工业厂房通风空调设计中典型问题探究

摘要：本文分析了现代工业建筑的基本形式与特点，阐述了工业厂房通风空调系统设计中常见的几个问题，重点探讨了在高大空调厂房中如何既节能又有效去除各类有害污染物的设计方法。

关键词：工业厂房 防爆 通风空调

工业建筑的种类繁多，行业标准的覆盖面有限，其中很多专业问题并未涉及，且编制或修编速度不能与国家政策法规和新技术的发展相适应，以至于我们常常困惑：在工业建筑设计中遇到的诸多问题远不如民用建筑好处理，如何既合理又合法地解决这些技术问题呢？本文仅就几个典型的问题与同行交流。

1 工业建筑的特点

许多工业厂房在试验、生产过程中产生余热、余湿或各类有害气体、粉尘等物质，不经处理会对室内或室外造成污染，不满足国家环保要求。随着生产人员对环境舒适性要求的提高，大部分厂房设计了舒适性空调系统，但是该系统又不能有效去除各类有害物质，这就使通风和空调系统的设置常出现矛盾。

另一类工业厂房在试验、生产过程中，工艺本身对室内空气环境有特殊要求，如：恒温，恒湿，温度场、速度场、温湿度的时间变化率，洁净度等要求。

2 典型问题

从20世纪80年代到今天，工业厂房越建越大，功能也由过去的专业车间性厂房向大而全的联合车间厂房转变。过去，国家工业企业室内卫生标准对生产车间有害物浓度允许限值要求不严，工人们对其每天工作环境的空气品质认识不足、要求不高，对有污染物产生的高大厂房，控制和排除污染物的方式是局部通风与全室换气相结合，由于厂房进深小，四周都有外窗、外门，一般采用机械排风自然进风方式，通风效果基本能满足要求，主要的耗能设备就是通风机。现在，这类厂房随着生产环境舒适性要求的提高，大部分设置了舒适性空调系统。空调的设置使得能耗大大增加。现行国家标准GBZ 1—2010《工业企业设计卫生标准》对生产车间有害物浓度允许限值要求严格了，工人们的自我保护意识也加强了，要求生产车间的环境不仅温湿度舒适，而且空气清新无污染，企业要求保证建筑环境的各种系统在满足功能的前提下，建设时必须省钱，运行时必须节能。创造一个低碳节能、清洁舒适的生产环境是设计要达到的最终目标。

有研究表明，建筑节能可能是各类节能中潜力最大、可持续性最高的节能途径，我国每年完成的建筑工程投资额中，工业建筑与民用建筑之比约为53∶47，工业建筑占多半。可见像民用建筑一样降低工业建筑能耗前景可观，但在工业建筑领域，从各项节能管理机制到规范、实施细则的制定较民用建筑相对滞后。目前的工业建筑设计是参考国家和地方民用建筑相关节能规范或标准，重点从合理的供暖、通风和空调系统设计以降低系统对能耗的需求着手，当然包括合理的运行调节达到真正减少能源消耗的手段方法，同时考虑一次投资和投资回报，这是优化设计的初衷。现在民用建筑设计了很多节能工程，工业建筑也跟随设计投产了一些节能示范工程，一次投资无疑是增加的，但实际能源消耗的统计数据并不多，是否达到预期的节能效果无法考证；另一方面，很多用户的建筑机电设备运行管理团队技术力量较弱甚至很弱，各系统是否达到真正的节能运行不得而知。用户的要求：建设时要省钱，运行时也必须省钱，如何实现？尤其是目前对工业建筑，国家还没有强制性节能标准，我们应该如何做？

对于这类仅有一般舒适性要求的高大厂房，若采用全空气集中式空调系统，单台机组的风量和风管截面均很大，大截面的空调风管将占用很多有效空间；若厂房有天车，还将影响建筑物的使用功能和增加建筑高度；若将空调机组设置在专用机房，将增加建筑成本。不设专用机房，将机组设置在厂房中的平台上，机组噪声又会恶化工作区的生产环境。

