摘要　分析了工業(yè)潔凈車(chē)間的空調(diào)需求特點(diǎn)，對(duì)冷熱源設(shè)備形式進(jìn)行了梳理；分析了除濕和送風(fēng)溫差對(duì)冷源品位選擇的影響，指出了７℃制冷劑的應(yīng)用局限性；分析了常規(guī)熱源在工業(yè)潔凈車(chē)間的適用性，討論了分區(qū)集中式與分散式兩種冷熱源形式的選擇，總結(jié)了數(shù)據(jù)機(jī)房的冷源形式，并提出了相應(yīng)的節(jié)能措施。提出了深度除濕對(duì)低溫冷源需求的解決辦法，總結(jié)了工業(yè)潔凈車(chē)間的冷熱源形式。結(jié)合一工程案例，介紹了冷熱源方案。

關(guān)鍵詞　工業(yè)潔凈車(chē)間　需求特點(diǎn)　設(shè)備形式　冷熱源品位　應(yīng)用形式　冷熱源形式

微工業(yè)潔凈工業(yè)已成為衡量一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)力的重要標(biāo)志，發(fā)達(dá)國(guó)家把微工業(yè)潔凈工業(yè)作為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。2010年我國(guó)大規(guī)模消費(fèi)型工業(yè)潔凈產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售收入規(guī)模達(dá)7.8萬(wàn)億元，增長(zhǎng)29.5％。消費(fèi)型工業(yè)潔凈產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。

為滿足生產(chǎn)環(huán)境的要求，空調(diào)系統(tǒng)幾乎成了工業(yè)潔凈廠房的必配項(xiàng)。工業(yè)潔凈廠房空調(diào)系統(tǒng)能耗大，冷熱源能耗占比很大。為此，探討工業(yè)潔凈車(chē)間冷熱源方案的選擇意義明顯。

１工業(yè)潔凈車(chē)間空調(diào)需求特點(diǎn)

１．１24ｈ不間斷運(yùn)行

為了滿足生產(chǎn)任務(wù)的需要，工業(yè)潔凈廠房實(shí)行三班倒，廠房２４ｈ有人在崗生產(chǎn)。

１．２舒適性空調(diào)兼具工藝性空調(diào)

廠房?jī)?nèi)既有生產(chǎn)區(qū)域又有辦公管理區(qū)，而且生產(chǎn)區(qū)域的空調(diào)既有以改善工作條件為目的的舒適性空調(diào)，又有滿足藝對(duì)生產(chǎn)（m.gxshunjiang.com）環(huán)境要求的工藝性空調(diào)，就筆者接觸到的項(xiàng)目而言，舒適性空調(diào)的比例占３０％～８０％。

１．３　空調(diào)參數(shù)具有多樣性

舒適性空調(diào)夏季溫度≤２８℃，冬季溫度≥１８℃。工藝性空調(diào)參數(shù)具有多樣性，主要體現(xiàn)在具體數(shù)值與控制精度上，既有長(zhǎng)年需要供熱的，如老化房，又有常年需要供冷的，如網(wǎng)絡(luò)機(jī)房；既有恒溫恒濕空調(diào)，又有潔凈空調(diào)。

１．４　室內(nèi)負(fù)荷大

工業(yè)潔凈車(chē)間作為工業(yè)建筑，目前沒(méi)有節(jié)能規(guī)范對(duì)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)提出明確的保溫要求，圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體保溫性能差，圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷大。工業(yè)潔凈廠房的照明功率略高于普通辦公樓。工藝設(shè)備的發(fā)熱量因工藝不同有一定的差異，但總體來(lái)講，工藝設(shè)備發(fā)熱量較大。除人體負(fù)荷含有濕負(fù)荷外，室內(nèi)其他負(fù)荷均為顯熱負(fù)荷。勞動(dòng)強(qiáng)度為極輕勞動(dòng)［４］，在室內(nèi)溫度22～28℃時(shí)，潛熱負(fù)荷比例不高，室內(nèi)負(fù)荷中顯熱負(fù)荷比例較高。

