印制电路板厂房暖通空调节能设计分析

印制电路板厂房暖通空调节能设计分析

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].