故对高度大于10m且体积为10000m3左右的厂房，基本上就按分层空调的形式进行气流组织设计，较多采用半集中式空气-水空调系统，即：对上部非空调区域采用自然和机械相结合的通风方式，下部工作区域的冷、热负荷由大型水表冷柜式或悬挂式空调机组负担，以柱网为单元，采用可调节送风角度的射流方式，经计算使工作区处在涡流区域。温湿度控制按照负荷特点，如不同朝向、内区与外区，以柱网为单元设置温湿度传感器，控制该区域内大型水表冷柜式或悬挂式空调机组电动水阀的开度，做到分区控制和管理，避免某些区域过冷或过热。新风采用分散或半集中方式，分散就是根据需要就地设置水表冷柜式新风机组，新风就近从室外引入机组后处理；无条件时则采用分区域设置新风机房，新风处理后集中经风管送入需要的区域。新风量的设计以外区少、内区多并与排风量和冷热量平衡为原则。尤其在空调季较长且有污染物散发的内区，为改善室内空气品质，加大通风换气次数效果最明显，此时就应设置新、排风能量回收装置，从而避免能源的浪费。有些废气在进能量回收装置之前应进行净化处理，对能量回收装置而言，新风机应采用压入式，排风机应采用抽出式，防止排风污染新风。

大空间厂房的烟气（如焊接车间）、油雾气（如机械加工厂房）的净化一直是行业性难题。当这类有污染物和热量同时产生的厂房设置空调系统后，更增加了处理这些废气的难度。笔者曾在一些项目中尝试：在污染物散发的敞开式加工区域附近设置油烟废气净化循环机组和在空调系统中设置油烟废气净化装置相结合的方式，试图解决机械加工中高速旋转刀具使冷却液蒸发而雾化散发到室内，影响室内空气品质的问题。由于厂房体积太大，废气扩散后浓度降低，再加上循环机组的作用半径有限，相比封闭式加工区的废气净化效果，敞开式加工区效果要差很多。常规的分散式分层空调的气流组织是侧上送下回方式，使工作区处在回流区。夏季，生产中产生的上升烟气、油雾气的运动方向与空调送风气流流向正相反，下降的冷空气与上升的烟气、油雾气在车间中部形成悬浮层。这种由局部产生的废气不能就近有效地被净化处理，而扩散至整个车间，由于体积浓度的降低，净化总效率下降。若采用置换通风的下送上排的气流组织，效果应该有所改善。首先，工艺部门不同意送风管在生产区域下拉，占用工艺面积，尤其大厂房，下拉风管不是几根，而应相对均匀布置，多少会占用一些工艺面积。其次，为了将置换送风口敷设至工作区下位处，主风管不是敷设在厂房顶部，就是敷设在地沟。带来新的问题是：敷设在厂房顶部的吊车梁之上时，要考虑与屋面采光窗、吊车运行方向与主次风管的协调和美观性；敷设在地沟时，与结构基础和工艺设备基础交叉又多。不管是哪种敷设方法，一次投资较常规分散式分层空调系统都有很大增加，目前在外资企业有实施案例，而在我国各类机加厂房实施的并不多。如果工艺设备无法自身解决生产试验中产生的污染物，本专业设计应积极采用先进技术和设备，推进工业建筑环境设施能上一个新台阶，使车间生产环境得到真正彻底的改善。

3 结语

综上所述，优化高大工业厂房通风空调系统的气流组织设计在取得综合效果和节能方面起着至关重要的作用，应予重视。特别是防爆场合安全措施的基本原则就是从源头控制避免形成爆炸性混合气体，为此应加强通风换气，合理组织气流，避免出现死角，采用可燃气体自动报警系统与事故排风机联锁启动，其他都是辅助措施。工业厂房的防爆设计较复杂，情况各异，要求也高，有一定难度，所以必须根据不同情况区别对待，做到既合法又合理。