摘要：火工品工房作为重要的用能场所，对环境温湿度有着极其严格的要求，相比于其他普通的工业建筑，其空调系统的能耗占建筑能耗的比例更高。因此工业空调系统的优化不仅能达到降本增效的目的，而且能有效推动企业的节能减碳工作，助力碳达峰碳中和目标实现。
本文以项目为例，探讨了火工品工房适用的一种空调节能技术，并将该技术与传统的方式进行对比分析，证明其不仅能满足工房室内不同区域的温湿度需求及安全设计要求，还极大程度的减少了空调系统能耗，降低了项目投资成本。
关键词：节能型综合空调系统建筑能耗节能减碳能效比
1前言
随着我国经济的迅速发展，能源消耗量不断增加，尤其是工业建筑能耗居高不下，建筑节能已成为工业企业节能工作的重要组成部分。从目前火工品企业生产工房的空调能耗情况来看，由于大量采用全新风供冷/供热的方式进行设计，而且建筑的外围护结构保温性能较差，导致空调系统能耗远远大于行业评价值，大部分已超过建筑总能耗的一半。因此采用有效的节能措施对工业建筑的暖通空调进行系统性优化有着至关重要的意义。
通过对目前火工品企业工业空调系统现状的调研分析，发现传统的高耗能暖通空调系统仍在广泛应用，普遍存在全新风空调及防爆分体空调过度使用，同一建筑内部未按照区域划分按需供应，末端散热方式缺少灵活性、针对性等导致系统能耗增加的问题。针对存在的问题，结合工房室内不同区域的温湿度需求及安全设计要求，专门制定系统优化及效率提升方案，通过本项目的实施，为各火工品企业的工房空调节能优化提供了值得借鉴的经验做法。
2节能型综合空调系统工作原理
采用节能型综合空调系统对火工品工房室内温湿度进行调节，达到按需供应的目的，将空气源热泵做为冷热源机组，结合全新风恒温恒湿组合式空调机组、风机盘管（防爆型/普通型）、热水散热器（防爆型/普通型）的等多种末端散热设备，实现了一套系统的多种用途。
采暖时：防爆不可回风的工艺房间，末端采用光排管热水散热器；防爆可回风工艺房间及普通房间，末端采用普通热水散热器。
制冷时：防爆不可回风的工艺房间，末端安装全新风恒温恒湿组合式空调机组；防爆可回风工艺房间，末端采用防爆风机盘管；普通房间，末端采用普通风机盘管。
图1节能型综合空调系统原理图
3系统设计及项目实施
（1）项目概述
本项目为新建火工品工房暖通空调系统的建设，位于河南省南阳市某军工企业，工房建筑面积1100㎡，地上1层，建筑高度为5.1m。工房内共有12个房间有采暖及制冷的需求，主要涉及3个不可回风的防爆房间、8个可回风的防爆房间和1个普通房间。
（2）设计依据及规范
工房建筑设计图纸；
现场勘查情况；
《军工燃烧爆炸品工程设计安全规范》WJ30059-2021
《火炸药环境电气安装工程施工及验收标准》GBT 51374-2019
《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）（2018修订版）
《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2015
《采暖通风和空气调节设计规范》GB50019-2003
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012
《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015
（3）设计参数
①室外设计参数（南阳市气象参数）
②室内设计参数（南阳市气象参数）
（4）技术方案及选型设计
①总体方案
结合项目的实际情况，采用空气源热泵机组作为冷热源主机设备具有能效比高、清洁环保、运维成本低等众多优势；考虑到室内三个区域的不连通性，应根据各区域不同的安全需求针对性的考虑末端散热设备，尽量减少全新风制冷/供热方式的覆盖范围。总体设计思路如下：
冬季采暖：工房室内12个房间均采用空气源热泵冷热源系统+热水散热器的供暖方式，其中3个不可回风的防爆房间及8个可回风的防爆房间室内需设计、安装可燃性粉尘车间专用的光面管散热器，1个普通房间室内需设计、安装普通散热器。均采用热水循环的方式进行连续供暖。
