引言

本項目位于上海市青浦區(qū)進(jìn)出口加工區(qū),該車間主要是用于生產(chǎn)高精度的油田大件金屬產(chǎn)品。為了保證加工零件的精度,需要保證整個車間的溫度在合理范圍之內(nèi):為了避免金屬產(chǎn)品在高濕度環(huán)境下生銹的情況,需要保證車間的濕度低于要求值。

1設(shè)計參數(shù)

1.1室外環(huán)境參數(shù)

地點:上海市青浦區(qū)。

夏季設(shè)計相關(guān)參數(shù):室外干球溫度為34.4℃,相對濕度為75%,含濕量為26.22g/kg干空氣,烙值為202.94kJ/kg干空氣。

冬季設(shè)計相關(guān)參數(shù):室外干球溫度為-4℃,相對濕度為75%,含濕量為1.92g/kg干空氣,烙值為0.76kJ/kg干空氣。

1.2室內(nèi)參數(shù)要求

室內(nèi)參數(shù)如表1所示。

1.3其余參數(shù)

(1)空調(diào)系統(tǒng)分為工作模式(08:00一18:00)和值班模式(18:00一次日08:00):

(2)工藝排風(fēng)量:工作模式排風(fēng)量為20000m3/h:值班模式排風(fēng)量為5000m3/h:

(3)房間正壓新風(fēng)量:5000m3/h(約0.5次換氣次數(shù)):

(4)車間內(nèi)生產(chǎn)時最多工作人員:20人:

(5)車間內(nèi)生產(chǎn)時最大發(fā)熱量:50kw。

2空調(diào)方案設(shè)計

根據(jù)業(yè)主對車間的溫濕度、空調(diào)24h運行、設(shè)備的配置需要考慮應(yīng)急情況下的使用等要求,對本車間的結(jié)構(gòu)維護(hù)、車間照明、空調(diào)系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等進(jìn)行深化設(shè)計。

本改造車間為鋼結(jié)構(gòu)形式,為了保證車間的隔熱保溫效果,減小漏風(fēng)量,增加密閉性,在原有的鋼結(jié)構(gòu)屋面下,新增了整個車間的吊頂結(jié)構(gòu)。采用鍍鋅方管制作網(wǎng)架,在相應(yīng)的位置預(yù)留了空調(diào)送回風(fēng)管的絲桿,LED燈具的配電橋架安裝在網(wǎng)架上,在燈具的安裝位置預(yù)留電纜孔。吊頂板采用50mm厚度的輕型離心玻璃棉夾芯板,兼顧隔熱保溫的效果,并能有效降低屋面結(jié)構(gòu)的載荷。在四周與墻體處采取護(hù)角處理,并對所有接縫處做打膠處理,降低車間內(nèi)的漏風(fēng)量。

空調(diào)系統(tǒng)采用水系統(tǒng)形式,空調(diào)機組選用兩臺風(fēng)冷熱泵進(jìn)行夏季制冷和冬季制熱:設(shè)計三臺循環(huán)水泵與兩臺空調(diào)機組對應(yīng)使用,為兩用一備:空調(diào)末端設(shè)備選用兩臺組合式空調(diào)箱,通過送回風(fēng)管、風(fēng)閥、風(fēng)口等,對車間內(nèi)的空氣進(jìn)行處理,保證車間內(nèi)的溫度、濕度滿足業(yè)主的使用要求。

空調(diào)機組選用兩臺風(fēng)冷渦旋式熱泵機組,空調(diào)機組可以隨末端的實際負(fù)荷變化進(jìn)行多級能量調(diào)節(jié),避免采用風(fēng)冷螺桿式機組在低負(fù)荷時頻繁啟停的情況:夏季冷負(fù)荷需求量較大時,兩臺機組同時制冷,提供6℃的冷凍水供水,以滿足夏季空調(diào)箱的除濕、供冷需求:冬季由于實際需求的熱負(fù)荷相對較低,兩臺機組則可以互為備用,提供45℃的熱水供水,以滿足冬季空調(diào)箱的預(yù)熱、制熱需求。由于水系統(tǒng)的管路較短,在循環(huán)水管路系統(tǒng)中增設(shè)一個方形不銹鋼保溫水箱,用于系統(tǒng)儲能以及避免機組頻繁啟停。

