fēng)總管的總截面積都將超過38m2。由于空調(diào)機(jī)房面積和風(fēng)管截面積太大，給空調(diào)機(jī)房、設(shè)備和風(fēng)管的布置都帶來了很大困難，與工藝用房的矛盾很大，空調(diào)機(jī)房占用建筑面積過大，附屬工藝房間布置不下，總建筑面積需要大幅度增加。因此如何大幅度減少空調(diào)機(jī)房面積和風(fēng)管尺寸是該超大型潔凈大廳設(shè)計(jì)遇到的一個(gè)重要技術(shù)難題。
3.2設(shè)計(jì)參數(shù)要求高
工藝專業(yè)對(duì)該潔凈測試大廳的室內(nèi)環(huán)境提出了較高要求，要求維持恒定低溫、低濕和潔凈的室內(nèi)環(huán)境條件，其設(shè)計(jì)要求大大高于普通舒適性空調(diào)。尤其對(duì)除濕提出了較高要求，室內(nèi)要求維持5 ℃露點(diǎn)溫度的低濕環(huán)境，而室外又常年處于高濕的環(huán)境，這給設(shè)計(jì)增加了難度。
3.3氣候環(huán)境條件差
該建筑地處熱帶島嶼性氣候區(qū)，屬于高溫、高濕、高鹽霧、多臺(tái)風(fēng)、多暴雨、多雷電的地區(qū)。夏季空調(diào)室外計(jì)算溫度為34.8 ℃，室外計(jì)算濕球溫度為28.4 ℃，全年平均氣溫為24.4 ℃，即使在冬季，其室外的平均相對(duì)濕度也高達(dá)87％。這與室內(nèi)低溫低濕的工藝要求形成了較大反差。通過全年逐時(shí)模擬分析發(fā)現(xiàn)該潔凈測試大廳全年都需要除濕。另外，項(xiàng)目處于臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的海邊，還要考慮防臺(tái)風(fēng)和防鹽霧腐蝕等特殊問題。在潮濕的氣候環(huán)境條件下，防凝露問題也是空調(diào)設(shè)計(jì)必須考慮的一個(gè)重要問題。惡劣的氣候環(huán)境條件增加了設(shè)計(jì)難度。
3.4節(jié)能要求高、投資控制嚴(yán)
綠色生態(tài)是其設(shè)計(jì)的一個(gè)基本理念，而節(jié)能是體現(xiàn)綠色生態(tài)建設(shè)的一個(gè)重要方面。該潔凈廠房的空調(diào)凈化系統(tǒng)的投資很大，用電負(fù)荷、能耗和運(yùn)行費(fèi)用都很高，其空調(diào)能耗占場區(qū)空調(diào)總能耗的60％以上。另外，該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段經(jīng)費(fèi)缺口較大，因此投資控制很嚴(yán)，采取了嚴(yán)格的限額設(shè)計(jì)措施，這就要求設(shè)計(jì)不能走大量高投資節(jié)能新技術(shù)堆砌的“高技派”的節(jié)能道路，而要探索減投資的節(jié)能新路。
3.5室內(nèi)工藝狀態(tài)變化大
該潔凈測試大廳每次任務(wù)的室內(nèi)工藝狀態(tài)通常不同。由于其空間尺寸是按最大尺寸工藝產(chǎn)品、最多工藝產(chǎn)品數(shù)量的情況設(shè)計(jì)的，因此大部分情況下該潔凈測試大廳只是部分空間被使用。而且在測試任務(wù)期間，不同區(qū)域的產(chǎn)品不同、測試階段和工作內(nèi)容不同，對(duì)空調(diào)環(huán)境的要求也可能有所不同。如何適應(yīng)這種工藝工況，實(shí)現(xiàn)分區(qū)域的空調(diào)參數(shù)控制和部分空間的空調(diào)凈化，以更好地滿足工藝需求，減少運(yùn)行能耗，這是超大型潔凈廠房空調(diào)凈化設(shè)計(jì)需要解決的一個(gè)重要技術(shù)難題。
3.6可靠性要求高、設(shè)計(jì)創(chuàng)新難度大
