某無塵室車間空調(diào)系統(tǒng)改造

周 天

（上海高得設(shè)備安裝工程有限公司，上海 2003310）

0 引言

隨著精密儀器加工、精細(xì)化工等行業(yè)的興起，生產(chǎn)車間對于廠房的潔凈度要求也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，通常采用具有MAU（Make-up Air Unit，全新風(fēng)機(jī)組）、DCC（Dry Cooling Coil，干式冷卻管盤）、FCU（File Control Unit，風(fēng)機(jī)管盤）等空調(diào)子系統(tǒng)配合PLC（Programmable Logic Controller，邏輯控制電路）共同組建成全自動空調(diào)系統(tǒng)，用以保證高精度操作區(qū)域?qū)Φ途葏^(qū)域的壓差，并保持整體車間的溫濕度和潔凈度水平，最終提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。

由此觀之，對于舊有空調(diào)系統(tǒng)改造項(xiàng)目，需要針對原建筑結(jié)構(gòu)的空間布局、原有消防系統(tǒng)/暖通系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行現(xiàn)場勘察，通過深化設(shè)計(jì)后確保實(shí)施方案的可行性。

1 原有空調(diào)系統(tǒng)介紹

本項(xiàng)目對原有建筑面積4500 平方米的無塵室廠房空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造，該建筑中已經(jīng)具備了隔墻、吊頂、高架地板、空調(diào)風(fēng)管等舊有設(shè)備，需要根據(jù)新的生產(chǎn)需求和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃進(jìn)行升級改造。針對原空調(diào)系統(tǒng)的改造內(nèi)容包括：無塵室車間隔墻移位，吊頂清潔、高架地板翻新，暖通空調(diào)改造、空調(diào)冷凍水改造，低壓配電改造，消防改造，新增生產(chǎn)設(shè)備配電、冷卻水管道、純水管道、壓縮空氣、排氣及廢氣處理系統(tǒng)等工作。

廠房的生產(chǎn)要求為千級無塵室，對空氣中的微粒、氣氛和其他污染物具有一定的要求，對室內(nèi)溫度、潔凈度、壓差、氣流分布等也需要按照生產(chǎn)精度進(jìn)行區(qū)域劃分，原有的空調(diào)系統(tǒng)中部分配件（如吸頂式高效過濾風(fēng)口）能夠達(dá)到相關(guān)要求，但仍然需要考慮到建筑布局、型號擴(kuò)展性、維修便利性和自動化控制系統(tǒng)的引入等因素進(jìn)行相應(yīng)的改造升級，同時(shí)還要兼顧廠房未來的生產(chǎn)工藝，針對預(yù)期會產(chǎn)生的有毒有害污染氣體及余熱氣體增添處理和排放系統(tǒng)，滿足企業(yè)生產(chǎn)的功能性和環(huán)保性。

2 存在問題分析

本項(xiàng)目中的改造原因及最大的改造難點(diǎn)在于建筑物平面規(guī)劃和空間結(jié)構(gòu)的改變，即原有的潔凈室廠房為整體的，現(xiàn)有的廠房由于房東的出租需求，建筑空間被劃分為兩部分，一部分為廠房出租所用，一部分為房東自用廠房，因此衍生出一系列針對消防防火、排煙、報(bào)警、淋水系統(tǒng)的分離改動以及空調(diào)機(jī)組通風(fēng)管道的分離、更換和升級任務(wù)。

第二個(gè)難點(diǎn)在于對原有停產(chǎn)的空調(diào)機(jī)組配件的升級，需要在定制方案和替換方案中充分考慮到成本控制優(yōu)化、空調(diào)機(jī)組實(shí)施效果、施工工期優(yōu)化以及后期運(yùn)營維護(hù)等諸多因素，確立最佳的方案。

第三個(gè)難點(diǎn)在于需要考慮后續(xù)生產(chǎn)過程中的設(shè)備溫度控制，搭建合理的設(shè)備降溫方案，確保生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)效率以及增設(shè)系統(tǒng)的成本和自動化控制方案。

