印制电路板厂房暖通空调节能设计分析

谢微

摘要：在印刷电路板厂的生产经营中，暖通空调是重要的组成部分，也是能耗最大的部分。做好暖通空调节能设计极为重要。在此基础上，对印刷电路板车间暖通空调的节能设计进行了分析和总结。

关键词:印刷电路板；暖通空调；冷热源；能量守恒

1车间暖通空调现状分析

PCB工艺流程复杂，生产过程中工序多，且各工序生产设备的发热量、废气排放和环境要求不同，导致暖通空调系统复杂，运行能耗高。表1是华东某大型PCB厂空调参数和冷负荷的统计数据。从统计数据可以看出，该类工厂空调能耗较高，生产区单位面积平均冷负荷大于350瓦/平方米。

车间暖通空调系统运行能耗主要受以下因素影响:

(1)室内外环境温湿度、室内洁净度等。；

(2)生产设备的发热量和废气排放量；

(3)冷热源有效利用率；

(4)空调系统的水/风量和阻力；

(5)暖通空调系统设备的运行效率。

直接受室外气候和生产技术制约的因素，这次就不讨论了。围绕提高冷热源利用率，降低空调系统运输能耗，提高空调设备运行效率，从而降低冷热源和空调系统的综合运行能耗。

冷热源系统的节能设计

2.1冷热源的选择

(1)对于热源的选择，应优先考虑城市和区域供热或工厂余热。高度集中的热源是节能的；易于管理，有利于环境保护；受到国家能源政策的鼓励，使用成本相对较低。

(2)对于峰谷电价差异较大的地区，在电价低估期使用冷库有显著经济效益时，可采用冷库系统降温；

(3)首先要考虑自然冷源。当无条件使用天然冷源时，可以使用人工冷源。

2.2冷热源机房设置

(1)当生产厂房内多工厂距离较近时，应集中设置冷热室，以充分利用各工厂负荷的参数特性，减少冷热源设备的容量，集中方便管理，提高能源利用率。

(2)当生产厂房内很多工厂距离较远时，应独立设置冷、暖房间，房间位置应尽可能靠近工厂，以缩短输送管道，降低输送能耗。

2.3冷热系统节能设计

2.3.1中低温冷冻水的应用

基于PCB工厂对冷源需求大、应用场所多、冷冻水温度要求不同等特点，需采用两套中低温冷冻水供应系统进行冷却。中温冷冻水供回水温度为13℃/18℃，用于工艺设备的冷却、干盘管和风机盘管的冷却。冷冻水供回水温度为7℃/12℃，用于冷却除湿组合式空调箱(AHU MAU)。冷水机组出水温度提高1℃，机组COP提高2~3%左右。与传统的单一低温冷冻水供应系统相比，冷水机组的综合能耗降低了10%左右。

2.3.2变流量水系统的应用

集中在多个工厂的冷热机房应采用二次泵变流量系统，二次泵应根据各工厂的需求特点进行选择和控制。各车间独立的冷热室应采用一次泵变流量系统。

2.3.3冷却塔节能运行的应用

通过监测室外湿球温度和重置冷却水温度控制设定值，可以调节冷却塔风机的数量和频率，避免冷却塔风机过度运行造成的能源浪费。通常，冷却水温度控制设定值比室外湿球温度高3℃。

2.3.4群控在机房的应用

充分利用机房群控技术，通过监控供回水温度、流量、压力等参数，自动调节冷水机组、水泵、冷却塔的运行负荷，降低机房整体能耗。水泵的运行频率应通过监测最不利回路的供回水压差来控制。为了稳定运行，还可以通过监控主供回水管道的压差来直接控制。

2.3.5应用自由冷却

车间内的生产设备发热量大，大部分空调需要全年降温，部分生产设备也需要全年降温。鉴于此，对于冬季环境温度较低的地区，应充分利用自然冷源，可采用冷却塔直接制冷。从以往的经验来看，在华东地区，免费供冷系统每年可使用三个月，节能效果显著。

2.3.6热回收的应用

工厂使用的压缩空气量大且稳定，因此空压机的热回收可以作为稳定的热源。从以往的使用数据来看，空压机的热回收约占总消耗量的15%。

冬季车间对制冷量的需求很大。如果不使用自由冷却，冷却器可用于总热量回收。从以往的应用案例来看，在华东地区，冷水机组和空气压缩机的热回收总量能够满足全厂冬季空调的要求。