該潔凈廠房是國家重點(diǎn)工程，負(fù)責(zé)重要航天產(chǎn)品的總裝測試，其室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的好壞將直接影響到航天測試發(fā)射任務(wù)能否順利進(jìn)行，甚至可能影響到航天測試發(fā)射任務(wù)的成敗，因此對(duì)其空調(diào)凈化系統(tǒng)的可靠性要求很高，提高可靠性是該潔凈廠房設(shè)計(jì)工作必須考慮的一個(gè)重要問題。這帶來了室外設(shè)計(jì)參數(shù)的合理確定、設(shè)備冗余設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)備可靠性分析等新問題。一旦出問題后果很嚴(yán)重，因此在該項(xiàng)目中進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新和節(jié)能工作的難度和壓力都很大。如何對(duì)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效管控，這是該項(xiàng)目暖通設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真研究解決的一個(gè)重要問題。
3.7空調(diào)環(huán)境參數(shù)測試的難度和工作量都很大
由于該潔凈測試大廳的高度高、體量大，其室內(nèi)環(huán)境參數(shù)測試的難度和工作量都很大，如何在不影響室內(nèi)氣流組織和環(huán)境參數(shù)的前提下，進(jìn)行高大空間空調(diào)環(huán)境參數(shù)測試？這是該項(xiàng)目空調(diào)凈化工程調(diào)試工作的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題。
4設(shè)計(jì)方案的主要特點(diǎn)分析
在總結(jié)國內(nèi)外同類工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，充分考慮該潔凈廠房的工藝要求、技術(shù)特點(diǎn)、所處的氣候特點(diǎn)，以滿足使用、安全可靠、節(jié)省投資、減少能耗為目標(biāo)，應(yīng)用全年逐時(shí)模擬的方法進(jìn)行了多方案、多參數(shù)的對(duì)比分析和優(yōu)化，并進(jìn)行了大量的測試調(diào)查研究工作，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，確定了優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)參數(shù)，其主要技術(shù)特點(diǎn)如下。
4.1關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化
4.1.1大幅度減小凈化換氣次數(shù)
凈化換氣次數(shù)是潔凈廠房空調(diào)凈化系統(tǒng)的一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它直接影響到潔凈廠房的潔凈度、機(jī)房面積、投資、運(yùn)行能耗和費(fèi)用。凈化換氣次數(shù)過小，可能使?jié)崈魪S房的潔凈度無法滿足要求，而過大的凈化換氣次數(shù)會(huì)使空調(diào)風(fēng)機(jī)功率和空調(diào)冷負(fù)荷大幅度增加，從而使空調(diào)投資和能耗大幅度增加。GB50073—2013《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于層高大于4 m的高大潔凈廠房的凈化換氣次數(shù)沒有相關(guān)規(guī)定?！秾?shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》推薦8級(jí)潔凈廠房的凈化換氣次數(shù)為15h－1。我國現(xiàn)有3個(gè)航天發(fā)射場的同類高大潔凈廠房的凈化換氣次數(shù)為16～21h－1，GJB3139—1997《衛(wèi)星裝配測試廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的凈化換氣次數(shù)為12～15h－1；美國航天發(fā)射場一些航天器測試廠房（8級(jí)潔凈度）的凈化換氣次數(shù)為10～17 h－1。該高大潔凈廠房的凈化換氣次數(shù)能否大幅度減小？這是其空調(diào)凈化設(shè)計(jì)工作面臨的一個(gè)重要問題。為了合理確定這一重要設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)高大潔凈廠房的凈化換氣次數(shù)與潔凈度的關(guān)系進(jìn)行了專題研究，根據(jù)測試研究結(jié)果，將該潔凈測試大廳的凈化換氣次數(shù)由同類高大潔凈廠房的16～21h－1減小為9h－1，只有以往平均值的一半，這使空調(diào)凈化系統(tǒng)的機(jī)房面積、投資、用電負(fù)荷、運(yùn)行能耗和費(fèi)用大幅度減少，也為采用夾墻分散空調(diào)方式奠定了重要基礎(chǔ)。