第四個(gè)難點(diǎn)在于生產(chǎn)工藝會產(chǎn)生一部分余熱氣體、有機(jī)物氣體和酸堿氣體，對潔凈室的生產(chǎn)環(huán)境、操作人員的健康帶來隱患，需要增添氣氛處理系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)消除。

綜上所述，該方案的實(shí)施主要受制于潔凈室建筑結(jié)構(gòu)、配件升級、自動化升級和氣氛處理等因素，需要進(jìn)行現(xiàn)場勘測和深化設(shè)計(jì)來制定適應(yīng)性的調(diào)整方案。

3 空調(diào)冷源系統(tǒng)改造

空調(diào)冷源系統(tǒng)是水冷空調(diào)的核心構(gòu)件，通常包含水塔、水泵、制冷主機(jī)、水冷管道等設(shè)備，原有的空調(diào)冷源系統(tǒng)中空調(diào)冷凍水總管可以直接沿用，但需要設(shè)計(jì)獨(dú)立的自動化控制設(shè)備來調(diào)控潔凈室的溫濕度、潔凈度和壓差等數(shù)據(jù)[1]。

在空調(diào)冷源系統(tǒng)的自動化改造方面，本案采用PLC 邏輯控制電路作為自動控制單元，實(shí)現(xiàn)對冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水塔、冷凍水/冷卻水旁通閥（壓差旁通、溫度旁通）等子系統(tǒng)的工作狀態(tài)控制。

空調(diào)冷源系統(tǒng)的PLC 采用西門子S7-1200 的CPU，搭配DO、DI、AO、AI 等擴(kuò)展模塊，采用RS485 進(jìn)行通訊，設(shè)置的檢測傳感器包括RH350 室外溫濕度傳感器、QAE2120.015 水管溫度傳感器、QBE2003-P16 水管壓力傳感器以及房間內(nèi)的溫濕度、壓差傳感器等。

空調(diào)冷源系統(tǒng)的自動化控制工作流程為：溫度、濕度、壓力傳感器采集潔凈室內(nèi)的溫濕度、壓差以及室外的溫濕度等模擬信號，轉(zhuǎn)化為電信號通過數(shù)據(jù)線路傳遞至PLC 控制中心進(jìn)行判斷，PLC 采用PID 算法(Proportion Integral Differential，比例積分微分控制器)進(jìn)行對比。當(dāng)傳感器檢測值超過設(shè)定值時(shí)，PLC 讀取水管溫度、壓力信號，并通過控制線路發(fā)出控制信號，利用繼電器、電磁閥等終端控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)對水泵機(jī)組的控制，并將整個(gè)控制流程反映于上位計(jì)算機(jī)上，操作人員可以根據(jù)當(dāng)前的需求和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行手動干預(yù)。這種冷源系統(tǒng)自動控制方案操作簡單，便于降低空調(diào)冷源系統(tǒng)的能耗需求，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

該P(yáng)LC 水控部分不僅可以應(yīng)用于空調(diào)的冷源系統(tǒng)處理，還可以滿足生產(chǎn)設(shè)備的冷卻需求。由于生產(chǎn)設(shè)備要求進(jìn)水溫度適中，不宜過冷或過熱。本案中利用空調(diào)冷源系統(tǒng)中現(xiàn)有的7℃冷凍水，經(jīng)過板式換熱器來實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的降溫。PLC控制的板式換熱方案的優(yōu)點(diǎn)在于：PLC 自動控制可以實(shí)現(xiàn)板式換熱器的進(jìn)出水流量控制，從而準(zhǔn)確調(diào)節(jié)進(jìn)入設(shè)備內(nèi)的水溫，因此不需要額外獨(dú)立增加冷凍機(jī)，節(jié)省成本；其次，由于生產(chǎn)設(shè)備對進(jìn)水質(zhì)量的要求較高，采用板式換熱器，可以避免冷凍水與生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生直接接觸，降低生產(chǎn)設(shè)備被污染的可能性，繼而保證了設(shè)備和進(jìn)水口過濾器的使用壽命[2]。

