:無塵車間，也叫潔凈廠房、潔凈室(Clean Room）、無塵室，一般存在于電子廠、醫(yī)藥廠、食品廠等潔凈度要求高的工廠范圍內(nèi)，它是將一定空間范圍內(nèi)空氣中的微粒子、有害空氣、細(xì)菌（fungus)等污染物排除，并將室內(nèi)溫度、潔凈度、室內(nèi)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(nèi)，而所給予特別設(shè)計(jì)的房間。亦即是不論外在空氣條件如何變化，其室內(nèi)也能具有維持原先所設(shè)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(shù)無塵車間也存在制冷需求，而工廠周邊普通區(qū)域，特別是北方地區(qū)均要求采暖，由此造成能源浪費(fèi)。本文通過實(shí)際案例，探討冬季工廠潔凈車間空調(diào)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:潔凈車間 采暖 能源利用 探討
采暖――又稱供暖，是指向建筑物供給熱量，保持室內(nèi)一定溫度（temperature)。
空氣調(diào)節(jié)――實(shí)現(xiàn)對(duì)某一個(gè)房間或空間內(nèi)的溫度（temperature)、濕度、潔凈度和空氣流速等進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。層流手術(shù)室凈化采用高效低毒消毒劑，以及合理使用，是保障一般手術(shù)室無菌環(huán)境的有力措施。根據(jù)不斷討論與反復(fù)斟酌，修訂后《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中，關(guān)于一般手術(shù)室的條文最終確定為：“一般手術(shù)室應(yīng)采用末端過濾器不低于高中效過濾器的空調(diào)系統(tǒng)或全新風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)。潔凈室為空氣調(diào)節(jié)中一個(gè)很典型的例子。
從國家2003年正式實(shí)施《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》以后，室內(nèi)溫度（temperature)已經(jīng)成為室內(nèi)空氣質(zhì)量的一個(gè)重要組成部分。標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定夏季空調(diào)房間室內(nèi)溫度的標(biāo)準(zhǔn)值為22℃～28℃，冬季采暖時(shí)室內(nèi)溫度的標(biāo)準(zhǔn)值為16℃～24℃。達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)溫度就是舒適的室內(nèi)溫度。在北方，冬季室溫低于16℃的區(qū)域，為了達(dá)到舒適室內(nèi)溫度均需要采暖。所以，在北方的工廠中就大量存在著這樣的現(xiàn)象：冬季，潔凈車間需要制冷，而周邊環(huán)境區(qū)域需要采暖，從而形成奇怪的能量消耗問題。下面就實(shí)際廠房改造工程中碰到的潔凈室需要制冷，周邊環(huán)境需要采暖的問題進(jìn)行探討。
一、冬季還需進(jìn)行空調(diào)制冷的原因
工廠潔凈室的冷負(fù)荷主要組成部分有：建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷（包括內(nèi)維護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷和外圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷），人體散熱形成的冷負(fù)荷，設(shè)備散熱形成的冷負(fù)荷，燈光照明散熱形成的冷負(fù)荷，新風(fēng)負(fù)荷。而工廠潔凈車間設(shè)備冷負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷和人員冷負(fù)荷占據(jù)大部分比例，當(dāng)設(shè)備冷負(fù)荷和人員冷負(fù)荷遠(yuǎn)大于建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷和新風(fēng)熱負(fù)荷時(shí)，此時(shí)就要求在冬季進(jìn)行空調(diào)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(diào)制冷，來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度以滿足生產(chǎn)環(huán)境的要求，加之周邊區(qū)域非潔凈區(qū)域的范圍在冬季較冷的地區(qū)需要進(jìn)行采暖以達(dá)到滿足室內(nèi)舒適環(huán)境，因此就會(huì)帶來浪費(fèi)能源，消耗大量費(fèi)用的問題。下面，本文針對(duì)此問題提出一些個(gè)人淺薄的探討意見。
二、原設(shè)計(jì)方案簡介
