摘要:無(wú)塵車(chē)間，也叫潔凈廠(chǎng)房、潔凈室(Clean Room）、無(wú)塵室，一般存在于電子廠(chǎng)、醫藥廠(chǎng)、食品廠(chǎng)等潔凈度要求高的工廠(chǎng)范圍內，它是將一定空間范圍內空氣中的微粒子、有害空氣、細菌等污染物排除，并將室內溫度、潔凈度、室內壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動(dòng)及照明、靜電控制在某一需求范圍內，而所給予特別設計的房間。亦即是不論外在空氣條件如何變化，其室內也能具有維持原先所設定要求的潔凈度、溫濕度及壓力等性能的特性。所以，在冬季，多數無(wú)塵車(chē)間也存在制冷需求，而工廠(chǎng)周邊普通區域，特別是北方地區均要求采暖，由此造成能源浪費。本文通過(guò)實(shí)際案例，探討冬季工廠(chǎng)潔凈車(chē)間空調制冷與周邊環(huán)境采暖能源利用的可行性解決方案。 
　　關(guān)鍵詞:潔凈車(chē)間 采暖 能源利用 探討 
　　

　　采暖――又稱(chēng)供暖，是指向建筑物供給熱量，保持室內一定溫度。 
　　空氣調節――實(shí)現對某一個(gè)房間或空間內的溫度、濕度、潔凈度和空氣流速等進(jìn)行調節與控制。潔凈室為空氣調節中一個(gè)很典型的例子。 
　　從國家2003年正式實(shí)施《室內空氣質(zhì)量標準》以后，室內溫度已經(jīng)成為室內空氣質(zhì)量的一個(gè)重要組成部分。標準中明確規定夏季空調房間室內溫度的標準值為22℃～28℃，冬季采暖時(shí)室內溫度的標準值為16℃～24℃。達到這個(gè)標準的室內溫度就是舒適的室內溫度。在北方，冬季室溫低于16℃的區域，為了達到舒適室內溫度均需要采暖。所以，在北方的工廠(chǎng)中就大量存在著(zhù)這樣的現象：冬季，潔凈車(chē)間需要制冷，而周邊環(huán)境區域需要采暖，從而形成奇怪的能量消耗問(wèn)題。下面就實(shí)際廠(chǎng)房改造工程中碰到的潔凈室需要制冷，周邊環(huán)境需要采暖的問(wèn)題進(jìn)行探討。 
　　一、冬季還需進(jìn)行空調制冷的原因 
　　工廠(chǎng)潔凈室的冷負荷主要組成部分有：建筑維護結構的冷負荷（包括內維護結構冷負荷和外圍護結構冷負荷），人體散熱形成的冷負荷，設備散熱形成的冷負荷，燈光照明散熱形成的冷負荷，新風(fēng)負荷。而工廠(chǎng)潔凈車(chē)間設備冷負荷、新風(fēng)負荷和人員冷負荷占據大部分比例，當設備冷負荷和人員冷負荷遠大于建筑維護結構熱負荷和新風(fēng)熱負荷時(shí)，此時(shí)就要求在冬季進(jìn)行空調制冷。因此，這成為冬季還需制冷的根本原因。由于有些潔凈室在冬季還需進(jìn)行空調制冷，來(lái)調節室內溫度以滿(mǎn)足生產(chǎn)環(huán)境的要求，加之周邊區域非潔凈區域的范圍在冬季較冷的地區需要進(jìn)行采暖以達到滿(mǎn)足室內舒適環(huán)境，因此就會(huì )帶來(lái)浪費能源，消耗大量費用的問(wèn)題。下面，本文針對此問(wèn)題提出一些個(gè)人淺薄的探討意見(jiàn)。 
　　二、原設計方案簡(jiǎn)介 
　　某地工廠(chǎng)項目為北京市某電子廠(chǎng)的廠(chǎng)房改造工程，潔凈車(chē)間總面積為12530平方米，周邊采暖面積為6212平方米，依據《北京市供熱管理辦法(草案)》，草案將目前冬季供暖室內溫度由16℃提高至18℃。因此對該工廠(chǎng)周邊采暖面積設置溫度至少為18度。該工廠(chǎng)原設計為潔凈車(chē)間和周邊區域夏天共用一套空調制冷設備，潔凈區域采用組合式空調機組全空氣系統，周邊區域采用風(fēng)機盤(pán)管系統對區域內進(jìn)行空氣調節。冬季的時(shí)候周邊區域單獨采用市政的采暖，潔凈區域采用原本的制冷系統。 