為了降低能耗,更易控制房間內(nèi)的溫度、濕度,空調(diào)箱采用一次回風(fēng)系統(tǒng)。空調(diào)箱的功能段分為:新風(fēng)進(jìn)風(fēng)段＋G4過濾段＋新風(fēng)表冷段＋回風(fēng)/新風(fēng)混風(fēng)段＋混風(fēng)表冷段＋電加熱段＋變頻風(fēng)機段＋均流段＋F7袋式過濾段＋送風(fēng)段。空調(diào)送風(fēng)由風(fēng)管接入車間內(nèi),由于車間吊頂較高,選用溫控型旋流風(fēng)口進(jìn)行送風(fēng),每個旋流風(fēng)口前設(shè)置手動風(fēng)量調(diào)節(jié)閥,并進(jìn)行風(fēng)平衡調(diào)試,保證每個風(fēng)口的送風(fēng)量保持一致。溫控型旋流風(fēng)口在夏季送低溫風(fēng)時,風(fēng)口的擴散角度較大,使低溫的空調(diào)風(fēng)擴散開來,使送風(fēng)與室內(nèi)的空氣進(jìn)行充分的混合:冬季送風(fēng)時,風(fēng)口的擴散角則減小,使熱風(fēng)盡量集中送至地面混合,以保證車間內(nèi)的溫度相對保持一致,避免下部冷、上部熱。

由于本空調(diào)系統(tǒng)為24h運行,為滿足房間的溫濕度控制要求,整個空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置自控系統(tǒng),結(jié)合溫度探頭、濕度探頭、風(fēng)壓傳感器、風(fēng)壓開關(guān)、電動調(diào)節(jié)型水閥、電動調(diào)節(jié)型風(fēng)閥等,以濕度為優(yōu)先的控制邏輯,控制所有設(shè)備全自動運行。

夏季及過渡季節(jié)運行時,當(dāng)房間內(nèi)的濕度超過設(shè)定值時,空調(diào)機組制冷模式運行,新風(fēng)通過新風(fēng)表冷段處理至露點溫度以除濕,再由低溫新風(fēng)與回風(fēng)混合,通過混風(fēng)表冷段進(jìn)行再次降溫(如必要),若房間的溫度過低,則分檔開啟電加熱以提高送風(fēng)溫度,以避免房間的溫度低于設(shè)置值:當(dāng)房間的濕度滿足要求時,則將新風(fēng)處理至室內(nèi)等濕狀態(tài)點后與回風(fēng)混合,通過混風(fēng)表冷段進(jìn)行降溫,以滿足室內(nèi)的溫度需求。

冬季運行時,當(dāng)環(huán)境溫度較低時,優(yōu)先開啟空調(diào)機組的電加熱用于房間升溫,電加熱滿負(fù)荷運行一定時間后,仍不能將房間的溫度提升至設(shè)定值時,空調(diào)機組制熱模式運行,提供熱水用于提高房間內(nèi)的溫度。

工作模式下,通過工藝排風(fēng)機的運行信號)遠(yuǎn)程給定),空調(diào)自控系統(tǒng)控制電動新風(fēng)閥、電動回風(fēng)閥的開度,并通過房間的壓差傳感器控制送風(fēng)機的運行頻率,保證車間內(nèi)處于正壓狀態(tài):值班模式下,通過工藝排風(fēng)機的停止信號)遠(yuǎn)程給定),空調(diào)自控系統(tǒng)控制電動新風(fēng)閥、電動回風(fēng)閥的開度,并通過房間的壓差傳感器控制送風(fēng)機的運行頻率,保證車間內(nèi)處于正壓狀態(tài)。如此可以避免在值班模式下,空調(diào)箱大風(fēng)量送風(fēng),使房間內(nèi)處于較高的正壓力值,造成能源的浪費,以及給業(yè)主造成不必要的使用麻煩。

2.1空調(diào)箱參數(shù)計算

根據(jù)建筑類型以及使用情況,可估算出本車間工作模式下的夏季冷負(fù)荷)不含新風(fēng))如表2所示。

相應(yīng)值班模式下的夏季冷負(fù)荷)不含新風(fēng))如表3所示。

維護(hù)結(jié)構(gòu)按70w/m2,照明按20w/m2,人員發(fā)熱量按200w/人,人員散濕量忽略不計。

根據(jù)建筑類型以及使用情況,可估算出本車間工作模式下的冬季熱負(fù)荷)不含新風(fēng))如表4所示。

相應(yīng)值班模式下的冬季熱負(fù)荷)不含新風(fēng))如表5所示。

維護(hù)結(jié)構(gòu)按-70w/m2,照明按20w/m2,人員發(fā)熱量按200w/人計算,人員散濕量忽略不計。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知,夏季室內(nèi)最大的熱負(fù)荷為151kw,散濕量忽略,空調(diào)送風(fēng)溫差按6℃計算,通過恰濕圖可以計算出空調(diào)總送風(fēng)量約為77700m3/h,最大新風(fēng)量為25000m3/h。空調(diào)箱的送風(fēng)量按80000m3/h設(shè)計,即每臺空調(diào)箱的送風(fēng)量為40000m3/h,新風(fēng)量為12500m3/h。