4 空氣處理機(jī)組改造

在空氣處理機(jī)組的改造方面，需要根據(jù)建筑分區(qū)將現(xiàn)有的循環(huán)空調(diào)機(jī)組切分成兩半并進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到房間凈化要求。鑒于現(xiàn)有新風(fēng)空調(diào)機(jī)組并不能同時(shí)滿足兩個(gè)廠房的要求，需要增設(shè)一臺新風(fēng)機(jī)組并切斷其與原有新風(fēng)管道的聯(lián)系。

綜上所述，空氣處理機(jī)組的改造主要包括四個(gè)方面：

4.1 現(xiàn)有循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)的檢修與維護(hù)：

現(xiàn)有循環(huán)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行切分以后，需要對其進(jìn)行通電檢修、風(fēng)機(jī)檢修和現(xiàn)有冷凍水管路檢修，共計(jì)7 臺。同時(shí)考慮到節(jié)能減排和自動化控制的需求，需要對現(xiàn)有循環(huán)空調(diào)機(jī)組增設(shè)變頻設(shè)備并裝配支架，共計(jì)增加9 件變頻器，變頻規(guī)格從7.5 kW - 37 kW。同時(shí)對現(xiàn)有循環(huán)空調(diào)箱內(nèi)的初效和中效進(jìn)行更換，分別替換為G4 板式和F8 袋式，共計(jì)7 件。

4.2 新增新風(fēng)空調(diào)箱：

為滿足潔凈室的生產(chǎn)需求，需要在原有機(jī)組上新增新風(fēng)空調(diào)箱系統(tǒng)，主要包括兩臺雙風(fēng)機(jī)新風(fēng)空調(diào)主機(jī)，切斷與原有新風(fēng)管道的聯(lián)系。主機(jī)規(guī)格分別為I.號風(fēng)量32000CMH，冷量550KW，熱量400KW,高壓微霧加濕233kg/h；II 號.風(fēng)量12000CMH，冷量210KW，熱量100KW,高壓微霧加濕100kg/h。同時(shí)配套一組熱泵熱水機(jī)組，滿足供水溫度>=45℃，能效比>3.45，總熱量>504KW 的熱水供應(yīng)需求。除此之外還要增設(shè)配套的水系統(tǒng)，2 臺15kW 和11kW 的變頻器，機(jī)組配電箱等電氣設(shè)備以維持新增新風(fēng)空調(diào)的電氣需求。

4.3 風(fēng)機(jī)過濾器：

本項(xiàng)目在千級無塵室區(qū)域內(nèi)另需建造一間百級無塵室，設(shè)計(jì)規(guī)范要求采用風(fēng)機(jī)過濾器（Fan Filter Unit，F(xiàn)FU）通過從吸入頂部空氣并過濾達(dá)到置換空氣，調(diào)節(jié)潔凈室中百級潔凈度的需求。本次改造新增了64 臺高效過濾器和匹配的群控器，通過模塊化連接使用，并與PLC 自動控制單元匹配，實(shí)現(xiàn)對潔凈度的控制調(diào)節(jié)。

4.4 風(fēng)管系統(tǒng)：

風(fēng)管系統(tǒng)是空氣處理系統(tǒng)的傳輸通道，本案中需要對原有的風(fēng)管進(jìn)行部分拆除，并增添新購置的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)管。風(fēng)管系統(tǒng)主要由鍍鋅防腐鐵皮管道，保溫橡塑，送風(fēng)口，防火閥，手動風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，電動風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和支架等構(gòu)件組成。