3空调系统及设备的节能设计

3.1空调系统节能设计

3.1.1洁净室空调系统的合理选择

PCB车间洁净室洁净度等级一般为N6、N7。其车间特点是数量大、面积小、冷负荷大、新风需求量大。随着市场的发展，洁净室车间将随着生产技术的变化而转变。基于此，印刷电路板厂洁净室应采用新风机组(MAU)+风机过滤机组(FFU)+干盘管机组(DC)的组合方式进行空气处理。与一次/二次回风空调系统相比，该空调系统具有空气循环能耗低、系统运行稳定、升级改造方便等特点。新风机组(MAU)的风机采用变频驱动，风机的频率根据室内压差自动调节。风机过滤装置(FFU)选用高效DC电机，可根据高效过滤器的使用状态调节风机的运行速度，避免系统调试初期因风量过大运行造成不必要的能源浪费。干式盘管(DC)采用13℃中温冷冻水，降低了冷水机组的能耗。

在车间工艺布置设计中，对洁净度和温湿度要求不同的区域应尽可能分开，并设置单独的空调系统进行独立控制。空调机房应尽可能靠近使用区域，缩短风道长度，降低传输阻力，节约运行成本。

3.1.2恒温恒湿车间空调系统的优化

PCB恒温恒湿车间具有设备发热量大、新风需求量大、室内湿度负荷小的特点。对于温度和湿度控制精度高的区域，可以使用优化的一次回风系统(图1)。与传统的一次回风系统相比，组合式空调箱增加了冷却段和回风段。一冷段采用7℃低温冷冻水，主要作用是降温除湿和控制室内湿度；二冷段采用13℃中温冷冻水，主要作用是降温和控制室内温度。与传统一次回风系统相比，避免了冷却除湿后的再加热，消除了冷热抵消的能源浪费。尽量使用13℃的中温冷冻水，以提高冷水机组的运行效率。

对于温度和湿度控制精度相对较低的区域，可以使用一次回风变风量系统(图2)。新风电动调节阀的开度是根据车间的压差来控制的，以保证增加合适的新风量。考虑到回风侧管道一般较长，新风侧沿程阻力较大，无需在回风侧设置电动调节阀。在夏季，室内湿度由冷却段冷水阀的开度控制，室内温度由风机的工作频率控制。冬天风扇可以低频运转，室内温度通过制冷段和制热段水阀的开启来控制，室内湿度通过加湿器的开启来控制。与传统的一次回风系统相比，减少了冷热抵消的能源浪费，降低了航空运输的能耗。但当风机运行频率较低时，送风量较小，送风相对室内温差较大。

3.1.3微负压控制在一般加工车间环境中的应用

普通车间生产过程中会产生少量有害气体，生产设备废气排放量大，操作人员岗位固定。因此，新风空气处理机组用于岗位送风和环境空气补充。为减少对周边生产车间的环境影响，该区域采用微负压控制，避免有害气体向外扩散，减少周围环境的进气量。废气处理系统与生产设备联合控制，风机变频驱动。通过监测废气处理系统管道的压力，自动调节风机的运行频率，合理控制生产设备的废气排放。通过区域微负压控制，可以自动调节新风空调机组的运行频率，合理有效地进行岗位送风和环境空气补充，降低冷热源和风机的能耗，降低空调运行成本。

生产设备废气余热的回收利用对于一些生产设备(烘箱、干燥设备等)产生的高温低污染废气)，热回收新风机组可用于回收生产设备废气的余热。工艺设备排出的部分与室内空气无污染、焓差小的废气可直接排入车间，以减少环境补充风量和新风处理的能耗。对于温湿度要求高的车间，节能效果非常显著。

3.2空调末端设备的节能

3.2.1加湿器的选择

对于一些设备发热量大、湿度控制精度低的恒温恒湿车间，采用等焓加湿(湿膜加湿、高压微雾加湿等)。)在满足湿度控制要求时应采用，以充分利用水蒸发吸热的物理特性，减少冷源的消耗。

3.2.2风机的选择

风机的选择参数要合理，尽量选择效率高的风机，电机和风机要直接连接。受外部气候和车间生产负荷的影响，空调系统往往不在设计工况下运行，风机的设计参数与实际运行要求会有差异。采用风机变频控制，通过监测风量或风压等变量，自动调节风机的运行速度，以满足系统的实际需要，避免因调节风阀而造成不必要的能耗。

3.2.3控制阀的选择

控制阀的选型和参数是否合理，对空调系统的运行稳定性和能耗有很大影响。阀门的选型和参数应根据系统特点，经过详细的计算和分析后确定。对于变流量水系统，空调末端的控制水阀应采用双向调节阀，通常为等百分比调节阀。空调系统的风量控制阀通常采用分体式多页调节阀。

4总结

根据印制电路板车间的特点，结合多年的项目设计和运行经验，对暖通空调的节能设计进行了分析和总结，以期为类似车间的建设提供参考。文中提到的暖通空调节能设计方案并不适用于所有类似的厂房，每个项目都要根据自身特点综合评估后选择。

参考文献

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[2]GB50019-2015工业建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[3]GB50472-2008电子工业洁净厂房设计规范[S].