１．５新風(fēng)負(fù)荷大

新風(fēng)量根據(jù)兩項(xiàng)因素確定，一是補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)量和保持室內(nèi)正壓值所需新風(fēng)；二是保證每人每小時(shí)的最小新風(fēng)量，一般車(chē)間為３０ｍ3／（人?ｈ），潔凈室為４０ｍ3／（人?ｈ），辦公管理區(qū)新風(fēng)量根據(jù)ＧＢ　５０７３６—２０１２《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》選用。相當(dāng)一部分車(chē)間有排風(fēng)要求，如ＳＭＴ車(chē)間（表面組裝車(chē)間）、印刷車(chē)間等，同時(shí)層高相對(duì)較高，這導(dǎo)致其補(bǔ)充排風(fēng)維持正壓所需新風(fēng)量大。

２冷熱源設(shè)備形式

根據(jù)產(chǎn)生冷熱量的能力總結(jié)的冷熱源設(shè)備形式見(jiàn)表１。應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要和現(xiàn)場(chǎng)條件，并著重考慮項(xiàng)目所在地的能源結(jié)構(gòu)、能源價(jià)格、能源政策（包括能源的季節(jié)性供應(yīng)和使用情況）、節(jié)能減排與環(huán)境保護(hù)要求以及冷熱源裝置的投資與運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等因素，綜合確定冷熱源設(shè)備形式。

３冷熱源應(yīng)用形式

３．１冷熱源品位的選擇

品位的選擇應(yīng)以滿足空調(diào)末端處理需要為前提，不同品位的冷熱源獲得的難易程度與能耗水平有很大差別。

３．１．１熱源品位的選擇

集中空調(diào)所用熱源，鍋爐供回水溫度為６０℃／５０℃，熱泵的供回水溫度為４５℃／４０℃，而工業(yè)潔凈車(chē)間冬季室內(nèi)溫度都在２４℃以下，無(wú)論是鍋爐還是熱泵都可以保證足夠的溫差，滿足要求。

３．１．２冷源品位的選擇

冷源品位的選擇就末端而言，主要涉及到除濕與送風(fēng)溫差，除濕主要針對(duì)恒溫恒濕空調(diào)，送風(fēng)溫差則主要針對(duì)舒適性空調(diào)，除濕需要更低的冷水溫度。

３．１．２．１除濕對(duì)冷源品位的要求

冷水的進(jìn)口溫度應(yīng)比空氣的出口干球溫度至少低３．５℃，除濕后的狀態(tài)點(diǎn)設(shè)為L(zhǎng)?點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的出風(fēng)干球溫度為tL，除濕后的相對(duì)濕度為９０％或９５％，是一個(gè)相對(duì)確定的值，則ｔＬ主要取決于除濕后所要達(dá)到的含濕量dL，所需的冷水溫度為tL-3.5℃。

影響所需冷水溫度的因素有：室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的含濕量、承擔(dān)濕負(fù)荷的處理風(fēng)量以及室內(nèi)的濕負(fù)荷。在其他因素不變的情況下，風(fēng)量越大，ｄＬ也就越大，冷水的進(jìn)口溫度也可以越高。

工業(yè)潔凈車(chē)間恒溫恒濕空調(diào)中常采用溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)處理新風(fēng)控制濕度，處理回風(fēng)控制溫度，下面將著重對(duì)該種情況進(jìn)行分析。

新風(fēng)量≥人員所需新風(fēng)量，潔凈室的人員新風(fēng)量為４０ｍ３／（人?ｈ），其他區(qū)域的人員新風(fēng)量為３０ｍ３／（人?ｈ），勞動(dòng)強(qiáng)度為極輕勞動(dòng)。空調(diào)參數(shù)多樣性主要體現(xiàn)在基準(zhǔn)數(shù)值與控制精度上，但總體來(lái)講，夏季溫度在２０～２８℃之間，相對(duì)濕度在４５％～７０％之間，其中５０％最為常用，此處暫將相對(duì)濕度統(tǒng)一取為５０％，計(jì)算不同室內(nèi)溫度下，滿足除濕要求所需要的冷水溫度。

ｄＬ的計(jì)算公式見(jiàn)式（１）。

(1)

式中ｄＬ為除濕后的含濕量，ｇ／ｋｇ；ｄＮ為室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)Ｎ的含濕量，ｇ／ｋｇ；ｎ?為人數(shù)；ｄ?為單位人員散濕量，ｇ／（人?ｓ）；ｇ?為單位人員新風(fēng)量，ｋｇ／（人?ｓ）。

