某厂房暖通空调节能设计及室内噪声和空气污染控制

# 2 # 工业建筑
暖通空调 HV&AC 2010 年第 40卷第 9 期
办公类房间的新风量标准为 30 wenku.baidu.com3/ ( 人 # h) , 装配大厅等生产性房间因人员密度小, 需同时满足 室内空气清新度的要求, 新风换气次数不低于 0. 5 h- 1 [ 2] 。 3) 噪声限值
按 GBJ 87 ∃ 85% 工 业 企 业噪 声 控 制 设 计规 范&、GB 3096 ∃ 2008 % 声 环 境 质 量 标 准& 及 GB 12348 ∃ 2008%工业企业厂界噪声排放标准&要求, A 声级噪声: 生产装配大厅 ∋ 90 dB, 车间辅助房间 ∋ 70 dB, 厂界噪声昼间 ∋ 60 dB、夜间 ∋ 50 dB。 4) 有害物浓度
暖通空调 HV&AC 2010 年第 40 卷第 9 期
#1 #
工业建筑 某厂房暖通空调节能设计及 室内噪声和空气污染控制
中国航空规划建设发展有限公司 乐有奋 潘 茜 傅建勋 叶 鸣
摘要 介绍了该装配厂房暖通设计的特点与难点。通过对比计算及 CFD 模拟等方法, 从 围护结构、复合供暖、分层空调、全年综合通风等方面优化系统设计, 提出了多项节能措施; 介 绍了噪声控制的具体措施和全面通风的设计计算, 可为类似工业建筑设计提供借鉴。
该装配厂房 属于高大工业建 筑, 厂 房内高精 度、自动化的进口设备非常昂贵, 全年有供暖与空 调要求, 因空间高大, 能耗也大。 2) 生产噪声大
厂房在生产过程中产生的噪声较大, 实测的噪 声频谱图显示: 单支铆钉枪连续工作时, 在人耳敏 感的频段( 2 000~ 5 000 H z) , A 声级噪声高达 90 dB, 而通常厂房 内有 150~ 160 支 铆钉枪 同时工 作。该厂房还有其特 殊性, 其北外 墙距住宅区仅 25 m, 因此改 善室内噪声环境并防止噪声向外传 播显得尤为迫切。
3. 2 挑高斜形天窗
为达到改善自然采光、减少人工照明能耗的目
的, 需要在外墙和屋面上大面积开窗, 这会导致空调
能耗急剧增加。根据文献[ 4] , 建筑全年照明能耗远
小于供暖空调能耗。笔者所在单位 2006 年对一部
分工业建筑的屋面采光口进行了调研, 发现太阳辐
射热使夏季室内热环境极度恶化。故该厂房采用挑
此外, 设置了供暖与空调系统冷热量计量, 便于 监控冷热量使用情况, 以提高节能意识与管理水平。 4. 2 南北环路与温控
在方案阶段, 将散热器系统按南北朝向分为两 个环路并设动态温控措施( 系统在夜间小流量低温 运行, 在有人工作的时间和区域, 可提高室温设定 值) ; 空调机组也设电动温控措施, 以充分利用太阳 辐射、生产设备等的自由热, 避免天气变暖时过度 供热, 避免厂房南热北冷, 实现热水系统变流量运 行等, 综合降低供暖能耗及输送能耗。
Abstract Pr esents the chara cter istics and dif fic ult ies in HV A C syste m design of the pr oject. By compar ing ca lculation and simula tio n, optimize s the H V AC sy stem design fr om the per spectives o f envelope, hybr id heating , str atified a ir co nditioning a nd ye arly co mbined v entilatio n sy stem, and applies seve ra l ener gy sav ing me asures. Expo unds the no ise contr ol mea sur es and ge nera l v entilation calcula tio n in det ails, pr o viding re fer ences f or similar pro je ct desig n.
!