4.1.2大幅度減小新風(fēng)換氣次數(shù)
新風(fēng)量是保證潔凈廠房室內(nèi)正壓和潔凈度的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，也是影響空調(diào)凈化系統(tǒng)投資和能耗的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。新風(fēng)量對(duì)空調(diào)凈化系統(tǒng)投資和能耗影響的專題研究結(jié)果表明，由于該潔凈測試大廳室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)差異很大，因此新風(fēng)量對(duì)空調(diào)投資、能耗和運(yùn)行費(fèi)用的影響很大，新風(fēng)換氣次數(shù)每增加1h－1，空調(diào)冷負(fù)荷平均增加1900kW以上，用電負(fù)荷平均增加約770kW，空調(diào)投資平均增加約900萬元，空調(diào)系統(tǒng)年運(yùn)行電耗平均增加321萬kW?h，年運(yùn)行費(fèi)用平均增加256萬元。因此在滿足室內(nèi)正壓要求的前提下，應(yīng)盡可能減小新風(fēng)換氣次數(shù)。但如果新風(fēng)量過小則難以維持要求的室內(nèi)正壓，會(huì)影響室內(nèi)潔凈度的保障。GB50073—2013《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》提出了潔凈廠房室內(nèi)正壓不小于10Pa的要求，為此推薦了新風(fēng)換氣次數(shù)為2～4 h－1，以往航天發(fā)射場同類潔凈廠房均按該參數(shù)范圍進(jìn)行新風(fēng)量設(shè)計(jì)，新風(fēng)換氣次數(shù)能否大幅度減少？這是該潔凈廠房空調(diào)凈化設(shè)計(jì)工作面臨的一個(gè)重要問題，也是爭議較大的一個(gè)問題。
為了合理確定新風(fēng)換氣次數(shù)這一重要參數(shù)，在設(shè)計(jì)之前進(jìn)行了專題研究，選擇一個(gè)同類高大潔凈廠房進(jìn)行了新風(fēng)換氣次數(shù)與室內(nèi)正壓關(guān)系的測試。實(shí)測結(jié)果表明，新風(fēng)換氣次數(shù)為1h－1時(shí)，其室內(nèi)正壓可維持在15Pa以上，滿足室內(nèi)正壓不小于10Pa的要求。對(duì)于高大潔凈廠房，GB50073—2013《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的2～4 h－1空調(diào)新風(fēng)換氣次數(shù)偏大較多。對(duì)于該潔凈測試大廳，將新風(fēng)換氣次數(shù)由GB50073—2013《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的平均值3h－1減小到1h－1，空調(diào)投資可以減少1777萬元，空調(diào)用電負(fù)荷可減少約1506kW，空調(diào)年運(yùn)行電耗可減少626萬kW?h，年運(yùn)行費(fèi)用可減少約500萬元，空調(diào)凈化系統(tǒng)壽命周期費(fèi)用（按20 a計(jì)算）可減少約1.18。因此確定將該潔凈測試大廳的新風(fēng)換氣次數(shù)由以往的2～4h－1減小到1h－1。
4.2溫度、濕度、潔凈度3個(gè)參數(shù)獨(dú)立控制
對(duì)室內(nèi)溫度、濕度和潔凈度這3個(gè)參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立控制。設(shè)置新風(fēng)除濕系統(tǒng)，對(duì)濕負(fù)荷進(jìn)行單獨(dú)處理，室內(nèi)相對(duì)濕度由新風(fēng)除濕系統(tǒng)來控制；室內(nèi)溫度由室內(nèi)循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)表冷器的供冷量來控制；室內(nèi)空氣潔凈度由空調(diào)循環(huán)風(fēng)量來調(diào)控，通過室內(nèi)循環(huán)空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣循環(huán)量，在滿足潔凈度要求的前提下，使空調(diào)循環(huán)風(fēng)量最小。3個(gè)參數(shù)獨(dú)立控制不僅調(diào)控方便、控制精度提高，而且可以使空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗減少。