按人員新風(fēng)量４０，３０ｍ3／（人?ｈ）計(jì)算出ｄＬ，取除濕后相對(duì)濕度為９０％，查出室內(nèi)參數(shù)為２０～２８℃，５０％時(shí)除濕所需的冷水溫度如表２所示。冷水的供水溫度通常為７℃，由以上數(shù)據(jù)可知，７℃的供水溫度可以滿足大部分情況下的除濕要求，但并不能滿足所有情況下的除濕要求，對(duì)于室內(nèi)溫濕度低于２４ ℃，５０％，人員新風(fēng)量為３０ｍ3／（人?ｈ）的情況，應(yīng)該采用溫度更低的冷源或換為其他除濕方式。

３．１．２．２送風(fēng)溫差對(duì)冷源品位的影響

舒適性空調(diào)在工業(yè)潔凈車(chē)間占３０％～８０％，且具有負(fù)荷大、以顯熱為主、控制精度要求低的特點(diǎn)，送風(fēng)溫差與送風(fēng)量成反比，送風(fēng)量則影響風(fēng)機(jī)功率、風(fēng)管及附件尺寸以及安裝空間大小。

送風(fēng)溫差的最大值受末端冷水進(jìn)口溫度的制約，冷水進(jìn)口溫度影響制冷機(jī)組的效率，冷水進(jìn)口溫度升高或降低１℃，機(jī)組能耗將升高或降低３％～４％。露點(diǎn)送風(fēng)的溫差最大，工業(yè)潔凈廠房熱濕比大（１５０００ｋＪ／ｋｇ以上），當(dāng)室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)為２６℃，５５％，最大送風(fēng)溫差為１０℃時(shí)，假定冷水與表冷器出風(fēng)溫差一定，則冷水進(jìn)口溫度變化１℃，出風(fēng)溫度也變化１℃，送風(fēng)溫差的變化幅度為１０％以上，送風(fēng)量、風(fēng)機(jī)功率也變化１０％以上。這說(shuō)明對(duì)于工業(yè)潔凈車(chē)間冷水進(jìn)口溫度對(duì)風(fēng)系統(tǒng)能耗影響明顯大于對(duì)制冷機(jī)組能耗的影響，因此不能片面為了提高制冷機(jī)組能效而任意提高末端

設(shè)備冷水溫度，應(yīng)同時(shí)考慮對(duì)風(fēng)系統(tǒng)的影響。

目前，部分項(xiàng)目對(duì)車(chē)間舒適性空調(diào)也采用溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)，回風(fēng)采用高溫冷水（１６℃）進(jìn)行處理，結(jié)果送風(fēng)溫差只有６℃，回風(fēng)量增加了６７％，整個(gè)風(fēng)系統(tǒng)非常龐大，管路布置非常困難。為此，對(duì)于車(chē)間舒適性空調(diào)，由于其控制精度要求低，不建議采用溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)。

３．２分區(qū)集中式與廠房分散式的選擇

工業(yè)潔凈車(chē)間有多棟廠房，幾乎每棟廠房都有空調(diào)需求，冷熱源的設(shè)置形式有２種：一是每棟廠房各設(shè)１個(gè)冷熱源機(jī)房；二是多棟廠房共用１個(gè)冷熱源機(jī)房即分區(qū)集中式，２種設(shè)置形式在應(yīng)用中均占有一定的比例。分區(qū)集中式有區(qū)域供冷的思想，但是其在一定程度上能避免區(qū)域供冷目前所存在的問(wèn)題。其一，不同廠房雖屬不同事業(yè)部，但是均屬同一家公司，而且土建與機(jī)電設(shè)計(jì)由同一設(shè)計(jì)院完成，在總體優(yōu)化時(shí)協(xié)調(diào)難度相對(duì)較小，廠房間的計(jì)量收費(fèi)問(wèn)題也相對(duì)容易解決；其二，廠房間的布置間距在滿足規(guī)范的前提下相對(duì)較小，這有利于降低管道冷損失和輸送能耗。集中冷熱源具有明顯的優(yōu)勢(shì)比如系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能強(qiáng)、能效高、集中管理專業(yè)化程度高、建筑空間利用率高和美觀性好，隨著流量分配調(diào)節(jié)技術(shù)與冷熱量計(jì)量技術(shù)的進(jìn)步，分區(qū)集中式的分配調(diào)節(jié)與計(jì)量已不再是大的問(wèn)題。雖然兩種形式在應(yīng)用中均占有一定的比例，但筆者更傾向于分區(qū)集中式。