)1)室外空氣狀態(tài):干球溫度34.4℃,相對濕度75%,恰值為101.94kJ/kg干空氣:室內(nèi)空氣狀態(tài):干球溫度20℃,相對濕度50%,露點溫度9.3℃,恰值為38.68kJ/kg干空氣:機器露點溫度9.3℃,相對濕度95%,恰值為28.54kJ/kg干空氣:設(shè)計送風(fēng)狀態(tài)干球溫度為14℃,恰值為32.6kJ/kg干空氣。根據(jù)上述參數(shù),可計算出以下數(shù)據(jù):

工作模式下,新風(fēng)盤管的制冷量為:Qx1=25000×1.2×)101.94-28.54)/3600≈611.7kw

值班模式下,新風(fēng)盤管的制冷量為:Qx2=10000×1.2×)101.94-28.54)/3600≈244.7kw

工作模式下,混風(fēng)后的空氣狀態(tài)為:干球溫度16.8℃,露點溫度9.3℃,相對濕度61%,恰值為35.4kJ/kg干空氣:則混風(fēng)盤管的制冷量為:

Qh1=80000×1.2×)35.4-32.6)/3600≈74.7kw

值班模式下,混風(fēng)后的空氣狀態(tài)為:干球溫度18.4℃,露點溫度9.3℃,相對濕度55%,恰值為37.1kJ/kg干空氣:則混風(fēng)盤管的制冷量為:

Qh2=65000×1.2×)37.1-32.6)/3600=97.5kw

)2)室外空氣狀態(tài):干球溫度34.4℃,相對濕度75%,恰值為101.94kJ/kg干空氣:室內(nèi)空氣狀態(tài):干球溫度22℃,相對濕度50%,露點溫度11.1℃,恰值為43.18kJ/kg干空氣:機器露點溫度11.1℃,相對濕度95%,恰值為32.78kJ/kg干空氣。根據(jù)以上參數(shù),可計算出以下數(shù)據(jù):

工作模式下,新風(fēng)盤管的制冷量為:Qx1=25000×1.2×)101.94-32.78)/3600≈576.3kw

值班模式下,新風(fēng)盤管的制冷量為:Qx2=10000×1.2×)101.94-32.78)/3600≈230.5kw

工作模式下,混風(fēng)后的空氣狀態(tài)為:干球溫度18.8℃,露點溫度11.1℃,相對濕度61%,恰值為39.9kJ/kg干空氣:則混風(fēng)盤管的制冷量為:

Qh1=80000×1.2×)39.9-32.6)/3600≈194.7kw

值班模式下,混風(fēng)后的空氣狀態(tài)為:干球溫度20.4℃,露點溫度11.1℃,相對濕度55%,恰值為41.5kJ/kg干空氣:則混風(fēng)盤管的制冷量為:

Qh2=65000×1.2×)41.5-32.6)/3600≈192.8kw冬季的新風(fēng)加熱至回風(fēng)的最大加熱量為:

25000×1.2×1.01x)20＋4)/3600=202kw混風(fēng)加熱至送風(fēng)溫度的最大加熱量為:

80000×1.2×1.01×)26-20)/3600=161.6kw

空調(diào)箱的再熱熱量按最大混風(fēng)表冷盤管制冷量與最小混風(fēng)表冷盤管制冷量的差值計算,則為:

194.7-74.7=120kw

因此,根據(jù)以上計算,可以得出每臺空調(diào)箱的參數(shù)為:值班工況下:新風(fēng)量為5000m3/h,送風(fēng)量為32500m3/h:工作工況下:新風(fēng)量為12500m3/h,送風(fēng)量為40000m3/h:新風(fēng)盤管制冷量為:

611.7÷2≈306kw

混風(fēng)盤管制冷量為:

194.7÷2≈98kw

空調(diào)箱再熱熱量為:

120÷2=60kw

2.2空調(diào)主機配置

根據(jù)以上計算可知,本項目的空調(diào)系統(tǒng)最大制冷量需求為:576.3＋194.7=771kw

根據(jù)設(shè)計思路,本系統(tǒng)選用兩臺參數(shù)一致的空調(diào)機組,以減少機組頻繁啟停,以及互為備用機組。

選用某廠家某型號兩臺空調(diào)機組,其制冷量為405kw,制熱量為463kw。選擇三臺水流量為70m3/h的循環(huán)水泵配套使用,水泵為兩用一備,通過電動閥及自控系統(tǒng)可以實現(xiàn)故障自動切換功能。

為了精準(zhǔn)控制機組的出水溫度,并保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,參考選型手冊,水系統(tǒng)中的最小水容量應(yīng)不小于:

即選擇在系統(tǒng)中設(shè)置一個有效容積為6m3的不銹鋼方形保溫水箱。

3結(jié)語

本文以暖通空調(diào)的基本設(shè)計理論為依據(jù)、結(jié)合業(yè)主的使用需求,并與實際的工程經(jīng)驗相結(jié)合,根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù),詳細(xì)計算了空調(diào)冷熱負(fù)荷,并對各主要設(shè)備進(jìn)行了選型。