4.3夾墻分散空調(diào)方式
由于該潔凈測試大廳高度很高，在其兩側(cè)雙支柱結(jié)構(gòu)夾墻中有寬度為3.5m的無用空間，因此確定采用夾墻分散空調(diào)方式，將室內(nèi)循環(huán)空調(diào)機(jī)組分散設(shè)置在兩側(cè)的結(jié)構(gòu)夾墻中，兩側(cè)夾墻中各布置了14臺(tái)立柜式空調(diào)機(jī)組。這種方式充分利用了結(jié)構(gòu)夾墻的無用空間，使空調(diào)機(jī)房面積大幅度減小，節(jié)省了約1700m2的建筑面積，空調(diào)風(fēng)管長度減少了67％，風(fēng)管尺寸和風(fēng)機(jī)的輸配能耗均大幅度減少。不但解決了與工藝用房的尖銳矛盾和風(fēng)管布置的技術(shù)難題，而且可以實(shí)現(xiàn)平面分區(qū)控制，將潔凈大廳分成28個(gè)小區(qū)域，對(duì)這些小區(qū)域的溫濕度參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立控制，更好地滿足了大型潔凈廠房中不同工藝產(chǎn)品對(duì)空調(diào)環(huán)境的不同需求，實(shí)現(xiàn)了部分空間的空調(diào)凈化，提高了空調(diào)冷量的利用效率，使空調(diào)運(yùn)行能耗大幅度減少。另外，這28臺(tái)空調(diào)機(jī)組即使壞了1，2臺(tái)，對(duì)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的影響也很小，因此分散空調(diào)方式也提高了空調(diào)凈化系統(tǒng)的可靠性。
4.4平面分區(qū)、豎向分層、分層高度可調(diào)的氣流組織形式
該潔凈測試大廳采用了雙側(cè)送風(fēng)、側(cè)送側(cè)回、分層空調(diào)凈化的氣流組織形式，為了減少凈化送風(fēng)量，只對(duì)吊車下部的潔凈工作區(qū)進(jìn)行空調(diào)凈化送風(fēng)，吊車上部的非工作區(qū)不設(shè)空調(diào)送風(fēng)，只設(shè)置少量回風(fēng)口，這些回風(fēng)口只在潔凈廠房開機(jī)自凈階段開啟，對(duì)非工作區(qū)進(jìn)行自凈，室內(nèi)參數(shù)達(dá)標(biāo)后全部關(guān)閉。在豎直高度方向上設(shè)置5層送風(fēng)口，采用噴口送風(fēng)，通過上部3層送風(fēng)口的電動(dòng)閥的開關(guān)，可以對(duì)分層空調(diào)的分層高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同工藝產(chǎn)品對(duì)空調(diào)凈化高度的不同要求。側(cè)面下部的回風(fēng)口采用固定百葉風(fēng)口。采用平面分區(qū)、豎向分層、分層高度可調(diào)的氣流組織形式，可以較好地適應(yīng)超大型潔凈測試大廳工藝工況變化大的情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)潔凈測試大廳中部分空間的空調(diào)凈化，使運(yùn)行能耗大幅度減少。
4.5熱回收式冷凍除濕方案