３．３數(shù)據(jù)機(jī)房冷源方案的選擇

工業(yè)潔凈車(chē)間中，常遇到數(shù)據(jù)機(jī)房，其空調(diào)具有很大的特殊性：顯熱負(fù)荷大、熱濕比近于無(wú)窮大、全年制冷運(yùn)行、人員數(shù)量少，部分項(xiàng)目甚至封閉循環(huán)運(yùn)行。為此，數(shù)據(jù)機(jī)房的冷源系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立設(shè)置?？偨Y(jié)起來(lái)數(shù)據(jù)機(jī)房有３種基本冷源方案：風(fēng)冷直接膨脹式系統(tǒng)、水冷直接膨脹式系統(tǒng)、冷水型系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上又衍生出了雙冷源系統(tǒng)即直接膨脹式與冷水型相結(jié)合的系統(tǒng)。直接膨脹式主要用于小型數(shù)據(jù)機(jī)房，冷水型空調(diào)系統(tǒng)適用于大型數(shù)據(jù)機(jī)房。

空調(diào)系統(tǒng)的能耗占整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房能耗的４０％以上，全年供冷運(yùn)行造成了年能耗高。部分過(guò)渡季節(jié)時(shí)段與冬季，在小型數(shù)據(jù)機(jī)房中采用顯熱型新風(fēng)換氣機(jī)，將室外空氣作為冷源對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行冷卻，是一種較為節(jié)能的措施，此時(shí)應(yīng)注意接管方式，應(yīng)讓室外低溫空氣在新風(fēng)換氣機(jī)內(nèi)吸熱后直接排至室外而不進(jìn)入室內(nèi)，室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)入新風(fēng)換氣機(jī)被新風(fēng)冷卻后依然送入室內(nèi)。對(duì)于大型數(shù)據(jù)機(jī)房的冷水型空調(diào)系統(tǒng)，部分過(guò)渡季節(jié)時(shí)段與冬季采用閉式冷卻塔或開(kāi)式冷卻塔＋板式換熱器進(jìn)行免費(fèi)供冷也是一種行之有效的方法，這種方式目前已在很多項(xiàng)目中得到了運(yùn)用。

３．４深度除濕冷源的選擇

潔凈室與恒溫恒濕車(chē)間對(duì)溫濕度有嚴(yán)格的控制要求，夏季存在除濕的需求，除濕方式主要有３種：轉(zhuǎn)輪除濕、溶液除濕、冷卻除濕，對(duì)于它們?cè)跍貪穸泉?dú)立控制系統(tǒng)的應(yīng)用形式，文獻(xiàn)［９］作了比較詳盡的分析討論，工業(yè)潔凈車(chē)間中應(yīng)用得最多的是冷凍除濕。７℃的冷水并不能滿足所有情況的除濕要求，當(dāng)需要更低溫的冷源時(shí)，有２種解決方式：一是采用低溫冷水機(jī)＋鹽水或有機(jī)化合溶液的載冷劑；二是采用制冷劑直接膨脹冷卻除濕；冷源品位可按３．１節(jié)中的方法進(jìn)行確定。

制冷劑直接膨脹冷卻除濕在工業(yè)潔凈車(chē)間中有一定的應(yīng)用，其冷卻方式為風(fēng)冷，蒸發(fā)器作為室內(nèi)部分置于空氣處理機(jī)組內(nèi)，將除蒸發(fā)器以外的其他部分作為室外機(jī)置于室外。工業(yè)潔凈廠房一般為多層廠房，單層面積較大，這使得蒸發(fā)器與室外機(jī)之間的管路過(guò)長(zhǎng)，制冷量衰減嚴(yán)重，品位也有一定的下降，在最熱月份，常出現(xiàn)除濕效果不理想的情況。鑒于此，將風(fēng)冷改為水冷則更為合適，直接膨脹式系統(tǒng)性能更穩(wěn)定，除濕效果也更易保證，此時(shí)直接膨脹式系統(tǒng)的冷卻水存在２種方式：第１種是用冷卻塔提供冷卻水；第２種是將用于回風(fēng)處理的高溫冷水作為直接膨脹式系統(tǒng)的冷卻水。２種方式的系統(tǒng)節(jié)能性還有待分析，但從工程適應(yīng)性的角度來(lái)講，第２種方式的管路更簡(jiǎn)單，如圖１所示。