上述四個(gè)系統(tǒng)基本囊括了空氣處理機(jī)組的改造設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中，本案還針對原有的空氣處理機(jī)組在改造方案上進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)：如針對千級無塵室的設(shè)定指標(biāo)，原有的吸頂式高效過濾風(fēng)口可以滿足其使用功能并可節(jié)約改造成本，但從長遠(yuǎn)看來，由于該款高效風(fēng)口采用的過濾器的規(guī)格尺寸已經(jīng)停產(chǎn)，定制成本較高且供貨時(shí)間較慢，不能滿足后續(xù)的運(yùn)營維護(hù)管理的需求也難以按照現(xiàn)有的市場標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拓展。綜合考慮之下，本案將整個(gè)高效送風(fēng)口更換成市場標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品。

5 其他改造內(nèi)容

其他改造內(nèi)容還包括防火分區(qū)隔離改造和廢氣處理等部分：

（1）防火分區(qū)隔離改造: 原有設(shè)計(jì)要求采用200 厚砌塊磚作為防火隔離墻，但實(shí)際考察后發(fā)現(xiàn)廠房到屋頂最高點(diǎn)15 米，最低點(diǎn)也有13.5 米，跨度有48 米，且中間沒有支撐點(diǎn)。考慮到大規(guī)模的磚墻方案不具有可靠性，會衍生出墻體傾覆的安全隱患。經(jīng)深化設(shè)計(jì)后的方案為：在48 米跨度中間制備三根構(gòu)造柱，在構(gòu)造柱的15 米高度中間做四根圈梁，再采用三縱四橫的網(wǎng)格進(jìn)行砌磚。原有的消防排煙、消防水、消防報(bào)警可以直接沿用并根據(jù)新的房間布局進(jìn)行細(xì)節(jié)的調(diào)整。在消防逃生前室增加SF-01和SF-02加壓送風(fēng)機(jī)，流量分別為22000CMH和44000CMH。同時(shí)在需要的房間內(nèi)增加消火栓，獨(dú)立設(shè)置與門衛(wèi)室總控主機(jī)匹配的消防報(bào)警主機(jī)，切斷與另一半廠房消防報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)系，便于采用不同的聯(lián)鎖設(shè)置。

（2）廢氣處理改造：考慮到生產(chǎn)工藝會產(chǎn)生余熱氣體、有機(jī)氣體和酸堿氣體，根據(jù)每臺設(shè)備的排氣性質(zhì)，設(shè)計(jì)了三套廢氣排放系統(tǒng)：

對于余熱氣體，僅需要采用耐高溫的螺旋風(fēng)管和手動風(fēng)門以及耐高溫的碳鋼風(fēng)機(jī)對外排放，不對環(huán)境構(gòu)成威脅，有利于及時(shí)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，防止過熱的生產(chǎn)設(shè)備與室內(nèi)氣氛進(jìn)行長時(shí)間的熱交換；

對于含有機(jī)物質(zhì)的氣體，采用活性炭吸附方式，通過SUS304 風(fēng)管先經(jīng)過迷宮式活性碳凈化塔，通過活性炭吸附掉有機(jī)物，再經(jīng)由碳鋼檢測平臺檢測合格后通過碳鋼風(fēng)機(jī)排放出達(dá)標(biāo)氣體。同時(shí)增加逆止風(fēng)門和排液系統(tǒng)防止污染；

對于酸堿氣體，我們采用噴淋水洗的方式，即酸堿氣體先經(jīng)過淋洗塔，通過加藥機(jī)加入含有特定藥水噴霧與氣體結(jié)合，中和掉廢氣中的酸堿成分，利用pH 計(jì)測定合格后再由玻璃鋼風(fēng)機(jī)排放出達(dá)標(biāo)氣體。

6 結(jié)語

本文基于現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)和空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，引入了新增的新風(fēng)系統(tǒng)和PLC 自動化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對潔凈室的溫濕度、壓差和生產(chǎn)設(shè)備的散熱控制；同時(shí)針對生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行了分類適應(yīng)性處理，在滿足改造需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了成本優(yōu)化。