該潔凈測試大廳要求室內(nèi)露點(diǎn)溫度達(dá)到5 ℃，新風(fēng)除濕系統(tǒng)送風(fēng)的露點(diǎn)溫度要低于4.8 ℃，考慮安全系數(shù)，新風(fēng)除濕系統(tǒng)的送風(fēng)露點(diǎn)溫度要求達(dá)到4 ℃。以往同類潔凈測試廠房都采用了冷凍除濕＋轉(zhuǎn)輪除濕的除濕方案。轉(zhuǎn)輪除濕的除濕能力強(qiáng)，可以達(dá)到較低的露點(diǎn)溫度，但其投資和能耗都大大高于冷凍除濕方式，其裝機(jī)電量約增大一倍。普通冷凍除濕方式雖然投資少、能耗低，但其除濕能力較弱，理論上可適用于送風(fēng)露點(diǎn)溫度高于4 ℃的情況，在實(shí)際工程中通常應(yīng)用于送風(fēng)露點(diǎn)溫度高于8 ℃的情況，即使在這種情況下，實(shí)際工程中結(jié)霜凍堵的情況也不少見。因此在海南這種潮濕的地區(qū)、送風(fēng)露點(diǎn)溫度要求達(dá)到4 ℃的情況，采用普通冷凍除濕的難度和風(fēng)險(xiǎn)都很大，另外采用冷凍除濕還要解決再熱問題，因此必須對(duì)普通冷凍除濕方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。
筆者通過全年逐時(shí)負(fù)荷模擬分析發(fā)現(xiàn)，由于室外氣溫較高，同時(shí)該潔凈測試大廳室內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的散熱量較大，因此新風(fēng)冷凍除濕系統(tǒng)只是冬季工況需要進(jìn)行再熱，而且再熱量不大，其他季節(jié)都不需要再熱，可以直接將低溫干燥空氣送到室內(nèi)循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)，負(fù)擔(dān)部分室內(nèi)冷負(fù)荷，因此確定采用冷凝熱回收的冷凍除濕方案。設(shè)置冷水冷卻除濕和直接蒸發(fā)冷卻除濕兩級(jí)除濕，以冷水冷卻除濕為主，其除濕量約占80％，直接蒸發(fā)冷卻除濕為輔，其除濕量約占20％。風(fēng)冷直接蒸發(fā)制冷機(jī)組帶2個(gè)冷凝器，一個(gè)設(shè)置在新風(fēng)除濕系統(tǒng)直接蒸發(fā)冷卻器的出口，用于冬季工況，回收冷凝熱用于再熱；另一個(gè)設(shè)置在室外，用于其他季節(jié)工況，將冷凝熱量排到室外。這樣較好地解決了冷凍除濕方式的再熱問題。為了防止直接蒸發(fā)冷卻器結(jié)霜，將直接蒸發(fā)冷卻器換熱面積適當(dāng)增大。為了提高冷水冷卻除濕的效果，將冷水的供水溫度控制在5 ℃。從而實(shí)現(xiàn)以較低的投資和能耗達(dá)到較高的空氣干燥除濕要求。為了提高新風(fēng)除濕系統(tǒng)的可靠性，設(shè)置了1臺(tái)小容量（50％新風(fēng)量）的轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)作為直接蒸發(fā)制冷機(jī)故障時(shí)的備份和一些工藝產(chǎn)品更低露點(diǎn)溫度的特殊需求時(shí)使用。通過冬夏季工況長時(shí)間運(yùn)行考核，該新風(fēng)除濕系統(tǒng)運(yùn)行正常，在沒有啟用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的情況下，潔凈大廳空氣露點(diǎn)溫度達(dá)到5 ℃的要求，而且該冷凍除濕方案的調(diào)控性能顯著優(yōu)于轉(zhuǎn)輪除濕方案，其室內(nèi)相對(duì)濕度的波動(dòng)很小。
4.6將空調(diào)冷凝熱回收用于冬季供熱
我國現(xiàn)有3個(gè)航天發(fā)射場的同類潔凈測試廠房均采用燃煤鍋爐為空調(diào)系統(tǒng)提供冬季熱源的集中供熱方案。但通過對(duì)該潔凈測試大廳空調(diào)冷熱負(fù)荷進(jìn)行全年逐時(shí)模擬，發(fā)現(xiàn)其冬季供熱負(fù)荷很小，存在時(shí)間很短。場區(qū)其他建筑物也是這種情況，因此確定改變集中供熱方案為分散供熱方案，取消了原規(guī)劃的集中供熱燃油鍋爐房和供暖外線。該廠房將新風(fēng)除濕系統(tǒng)的風(fēng)冷冷凝制冷機(jī)組的冷凝熱回收用于冬季供熱，風(fēng)冷冷凝制冷機(jī)組也可采用熱泵方式供熱，從而使投資和能耗大幅度減少，也消除了場區(qū)內(nèi)唯一的空氣污染排放源。
4.7空調(diào)冷凝水回收利用