某地工廠項(xiàng)目為北京市某電子廠的廠房改造工程，潔凈車間總面積為12530平方米，周邊采暖面積為6212平方米，依據(jù)《北京市供熱管理辦法(草案)》，草案將目前冬季供暖室內(nèi)溫度由16℃提高至18℃。因此對(duì)該工廠周邊采暖面積設(shè)置溫度至少為18度。該工廠原設(shè)計(jì)為潔凈車間和周邊區(qū)域夏天共用一套空調(diào)制冷設(shè)備，潔凈區(qū)域采用組合式空調(diào)機(jī)組全空氣系統(tǒng)，周邊區(qū)域采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)對(duì)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。冬季的時(shí)候周邊區(qū)域單獨(dú)采用市政的采暖，潔凈區(qū)域采用原本的制冷系統(tǒng)。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，北京市的氣象參數(shù)(parameter)：北緯39°48’,東經(jīng)116°28’,年平均溫度11.4°C,冬季采暖室外計(jì)算干球溫度為-9°C，夏季空氣條件室外計(jì)算干球溫度為33.2°C，根據(jù)原設(shè)計(jì)查得該工廠冬季周邊區(qū)域采暖平均負(fù)荷為82W每平米，固需要總的采暖負(fù)荷為：Q1=6212X82=509384W約等于510KW，潔凈車間區(qū)域的冬季制冷平均冷負(fù)荷為208w每平米，固需要總的制冷負(fù)荷為Q2=12530x208=2606240W約等于2606kw（740冷噸），按照原本的設(shè)計(jì)要求，冬天需要消耗（consume)的能量為周邊區(qū)域采暖熱量(Heat)Q1+潔凈車間冷負(fù)荷Q2，原設(shè)計(jì)采用的是1000冷噸的離心機(jī)，運(yùn)行功率(指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少)為623KW,按照無極調(diào)節(jié)的能力算，制冷總用電:Q3=623x740/1000=461.02kw，按照工業(yè)用電標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)每度電是1元，固冬季制冷每小時(shí)總費(fèi)用為：M1=461.02x1=461元,每天運(yùn)行16小時(shí)算，根據(jù)北京采暖常規(guī)時(shí)間為當(dāng)年的11月15日，到隔年的3月15日，共計(jì)4個(gè)月120天計(jì)，冬季制冷需要花費(fèi)費(fèi)用為M冷=461 X120X16=885120元；冬季采暖費(fèi)用，根據(jù)北京市規(guī)定天然氣采暖為每平米30元，固總費(fèi)用為M暖=30X6212=186360，這樣看來該工廠冬季空調(diào)總的能量消耗費(fèi)用為M冷+M暖=885120+186360=1071480元，我們?nèi)€(gè)整數(shù)方便計(jì)算，為110萬元。潔凈手術(shù)室裝修手術(shù)室的空氣；手術(shù)所需的物品；醫(yī)生護(hù)士的手指及病人的皮膚，防止感染，確保手術(shù)成功率。要求設(shè)計(jì)合理，設(shè)備齊全，護(hù)士工作反應(yīng)靈敏、快捷，有高效的工作效率。手術(shù)室要有一套嚴(yán)格合理的規(guī)章制度和無菌操作規(guī)范。隨著外科技術(shù)飛速發(fā)展，手術(shù)室工作日趨現(xiàn)代化。
三、原設(shè)計(jì)優(yōu)化方案
1.針對(duì)原設(shè)計(jì)，我們大膽提出如下改造方案：
1.1去除原設(shè)計(jì)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(jī)組，用于替換冬季原本的制冷系統(tǒng)。
1.3增加空氣處理機(jī)組的新風(fēng)量，用于降低原潔凈車間制冷所需的冷負(fù)荷消耗。優(yōu)化后的設(shè)計(jì)示意圖如下（圖3）：
1.4增加一套熱泵熱水機(jī)組，用于補(bǔ)充采暖所需。
空氣源熱泵熱水機(jī)組
全熱回收機(jī)組及空氣源熱泵熱水機(jī)組能量轉(zhuǎn)移示意圖
2.根據(jù)大方向具體優(yōu)化設(shè)計(jì)如下：
為了首先保證滿足潔凈室制冷的需要，固制冷冷負(fù)荷必須跟原本一樣為2606kw，以此保證不影響工廠生產(chǎn)(Produce)環(huán)境，冷熱回收機(jī)組既提供冷源又提供熱源，所以，冷熱回收機(jī)組制冷量+新風(fēng)負(fù)荷必須要滿足總制冷負(fù)荷，采暖總負(fù)荷不變，跟原本一樣為Q1=510KW。潔凈手術(shù)室裝修公司層流手術(shù)室的空氣壓力根據(jù)其不同區(qū)域（如手術(shù)間、無菌準(zhǔn)備間、刷手間、麻醉間和周圍干凈區(qū)域等）潔凈度不同要求而不同。不同級(jí)別的層流手術(shù)室其空氣潔凈度標(biāo)準(zhǔn)不同。詳細(xì)計(jì)算如下：潔凈車間溫度（temperature)保持25±1°C，相對(duì)濕度55%±10%，HR=53.5KJ/KG（該狀態(tài)點(diǎn)以R表示）原總送風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內(nèi)空氣的流通量)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(fù)1度內(nèi)，根據(jù)規(guī)范要求送風(fēng)溫度為6-10度，由于冷負(fù)荷已定，送風(fēng)量已定，根據(jù)負(fù)荷公式 q(w)=0.33xQx△h (Q為送風(fēng)量，△h為計(jì)算焓差)（公式1）
我們可計(jì)算得出△h=13.5KJ/KG,由于室內(nèi)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(jù)規(guī)范要求，和便于設(shè)備溫度控制，我們?nèi)C(jī)器露點(diǎn)為溫度控制點(diǎn)，考慮（consider)到風(fēng)機(jī)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（滿足規(guī)范要求的送風(fēng)溫差的范圍內(nèi)），根據(jù)焓值和送風(fēng)溫度，查焓濕圖，得送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)相對(duì)濕度為90%。北京冬季室外計(jì)算溫度為-9°C，相對(duì)濕度95%，由于擔(dān)心北京市室外新風(fēng)溫度太低凍壞制冷盤管，固新風(fēng)需要預(yù)熱到5°C，預(yù)熱到5°C屬于一個(gè)等濕加熱過程，因此空氣含濕量不變，根據(jù)焓濕圖查得5°C時(shí)候的狀態(tài)點(diǎn)（以O(shè)1表示）為：5°C時(shí)，相對(duì)濕度31%，H01=9.5KJ/KG,用直線在焓濕圖上連接R和O1點(diǎn)，在送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S送的等焓線上找到與R,O1的交點(diǎn)M（見圖4），M點(diǎn)為我們?nèi)藶楦深A(yù)需要滿足的混風(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(duì)濕度58%，HM=41.5KJ/KG。