　　根據設計要求，北京市的氣象參數：北緯39°48’,東經(jīng)116°28’,年平均溫度11.4°C,冬季采暖室外計算干球溫度為-9°C，夏季空氣條件室外計算干球溫度為33.2°C，根據原設計查得該工廠(chǎng)冬季周邊區域采暖平均負荷為82W每平米，固需要總的采暖負荷為：Q1=6212X82=509384W約等于510KW，潔凈車(chē)間區域的冬季制冷平均冷負荷為208w每平米，固需要總的制冷負荷為Q2=12530x208=2606240W約等于2606kw（740冷噸），按照原本的設計要求，冬天需要消耗的能量為周邊區域采暖熱量Q1+潔凈車(chē)間冷負荷Q2，原設計采用的是1000冷噸的離心機，運行功率為623KW,按照無(wú)極調節的能力算，制冷總用電:Q3=623x740/1000=461.02kw，按照工業(yè)用電標準收費每度電是1元，固冬季制冷每小時(shí)總費用為：M1=461.02x1=461元,每天運行16小時(shí)算，根據北京采暖常規時(shí)間為當年的11月15日，到隔年的3月15日，共計4個(gè)月120天計，冬季制冷需要花費費用為M冷=461 X120X16=885120元；冬季采暖費用，根據北京市規定天然氣采暖為每平米30元，固總費用為M暖=30X6212=186360，這樣看來(lái)該工廠(chǎng)冬季空調總的能量消耗費用為M冷+M暖=885120+186360=1071480元，我們取個(gè)整數方便計算，為110萬(wàn)元。 
　　三、原設計優(yōu)化方案 
　　1.針對原設計，我們大膽提出如下改造方案： 
　　1.1去除原設計由市政提供采暖的冬季采暖方案，改為自己生產(chǎn)采暖暖源。 
　　1.2增加一套冷熱回收機組，用于替換冬季原本的制冷系統。 
　　1.3增加空氣處理機組的新風(fēng)量，用于降低原潔凈車(chē)間制冷所需的冷負荷消耗。優(yōu)化后的設計示意圖如下（圖3）： 
　　1.4增加一套熱泵熱水機組，用于補充采暖所需。
　　空氣源熱泵熱水機組 
　　全熱回收機組及空氣源熱泵熱水機組能量轉移示意圖　　 
　　2.根據大方向具體優(yōu)化設計如下： 
　　為了首先保證滿(mǎn)足潔凈室制冷的需要，固制冷冷負荷必須跟原本一樣為2606kw，以此保證不影響工廠(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境，冷熱回收機組既提供冷源又提供熱源，所以，冷熱回收機組制冷量+新風(fēng)負荷必須要滿(mǎn)足總制冷負荷，采暖總負荷不變，跟原本一樣為Q1=510KW。詳細計算如下：潔凈車(chē)間溫度保持25±1°C，相對濕度55%±10%，HR=53.5KJ/KG（該狀態(tài)點(diǎn)以R表示）原總送風(fēng)量Q送=587000M3/H,原新風(fēng)比為8%，即新風(fēng)量為Q新=587000X8%=49600 M3/H,由于溫度要控制在正負1度內，根據規范要求送風(fēng)溫度為6-10度，由于冷負荷已定，送風(fēng)量已定，根據負荷公式 q(w)=0.33xQx△h (Q為送風(fēng)量，△h為計算焓差)（公式1） 
　　我們可計算得出△h=13.5KJ/KG,由于室內狀態(tài)焓值為HR=53.5KJ/KG，固我們得出送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的焓值為H送=40KJ/KG,因此我們根據規范要求，和便于設備溫度控制，我們取機器露點(diǎn)為溫度控制點(diǎn)，考慮到風(fēng)機溫升1度，所以最終得出為送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S送，S送的送風(fēng)溫度為15.5°C（滿(mǎn)足規范要求的送風(fēng)溫差的范圍內），根據焓值和送風(fēng)溫度，查焓濕圖，得送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)相對濕度為90%。北京冬季室外計算溫度為-9°C，相對濕度95%，由于擔心北京市室外新風(fēng)溫度太低凍壞制冷盤(pán)管，固新風(fēng)需要預熱到5°C，預熱到5°C屬于一個(gè)等濕加熱過(guò)程，因此空氣含濕量不變，根據焓濕圖查得5°C時(shí)候的狀態(tài)點(diǎn)（以O1表示）為：5°C時(shí)，相對濕度31%，H01=9.5KJ/KG,用直線(xiàn)在焓濕圖上連接R和O1點(diǎn)，在送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S送的等焓線(xiàn)上找到與R,O1的交點(diǎn)M（見(jiàn)圖4），M點(diǎn)為我們人為干預需要滿(mǎn)足的混風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，從焓濕圖我們可查處M點(diǎn)的狀態(tài)值為:19°C,相對濕度58%，HM=41.5KJ/KG。　 