空氣十分潮濕，該潔凈廠房的除濕要求又很高，因此采用冷凍除濕的新風(fēng)除濕系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量冷凝水，以往空調(diào)冷凝水都是通過下水道排放掉。在該項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將新風(fēng)除濕系統(tǒng)的空調(diào)冷凝水回收到空調(diào)冷水系統(tǒng)的補(bǔ)水箱，作為空調(diào)冷水系統(tǒng)的補(bǔ)水，由于空調(diào)冷凝水的水質(zhì)好，可以節(jié)省一套軟化水系統(tǒng)。實(shí)測結(jié)果表明，新風(fēng)除濕系統(tǒng)的冷凝水量較大、水溫低，回收的冷凝水量完全可以滿足空調(diào)冷水系統(tǒng)的補(bǔ)水量要求，并在空調(diào)補(bǔ)水箱上設(shè)置了通向室外的管道，可將多余的冷凝水用于場區(qū)綠化。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)和全年逐時(shí)模擬分析結(jié)果，全年可回收5890t水，其節(jié)水效果十分顯著，由于回收的空調(diào)冷凝水溫度較低，因此也產(chǎn)生了一定的節(jié)能效果。
5、工程測試的主要結(jié)果
在2014年冬季和2015年夏季，對(duì)該潔凈廠房進(jìn)行了全面調(diào)試和測試考核。測試結(jié)果表明，空調(diào)凈化系統(tǒng)運(yùn)行正常，調(diào)控性能好，該潔凈測試大廳的溫度、相對(duì)濕度、潔凈度、室內(nèi)正壓和噪聲等指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。
6、結(jié)論
大潔凈廠房的空調(diào)凈化設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方法都進(jìn)行了一些新的探索。采用了溫度、濕度和潔凈度3個(gè)參數(shù)獨(dú)立控制的設(shè)計(jì)方案，采用了平面分區(qū)、豎向分層、分層高度可調(diào)的新型氣流組織形式、新型冷凍除濕方案和夾墻分散空調(diào)方案，并對(duì)空調(diào)凈化換氣次數(shù)和新風(fēng)換氣次數(shù)進(jìn)行了大幅度優(yōu)化，將空調(diào)凈化換氣次數(shù)減小到9h－1，新風(fēng)換氣次數(shù)減小到1 h－1，并對(duì)空調(diào)冷凝水進(jìn)行回收利用。通過這些系統(tǒng)的綜合優(yōu)化，使空調(diào)凈化系統(tǒng)的投資、能耗、運(yùn)行費(fèi)用和機(jī)房面積均大幅度減少。與以往同類潔凈廠房相比，其空調(diào)凈化投資減少45％以上，運(yùn)行能耗和費(fèi)用減少60％以上。達(dá)到了節(jié)能、節(jié)資、節(jié)地、節(jié)水的效果。
該潔凈廠房空調(diào)凈化系統(tǒng)已經(jīng)通過了冬季與夏季工況的工程調(diào)試考核，并于2016年6月通過了“長征七號(hào)”火箭首發(fā)任務(wù)的使用考核，結(jié)果表明：空調(diào)凈化系統(tǒng)運(yùn)行正常、調(diào)控性能好，該潔凈測試大廳的室內(nèi)溫度、相對(duì)濕度、潔凈度、室內(nèi)正壓、噪聲等參數(shù)均滿足要求，不僅很好地滿足了工藝需求，而且節(jié)能效果十分顯著，獲得了用戶的好評(píng)。這表明該高大潔凈廠房的設(shè)計(jì)創(chuàng)新是成功的。通過該項(xiàng)目的科研、設(shè)計(jì)和調(diào)試工作有以下體會(huì)，供同行參考：
1）對(duì)于8級(jí)潔凈度、全室凈化的超大型潔凈廠房，9h－1的凈化換氣次數(shù)可以滿足要求，并有一定余量，還可以適當(dāng)下調(diào)，下調(diào)幅度需要進(jìn)一步研究。
2）對(duì)于密封性較好的超大型潔凈廠房，在1h－1新風(fēng)換氣次數(shù)和室外風(fēng)速較小的情況下通?？梢詽M足10 Pa正壓的要求，但余量不大，室外風(fēng)速較大時(shí)將無法滿足要求。廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)和空調(diào)系統(tǒng)的密封性對(duì)室內(nèi)正壓和新風(fēng)量的影響很大，不能一味通過增加新風(fēng)量來維持室內(nèi)正壓，提高廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)和空調(diào)系統(tǒng)的密封性是維持室內(nèi)正壓、抵御室外強(qiáng)風(fēng)影響的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