1 工程概况
夏季: 空调室外计算干球温度 35. 2 ∀ 、湿球温
某装配厂房位于我国西北地区, 由装配大厅及 两层办公附楼组成, 建筑总面积 25 470 m2, 长 225
度 26. 0 ∀ , 通风室外计算温度 31. 0 ∀ , 水平面太 阳辐 射 照 度 最 大 值 945 W/ m 2 ( 出 现 时 刻 12:
西外墙为玻璃与金属复合的倾斜幕墙, 太阳辐
暖通空调 HV&AC 2010 年第 40 卷第 9 期
工业建筑 # 3 #
图 2 建筑立面图( 南向)
射能量大, 设太阳能光伏板, 有利于发电和改善室 内热环境, 一举两得。 3. 4 南向弧形钢板幕墙
弧形钢板幕墙与外墙之间有 400~ 1 250 m m 的空气通道, 幕墙遮挡了大部分的太阳辐射热, 能 显著降低围护结构得热量, 经过笔者计算, 建筑物 南向 峰 值 冷 负 荷 减 小 204 kW, 比 无 幕 墙 下 降 32. 2% , 总冷负荷下降 4. 5% 。 4 供暖系统的节能措施 4. 1 复合供暖方式
2 993
空调能耗/ ( GJ/ a) 6 442
4 903
此外, 执行%公共建筑节能设计标准&, 采用更
高标准的绝热材料, 可减少暖通管道输送的冷热量
损失, 空 调冷 水 管 每 100 m 的温 度 损失 可 小 于
0. 06 ∀ , 空调热水管每 100 m 的温度损失可小于
0. 12 ∀ [ 2] 。
m, 宽 108 m, 高 16. 0 m , 大厅为门式钢架结构, 附 楼为钢框架结构。
该厂房的建筑外型新颖, 西墙倾斜设计并为防 止西晒设太阳能光伏板, 南向设弧形钢板幕墙, 屋 顶设挑高斜形天窗, 以航空飞行器为建筑隐喻, 充 满了力量感和运动感。建筑效果图见图 1。 2 暖通空调主要设计参数及设计难点 2. 1 当地室外气象参数
及遮阳系数, 能较大幅度地降低建筑能耗。
目前, 国内航空工业厂房的围护结构设计依据
主要是 H BJ 3- 98%航空工业工程建设设计规程&,
但随着国家对建筑节能的要求不断提高, 及相应建
筑设计规范和技术的进步, 按更高的设计标准能取
得更 好 的社 会 效 益和 经 济 效益。因 此 参照 GB
50189- 2005%公共建筑节能设计标准&进行该工业
Keywords e ne rg y ef ficiency , hybr id heat ing, str atifie d a ir condit io ning, sim ulation
China Aeronautical Project and Design Ins titut e, Beijing, China
H BJ 3- 98
GB 50189- 2005
外墙 屋面
K = 1. 63 W/ ( m2 # ∀ ) K = 1. 40 W/ ( m2 # ∀ )
K = 0. 60 W/ ( m 2 # ∀ ) K = 0. 55 W/ ( m 2 # ∀ )
透明部分面积无限制
透明部分面积 ∋ 20%
外窗
普通 5 m m+ 9 m m+ 5 m m 中空玻璃窗 L ow e 中空玻璃窗
由于厂房体 量太大, 室 内温度不易 控制与反 馈, 当地日照率低( 见第 2. 1 节) , 以及值班供暖总 热量较小, 最终只在空调机组上设置了温控措施。 4. 3 热媒梯级使用
该厂房供暖系统具备热媒梯级使用的先天条 件, 即高温系统( 散热器 95 ∀ / 70 ∀ ) 的回水作为
低温系统( 空调机组 60 ∀ / 50 ∀ ) 的供水, 以拉大 室外管网温差, 降低运行能耗。笔者曾在其他项目 中成功应用过此类方案。但因该厂区锅炉房不支 持大温差, 该节能构想本次没有实施。 5 空调系统的节能措施 5. 1 分层空调
针对该厂房空间高的特点, 采用了双向对吹的 分层空调系统。将卧柜式空调机组及送风管设置 在 6 m 高处, 将冷却( 或加热) 后的空气, 通过两侧 的送风喷口( 400 mm , 风量 2 000 m3 / h) , 以射流 形式吹向大厅腹地, 再以下回风的形式回到空气处 理机组, 形成空气再循环, 使 6 m 以下的区域处于 空气回流区。送风口沿厂房长度方向水平均匀布 置, 气流均匀性好, 避免 厂房局部过冷 ( 或 过热) 。 新风量为总风量的 10% , 相当于空调区 域换气次 数为 0. 5 h- 1 。