　　根據負荷公式： 
　　q(w)=0.33xQx△h (Q為送風(fēng)量，△h為計算焓差)（公式1） 
　　及能量守恒定律我們可知，新風(fēng)消耗的全熱負荷與回風(fēng)消耗的全冷負荷是相等的，因此我們得出q新=q回：0.33×Q新(HM-H01)= 0.33XQ回(HR-HM),得出 
　　Q新/Q回=3/8，因此我們從計算得出新的新風(fēng)比為3/11，由此得出新風(fēng)量 
　　Q新＝Q送×新風(fēng)比=587000X3/11=160090 M3/H。根據熱負荷計算公式 
　　q(w)=0.33xQx△Ｔ (Q為送風(fēng)量，△Ｔ為計算溫差)（公式２） 
　　我們得出把新風(fēng)預熱到５度的熱量為：q＝0.33×160090×14=739620w（此過(guò)程為等濕加熱過(guò)程）,為了便于計算我們取整為740KW。根據公式1我們得出新風(fēng)承擔的全冷負荷為q冷=1690560w,為了便于計算取整為1690KW。前面我們可知，總需要的制冷量為2606KW,為了滿(mǎn)足潔凈車(chē)間的需要，我們需要再用冷凍機提供2606-1690=916KW的冷量，即機組的總制冷負荷為Q冷要滿(mǎn)足916KW的制冷量,制冷量為Q熱=740+510=1250KW,根據Q冷和Q熱這兩者的條件，以Q冷為主要控制點(diǎn)，選取某品牌機組冷熱回收制冷量為996KW，熱回收量為1080KW,輸入功率為117KW,的全熱回收機組，由于全熱回收機組在制冷工況優(yōu)先的情況下，滿(mǎn)負荷運轉的回收熱量滿(mǎn)足不了采暖和再熱的需求，這期間的差額熱量為1250-1080=170KW,根據差額選取某品牌的熱泵熱水機組，此機組具體參數為制熱量Q=180KW，輸入功率為50KW。 
　?。?改造后與原設計運轉的比較 
　　當冬季來(lái)的時(shí)候，我們開(kāi)啟全熱回收機組，全熱回收機組滿(mǎn)負荷運轉，此時(shí)全熱回收機組把制冷端的冷凍水通過(guò)水泵送至AHU處，另一端的熱回收器又將制熱的熱水送至水箱，當采暖負荷大于全熱回收機組產(chǎn)出的熱水熱量時(shí)，此時(shí)的空氣源熱泵熱水機組就會(huì )啟動(dòng)，用于補充全熱回收機組產(chǎn)熱不足的狀況，以此來(lái)穩定平衡全廠(chǎng)的冷暖需求。通過(guò)實(shí)際運轉測試，完全滿(mǎn)足此工廠(chǎng)的制冷及采暖要求。優(yōu)化后的方案，單測試主機運行費用為（117+50）X1=167元/時(shí)，按照上述原制冷的主機運轉時(shí)間和采暖周期計算，冬季年運行費用為： 
　　M改=167X16X120=320640元，固改造后每年單主機節約的費用為M暖+M冷-M改=1071480-320640=750840元，為方便計算我們取整為75萬(wàn)元整。由此節省的經(jīng)濟費用是相當可觀(guān)的。 
　　四、改造投入費用 
　　改造投入費用主要有：冷熱回收設備的采購（約85萬(wàn)），板式換熱器采購（約4萬(wàn)），空氣源熱泵熱水機組（約32萬(wàn)元），水泵（約4萬(wàn)元），設備管道安裝（約5萬(wàn)元），管材費用（約3萬(wàn)元），總計改造成本為M改=85+32+4+4+3=128萬(wàn)元。比較上述年回收的資金，兩年內就可回收初期投資成本。 
　　五、結語(yǔ) 
　　對于此項目的改造，僅從每年運行費用方面就能得到大量的節省，更不說(shuō)談及更深層次的環(huán)境問(wèn)題，因此對于能源重新分配利用使其達到較為合理的配置是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。對于日后的眾多項目的設計應綜合考慮當地環(huán)境與運行的成本的矛盾關(guān)系，使其達到最低的能源消耗，避免能源浪費，這對于暖通空調的節能改造問(wèn)題有深刻的意義，這也是我們今后努力完善設計方面指導的重要思想之一。