根據(jù)負(fù)荷公式：
q(w)=0.33xQx△h (Q為送風(fēng)量，△h為計(jì)算焓差)（公式1）
及能量守恒定律我們可知，新風(fēng)消耗（consume)的全熱負(fù)荷與回風(fēng)消耗的全冷負(fù)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(jì)算得出新的新風(fēng)比為3/11，由此得出新風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內(nèi)空氣的流通量)
Q新＝Q送×新風(fēng)比=587000X3/11=160090 M3/H。根據(jù)熱負(fù)荷計(jì)算公式
q(w)=0.33xQx△Ｔ (Q為送風(fēng)量，△Ｔ為計(jì)算溫差)（公式２）
我們得出把新風(fēng)預(yù)熱到５度的熱量為：q＝0.33×160090×14=739620w（此過程為等濕加熱過程）,為了便于計(jì)算我們?nèi)≌麨?40KW。根據(jù)公式1我們得出新風(fēng)承擔(dān)的全冷負(fù)荷為q冷=1690560w,為了便于計(jì)算取整為1690KW。前面我們可知，總需要的制冷量為2606KW,為了滿足潔凈車間的需要，我們需要再用冷凍機(jī)提供2606-1690=916KW的冷量，即機(jī)組的總制冷負(fù)荷為Q冷要滿足916KW的制冷量,制冷量為Q熱=740+510=1250KW,根據(jù)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(jī)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(jī)組，由于全熱回收機(jī)組在制冷工況優(yōu)先的情況下，滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的回收熱量滿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(jù)差額選取某品牌的熱泵熱水機(jī)組，此機(jī)組具體參數(shù)(parameter)為制熱量Q=180KW，輸入功率為50KW。
３.改造后與原設(shè)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的比較
當(dāng)冬季來的時(shí)候，我們開啟全熱回收機(jī)組，全熱回收機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)全熱回收機(jī)組把制冷端的冷凍水通過水泵送至AHU處，另一端的熱回收器又將制熱的熱水送至水箱，當(dāng)采暖負(fù)荷大于全熱回收機(jī)組產(chǎn)出的熱水熱量(Heat)時(shí)，此時(shí)的空氣源熱泵熱水機(jī)組就會(huì)啟動(dòng)，用于補(bǔ)充全熱回收機(jī)組產(chǎn)熱不足的狀況，以此來穩(wěn)定平衡全廠的冷暖需求。通過實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)測試（TestMeasure)，完全滿足此工廠的制冷及采暖要求。優(yōu)化后的方案，單測試主機(jī)運(yùn)行費(fèi)用為（117+50）X1=167元/時(shí)，按照上述原制冷的主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和采暖周期計(jì)算，冬季年運(yùn)行費(fèi)用為：
M改=167X16X120=320640元，固改造后每年單主機(jī)節(jié)約的費(fèi)用為M暖+M冷-M改=1071480-320640=750840元，為方便計(jì)算我們?nèi)≌麨?5萬元整。由此節(jié)省(spare)的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用是相當(dāng)可觀的。
四、改造投入費(fèi)用
改造投入費(fèi)用主要有：冷熱回收設(shè)備的采購（約85萬），板式換熱器采購（約4萬），空氣源熱泵熱水機(jī)組（約32萬元），水泵（約4萬元），設(shè)備管道安裝（約5萬元），管材費(fèi)用（約3萬元），總計(jì)改造成本為M改=85+32+4+4+3=128萬元。比較上述年回收的資金，兩年內(nèi)就可回收初期投資成本。
五、結(jié)語
對(duì)于此項(xiàng)目的改造，僅從每年運(yùn)行費(fèi)用方面就能得到大量的節(jié)省(spare)，更不說談及更深層次的環(huán)境問題，因此對(duì)于能源（解釋:向自然界提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì))重新分配利用使其達(dá)到較為合理的配置是一個(gè)非常重要的問題。對(duì)于日后的眾多項(xiàng)目的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境與運(yùn)行的成本的矛盾關(guān)系，使其達(dá)到最低的能源消耗，避免能源浪費(fèi)，這對(duì)于暖通空調(diào)的節(jié)能改造問題有深刻的意義，這也是我們今后努力完善設(shè)計(jì)方面指導(dǎo)的重要思想之一。