夏季制冷：工房室内12个房间采用空气源热泵冷热源系统+多种制冷末端的方式，其中3个不可回风的防爆房间末端需集中设计、安装全新风组合式空调机组，利用送风风道分别向3个房间输送全新冷风；8个可回风的防爆房间末端需设计、安装防爆风机盘管循环输送冷风；1个普通房间末端需设计、安装普通风机盘管循环输送冷风。
②主机设备工作原理
空气源热泵机组在制热运行时，液态制冷剂(R410a)在风换热器中气化，吸收空气中的热量，低温低压的气态制冷剂经压缩机压缩后变为高温高压液体送至水换热器。由于制冷剂的温度高于水温度，制冷剂经过换热后从气体冷却为液体，液体制冷剂再经膨胀阀节流后进入风换热器中，低压液态制冷剂再次气化，完成一次循环。在这个循环过程中，随着制冷剂状态的变化，实现了热量从空气侧向水侧的转移。反之，则完成一次制冷循环。
图2空气源热泵机组工作原理图
③主要设备选型设计
按照前文的方案设计思路，结合建筑物的外围护结构情况，计算工房室内12个房间的冷热负荷值，再根据项目所在地的最不利环境工况及系统冷热负荷情况进行主要设备选型，所选主要设备机型如下表：
表1节能型综合空调系统主要设备选型表
（5）项目经济性分析
图3冷热源系统实景图
图4末端—全新风组合式空调机组
图5末端—防爆型风机盘管
项目实际投运后，不仅达到了工房室内不同区域的温湿度需求及安全设计要求，还极大程度的减少了空调系统能耗及工业建筑能耗，本文通过与优化前的设计方案进行对比，从而计算项目的经济效益。
①投资成本对比分析
传统设计方案拟全部采用全新风制冷及供热方式，制冷房间总冷负荷值为270kW，需选用4台30HP的空气源热泵机组；而采用节能型综合空调系统后，在保证室内温湿度达标的前提下，制冷房间总冷负荷值为可降至135kW，选用2台30HP的空气源热泵机组即可满足供冷及供热需求，结合室内末端的配置情况，对整个工房暖通空调系统的造价计算后得出，传统设计方案投资成本约为优化后方案的1.35倍。
②运行费用对比分析
传统设计方案运行费用：
制冷及采暖时间均按照120天考虑；
全新风组合式空调机组功率为11kW;
电费单价取0.8元/kWh；
制冷季冷热源主机设备综合使用率取0.7，采暖季冷热源主机设备综合使用率取0.5；
制冷季与采暖季运行时间均为10h；
因此，全年运行能源费用=（4台×30kW+11kW）×（0.7+0.5）×10h×120天×0.8元/kWh=15.09万元
节能型综合空调系统运行费用：
制冷季与采暖季水泵运行功率均为7kW；
全新风组合式空调机组功率为3kW;
制冷季冷运行时间均为10h，采暖季为24h连续供热（由于夜间为低温防冻运行，综合使用时间按15h计算）；
因此，全年运行能源费用=（2台×30kW+7kW+3kW）×0.7×10h×120天×0.8元/kWh+（2台×30kW+7kW）×0.5×15h×120天×0.8元/kWh=9.53万元
综上所述，通过采用节能型综合空调系统对传统设计方案进行优化，项目年运行费用减少了15.09-9.53=5.56万元
②节能减碳分析
通过前文计算可得，采用节能型综合空调系统对传统设计方案进行优化后，项目年耗电量减少了18.86-11.91=6.95万kWh，节约标准煤8.54tce，年减碳量为46.36tCO₂。
4结论
项目采用节能型综合空调系统对火工品工房进行室内温湿度调节，将空气源热泵做为冷热源机组，结合全新风恒温恒湿组合式空调机组、风机盘管（防爆型/普通型）、热水散热器（防爆型/普通型）的等多种末端散热设备，实现了一套系统的多种用途。项目实施后，不仅满足了工房室内不同区域的温湿度需求及安全设计要求，而且与传统设计方案相比，年节电量6.95万kWh，从而节约标准煤8.54tce，节省能源费用5.56万元/年，减少二氧化碳排放46.36tCO₂/年，经济效益及社会效益显著。