３．５工業(yè)潔凈車(chē)間冷熱源的形式

綜合前面的分析，工業(yè)潔凈車(chē)間冷熱源形式適合采用分區(qū)集中大系統(tǒng)＋特殊獨(dú)立小系統(tǒng)的形式。分區(qū)集中大系統(tǒng)承擔(dān)區(qū)域內(nèi)各廠房舒適性空調(diào)負(fù)荷與特殊空調(diào)的低品位負(fù)荷，供回水溫度采用７℃／１２℃，６℃／１３℃或者其他更合適的溫度，通過(guò)板式換熱器轉(zhuǎn)換為高溫冷水，可滿足溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的顯熱處理要求，雖然存在一定的品質(zhì)浪費(fèi)，但是能很好滿足廠區(qū)整體需求。特殊獨(dú)立小系統(tǒng)指常年需要供冷的如網(wǎng)絡(luò)機(jī)房以及溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的深度除濕部分，這部分應(yīng)單設(shè)系統(tǒng)獨(dú)立供應(yīng)。

４工程案例介紹

某工業(yè)潔凈車(chē)間位于重慶，占地面積１３４萬(wàn)ｍ2，建筑面積８５萬(wàn)ｍ2，共有３０棟工業(yè)潔凈廠房，每４～６棟劃分為１個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)設(shè)１個(gè)集中冷熱源站。冷水機(jī)組為水冷離心式機(jī)組，機(jī)組采用１０ｋＶ供電，水系統(tǒng)為二級(jí)泵變流量系統(tǒng)，７℃／１２℃的供回水溫度，采用靜態(tài)平衡閥平衡各廠房間的壓差。冬季利用開(kāi)式冷卻塔＋板式換熱器，為需供冷的區(qū)域供冷?？照{(diào)熱源與工藝用蒸汽統(tǒng)籌考慮，采用蒸汽鍋爐，廠房?jī)?nèi)設(shè)板式換熱器將蒸汽換成熱水。

溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的顯熱負(fù)荷由經(jīng)板式換熱器換熱得到的高溫冷水承擔(dān)；對(duì)于除濕負(fù)荷，當(dāng)７℃冷水能滿足要求時(shí)，直接由７℃冷水承擔(dān)，當(dāng)不能滿足要求時(shí)，由風(fēng)冷直接膨脹式冷卻系統(tǒng)承擔(dān)。普通舒適性空調(diào)冷負(fù)荷全部直接由７℃的冷水承擔(dān)。數(shù)據(jù)機(jī)房冷源采用風(fēng)冷直接膨脹式系統(tǒng)＋顯熱型新風(fēng)換氣機(jī)，冬季采用顯熱型新風(fēng)換氣機(jī)提取室外冷量，其余時(shí)間由風(fēng)冷直接膨脹式系統(tǒng)供冷。

５結(jié)論

１）工業(yè)潔凈車(chē)間具有２４ｈ連續(xù)運(yùn)行、舒適性空調(diào)兼工藝性空調(diào)、空調(diào)參數(shù)具有多樣性、室內(nèi)負(fù)荷大顯熱比例高、新風(fēng)負(fù)荷大的空調(diào)需求特點(diǎn)。

２）冷熱源品位的選擇應(yīng)以滿足末端處理需要為前提，冷源品位的確定要考慮除濕和送風(fēng)溫差的需求，７℃的冷水在深度除濕時(shí)有其應(yīng)用的局限性，常用的鍋爐和熱泵均可以滿足工業(yè)潔凈車(chē)間對(duì)熱源的需求。

３）對(duì)于工業(yè)潔凈車(chē)間，冷水進(jìn)口溫度對(duì)風(fēng)系統(tǒng)能耗影響明顯大于對(duì)制冷機(jī)組能耗的影響，因此不能片面為了提高制

冷機(jī)組能效而任意提高末端設(shè)備制冷劑溫度，應(yīng)同時(shí)考慮對(duì)風(fēng)系統(tǒng)的影響。

４）顯熱型新風(fēng)換氣機(jī)與冷卻塔可以作數(shù)據(jù)機(jī)房的冬季冷源，但應(yīng)注意應(yīng)用方式。

５）分區(qū)集中大系統(tǒng)＋特殊獨(dú)立小系統(tǒng)的冷熱源形式可以很好地適應(yīng)工業(yè)潔凈車(chē)間的空調(diào)需求特點(diǎn)。