3）對(duì)于超大型潔凈廠房，采用夾墻分散空調(diào)方案的優(yōu)點(diǎn)十分顯著，但由于空調(diào)設(shè)備與潔凈測試大廳只有一墻之隔，因此必須采取良好的消聲隔振措施。另外夾墻中間的空間較小，在空調(diào)設(shè)備和管道布置時(shí)需要妥善考慮設(shè)備安裝和檢修空間的問題。
4）以往在高大潔凈廠房分層空調(diào)凈化設(shè)計(jì)時(shí)，通常對(duì)上部的非空調(diào)凈化區(qū)進(jìn)行小風(fēng)量送風(fēng)空調(diào)凈化，以防止上部不潔凈的空氣對(duì)下部空調(diào)凈化區(qū)產(chǎn)生不良影響。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐和測試結(jié)果表明，即使不對(duì)上部的非空調(diào)凈化區(qū)設(shè)置送風(fēng)和回風(fēng)，由于空氣對(duì)流和粉塵擴(kuò)散作用，在潔凈廠房完成自凈后的穩(wěn)定狀態(tài)下，非空調(diào)凈化區(qū)也可以保持較好的空調(diào)凈化環(huán)境，因此可以不對(duì)上部的非空調(diào)凈化區(qū)設(shè)置送風(fēng)和回風(fēng)。
5）對(duì)于超大型潔凈廠房，現(xiàn)行潔凈廠房相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)的一些規(guī)定并不合適，存在測點(diǎn)數(shù)量過多、室內(nèi)環(huán)境參數(shù)測試的工作量過大、一次測試的時(shí)間過長、無法保證同一次測試的狀態(tài)一致性等問題，建議對(duì)于超大型潔凈廠房適當(dāng)減少測點(diǎn)密度和檢測次數(shù)。另外相關(guān)規(guī)范沒有豎向參數(shù)測試的相關(guān)規(guī)定，因此需要補(bǔ)充完善。
6）通過深入研究發(fā)現(xiàn)，海水源熱泵空調(diào)和太陽能空調(diào)等新的技術(shù)方案并不適用于該項(xiàng)目，因此該項(xiàng)目的空調(diào)凈化設(shè)計(jì)并沒有采用任何“高大上”的節(jié)能技術(shù)，而是充分考慮其技術(shù)特點(diǎn)和氣候環(huán)境特點(diǎn)，通過對(duì)常規(guī)技術(shù)方案和關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化，使投資、能耗、運(yùn)行費(fèi)用和機(jī)房面積均大幅度減少，實(shí)現(xiàn)了減投資的節(jié)能?？梢娡ㄟ^對(duì)常規(guī)技術(shù)方案和設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化，有可能實(shí)現(xiàn)投資和能耗同時(shí)大幅度減少的減投資節(jié)能，減投資或低成本的節(jié)能應(yīng)是我國建筑節(jié)能的重點(diǎn)發(fā)展方向。
7）加強(qiáng)對(duì)工程設(shè)計(jì)問題的研究、實(shí)現(xiàn)科研與設(shè)計(jì)相結(jié)合是提高暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)水平、促進(jìn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)從粗放型設(shè)計(jì)向精細(xì)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變、大幅度提高工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效益的一個(gè)重要途徑。科研工作對(duì)于特種工程設(shè)計(jì)更為重要，但需要重視對(duì)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的風(fēng)險(xiǎn)控制。培養(yǎng)研究性設(shè)計(jì)人才是大幅度提高工程設(shè)計(jì)科研創(chuàng)新能力的一個(gè)重要基礎(chǔ)。
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