车间恒温低湿空调系统方案设计

引言

本项目位于上海市青浦区进出口加工区,该车间主要是用于生产高精度的油田大件金属产品。为了保证加工零件的精度,需要保证整个车间的温度在合理范围之内:为了避免金属产品在高湿度环境下生锈的情况,需要保证车间的湿度低于要求值。

1设计参数

1.1室外环境参数

地点:上海市青浦区。

夏季设计相关参数:室外干球温度为34.4℃,相对湿度为75%,含湿量为26.22g/kg干空气,烙值为202.94kJ/kg干空气。

冬季设计相关参数:室外干球温度为-4℃,相对湿度为75%,含湿量为1.92g/kg干空气,烙值为0.76kJ/kg干空气。

1.2室内参数要求

室内参数如表1所示。

1.3其余参数

(1)空调系统分为工作模式(08:00一18:00)和值班模式(18:00一次日08:00):

(2)工艺排风量:工作模式排风量为20000m3/h:值班模式排风量为5000m3/h:

(3)房间正压新风量:5000m3/h(约0.5次换气次数):

(4)车间内生产时最多工作人员:20人:

(5)车间内生产时最大发热量:50kw。

2空调方案设计

根据业主对车间的温湿度、空调24h运行、设备的配置需要考虑应急情况下的使用等要求,对本车间的结构维护、车间照明、空调系统、自动控制系统等进行深化设计。

本改造车间为钢结构形式,为了保证车间的隔热保温效果,减小漏风量,增加密闭性,在原有的钢结构屋面下,新增了整个车间的吊顶结构。采用镀锌方管制作网架,在相应的位置预留了空调送回风管的丝杆,LED灯具的配电桥架安装在网架上,在灯具的安装位置预留电缆孔。吊顶板采用50mm厚度的轻型离心玻璃棉夹芯板,兼顾隔热保温的效果,并能有效降低屋面结构的载荷。在四周与墙体处采取护角处理,并对所有接缝处做打胶处理,降低车间内的漏风量。

空调系统采用水系统形式,空调机组选用两台风冷热泵进行夏季制冷和冬季制热:设计三台循环水泵与两台空调机组对应使用,为两用一备:空调末端设备选用两台组合式空调箱,通过送回风管、风阀、风口等,对车间内的空气进行处理,保证车间内的温度、湿度满足业主的使用要求。

空调机组选用两台风冷涡旋式热泵机组,空调机组可以随末端的实际负荷变化进行多级能量调节,避免采用风冷螺杆式机组在低负荷时频繁启停的情况:夏季冷负荷需求量较大时,两台机组同时制冷,提供6℃的冷冻水供水,以满足夏季空调箱的除湿、供冷需求:冬季由于实际需求的热负荷相对较低,两台机组则可以互为备用,提供45℃的热水供水,以满足冬季空调箱的预热、制热需求。由于水系统的管路较短,在循环水管路系统中增设一个方形不锈钢保温水箱,用于系统储能以及避免机组频繁启停。

为了降低能耗,更易控制房间内的温度、湿度,空调箱采用一次回风系统。空调箱的功能段分为:新风进风段＋G4过滤段＋新风表冷段＋回风/新风混风段＋混风表冷段＋电加热段＋变频风机段＋均流段＋F7袋式过滤段＋送风段。空调送风由风管接入车间内,由于车间吊顶较高,选用温控型旋流风口进行送风,每个旋流风口前设置手动风量调节阀,并进行风平衡调试,保证每个风口的送风量保持一致。温控型旋流风口在夏季送低温风时,风口的扩散角度较大,使低温的空调风扩散开来,使送风与室内的空气进行充分的混合:冬季送风时,风口的扩散角则减小,使热风尽量集中送至地面混合,以保证车间内的温度相对保持一致,避免下部冷、上部热。

由于本空调系统为24h运行,为满足房间的温湿度控制要求,整个空调系统设置自控系统,结合温度探头、湿度探头、风压传感器、风压开关、电动调节型水阀、电动调节型风阀等,以湿度为优先的控制逻辑,控制所有设备全自动运行。

夏季及过渡季节运行时,当房间内的湿度超过设定值时,空调机组制冷模式运行,新风通过新风表冷段处理至露点温度以除湿,再由低温新风与回风混合,通过混风表冷段进行再次降温(如必要),若房间的温度过低,则分档开启电加热以提高送风温度,以避免房间的温度低于设置值:当房间的湿度满足要求时,则将新风处理至室内等湿状态点后与回风混合,通过混风表冷段进行降温,以满足室内的温度需求。

冬季运行时,当环境温度较低时,优先开启空调机组的电加热用于房间升温,电加热满负荷运行一定时间后,仍不能将房间的温度提升至设定值时,空调机组制热模式运行,提供热水用于提高房间内的温度。

工作模式下,通过工艺排风机的运行信号)远程给定),空调自控系统控制电动新风阀、电动回风阀的开度,并通过房间的压差传感器控制送风机的运行频率,保证车间内处于正压状态:值班模式下,通过工艺排风机的停止信号)远程给定),空调自控系统控制电动新风阀、电动回风阀的开度,并通过房间的压差传感器控制送风机的运行频率,保证车间内处于正压状态。如此可以避免在值班模式下,空调箱大风量送风,使房间内处于较高的正压力值,造成能源的浪费,以及给业主造成不必要的使用麻烦。