高斜形天窗, 既能采光, 又大大减少了太阳辐射热
( 12: 00 时屋顶透明部分接受的太阳辐射照度由 945
W/ m2 降至 157 W/ m2 [ 1] , 屋顶部分的空调负荷最大
值因此减小且出现时间延迟) ; 同时增加热压, 改善
了自然通风效果。南向的建筑立面图见图 2。 3. 3 西墙太阳能光伏板
3) 有害挥发性气体 厂房在生产过程中使用的胶料、稀释剂会产生
丙酮、乙酸乙酯等挥发性气体, 会恶化室内空气环 境( 曾有引发劳资矛盾的案例) , 需要在通风空调设 计中予以重视并解决。 3 围护结构的节能措施 3. 1 执行何种标准
供暖空调能耗在整个建筑能耗中所占比例较 大, 以民用建筑为例, 供暖空调能耗占建筑全年能 耗的 65% [ 3] , 而供暖及空调能耗与建筑围护结构 密切相关。合理设计建筑围护结构, 提高围护结构 的保温隔热性能, 优化建筑物的体形系数、窗墙比
00) [ 1 ] 。 冬季: 供暖室外计算温度- 5. 0 ∀ , 空调室外
计算干球温度- 11. 0 ∀ 、相对湿度 67% , 日照百分 率 18% 。 2. 2 室内环境主要设计参数 1) 温湿度
多数房间为舒适性要求, 夏季 26~ 28 ∀ , 冬季 18~ 20 ∀ ; 湿度无限制( 配胶间等有工艺性要求的
房间除外) 。
2) 新风量
图 1 某装配厂房建筑效果图
! 乐有奋, 男, 1979 年 8 月生, 大学, 工程师 100120 北京市西城区德外大街 12 号第二设计所 ( 010) 62038277 13691429675
E mail: yyfac@ si na. com 收稿日期: 2009 12 16 修回日期: 2010 06 21
关键词 节能 复合供暖 分层空调 模拟
Energy effici ent design of HVAC system and control of indoor noise and ai r poll uti on for a workshop
By Yue Youfen , Pan Qian, Fu Jianxun and Ye Ming
K = 3. 30 W/ ( m2 # ∀ )
K ∋ 2. 70 W/ ( m 2 # ∀ )
窗墙比无限制
窗墙比 ∋ 0. 70
遮阳系数 ∋ 0. 78
遮阳系数 ∋ 0. 50
体形系数
无限制
体形系数 ∋ 0. 30
供暖负荷/ kW 3 121
1 587
空调负荷/ kW 3 078
2 287
供暖能耗/ ( GJ/ a) 5 288
建筑的围护结构设计, 与执行% 航空工业工程建设
设计规程&比较, 围护结构部分的供暖能耗与空调
能耗分别下降了约 49% 和 26% ; 全年能耗分别下
降了 43. 4% 和 23. 9% , 详见表 1, 计算工具为笔者
所在单位引入的建筑节能设计分析软件。
表 1 执行不同标准对围护结构 部分 供暖空调负荷的影响
该厂房属于大型工业建筑, 若全部采用散热器 供暖, 则布置空间一般不够; 若全部采用空调机组 供暖, 则有舒适性差、管理复 杂、运行费用高等缺 点。故采用( 散热器 5 ∀ 值班供暖+ 空调机组补充 供暖)的复合方式, 既兼顾了舒适性与初投资, 又运 行节能、管理简单、使用灵活。在冬季室外较暖和 时, 空调机组无需开启; 在寒冷的冬夜, 空调机组全 部关闭也无冰冻之虞; 部分区域投入生产时, 其他 区域可低温运行。
GBZ 2. 1 ∃ 2007%中华人民共和国国家职业卫 生标准&规定, 工作场所时间加权平均容许质量浓 度: 丙酮 ∋ 300 mg / m3 , 乙酸乙酯 ∋ 200 m g/ m 3。
据资料介绍, 丙酮的嗅阈值( 人的嗅觉可闻到 的临界浓度) 为 33. 7 mg / m3, 乙酸乙酯的嗅阈值为 270 mg / m3 。 2. 3 设计特点与难点 1) 空间高大