2.1空调箱参数计算

根据建筑类型以及使用情况,可估算出本车间工作模式下的夏季冷负荷)不含新风)如表2所示。

相应值班模式下的夏季冷负荷)不含新风)如表3所示。

维护结构按70w/m2,照明按20w/m2,人员发热量按200w/人,人员散湿量忽略不计。

根据建筑类型以及使用情况,可估算出本车间工作模式下的冬季热负荷)不含新风)如表4所示。

相应值班模式下的冬季热负荷)不含新风)如表5所示。

维护结构按-70w/m2,照明按20w/m2,人员发热量按200w/人计算,人员散湿量忽略不计。

根据以上数据可知,夏季室内最大的热负荷为151kw,散湿量忽略,空调送风温差按6℃计算,通过恰湿图可以计算出空调总送风量约为77700m3/h,最大新风量为25000m3/h。空调箱的送风量按80000m3/h设计,即每台空调箱的送风量为40000m3/h,新风量为12500m3/h。

)1)室外空气状态:干球温度34.4℃,相对湿度75%,恰值为101.94kJ/kg干空气:室内空气状态:干球温度20℃,相对湿度50%,露点温度9.3℃,恰值为38.68kJ/kg干空气:机器露点温度9.3℃,相对湿度95%,恰值为28.54kJ/kg干空气:设计送风状态干球温度为14℃,恰值为32.6kJ/kg干空气。根据上述参数,可计算出以下数据:

工作模式下,新风盘管的制冷量为:Qx1=25000×1.2×)101.94-28.54)/3600≈611.7kw

值班模式下,新风盘管的制冷量为:Qx2=10000×1.2×)101.94-28.54)/3600≈244.7kw

工作模式下,混风后的空气状态为:干球温度16.8℃,露点温度9.3℃,相对湿度61%,恰值为35.4kJ/kg干空气:则混风盘管的制冷量为:

Qh1=80000×1.2×)35.4-32.6)/3600≈74.7kw

值班模式下,混风后的空气状态为:干球温度18.4℃,露点温度9.3℃,相对湿度55%,恰值为37.1kJ/kg干空气:则混风盘管的制冷量为:

Qh2=65000×1.2×)37.1-32.6)/3600=97.5kw

)2)室外空气状态:干球温度34.4℃,相对湿度75%,恰值为101.94kJ/kg干空气:室内空气状态:干球温度22℃,相对湿度50%,露点温度11.1℃,恰值为43.18kJ/kg干空气:机器露点温度11.1℃,相对湿度95%,恰值为32.78kJ/kg干空气。根据以上参数,可计算出以下数据:

工作模式下,新风盘管的制冷量为:Qx1=25000×1.2×)101.94-32.78)/3600≈576.3kw

值班模式下,新风盘管的制冷量为:Qx2=10000×1.2×)101.94-32.78)/3600≈230.5kw

工作模式下,混风后的空气状态为:干球温度18.8℃,露点温度11.1℃,相对湿度61%,恰值为39.9kJ/kg干空气:则混风盘管的制冷量为:

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

值班模式下,混风后的空气状态为:干球温度20.4℃,露点温度11.1℃,相对湿度55%,恰值为41.5kJ/kg干空气:则混风盘管的制冷量为:

Qh2=65000×1.2×)41.5-32.6)/3600≈192.8kw冬季的新风加热至回风的最大加热量为:

25000×1.2×1.01x)20＋4)/3600=202kw混风加热至送风温度的最大加热量为:

80000×1.2×1.01×)26-20)/3600=161.6kw

空调箱的再热热量按最大混风表冷盘管制冷量与最小混风表冷盘管制冷量的差值计算,则为:

194.7-74.7=120kw

因此,根据以上计算,可以得出每台空调箱的参数为:值班工况下:新风量为5000m3/h,送风量为32500m3/h:工作工况下:新风量为12500m3/h,送风量为40000m3/h:新风盘管制冷量为:

611.7÷2≈306kw

混风盘管制冷量为:

194.7÷2≈98kw

空调箱再热热量为:

120÷2=60kw

2.2空调主机配置

根据以上计算可知,本项目的空调系统最大制冷量需求为:576.3＋194.7=771kw

根据设计思路,本系统选用两台参数一致的空调机组,以减少机组频繁启停,以及互为备用机组。

选用某厂家某型号两台空调机组,其制冷量为405kw,制热量为463kw。选择三台水流量为70m3/h的循环水泵配套使用,水泵为两用一备,通过电动阀及自控系统可以实现故障自动切换功能。

为了精准控制机组的出水温度,并保证系统的稳定运行,参考选型手册,水系统中的最小水容量应不小于:

即选择在系统中设置一个有效容积为6m3的不锈钢方形保温水箱。

3结语

本文以暖通空调的基本设计理论为依据、结合业主的使用需求,并与实际的工程经验相结合,根据相关数据,详细计算了空调冷热负荷,并对各主要设备进行了选型。