吴哲新
神华工程技术有限公司（安徽省化工设计院） 230009
摘要：当前，节水节能设计已在多个领域受到了关注。在工业领域，应用节水节能技术有助于提升工业物的节水节能效果。而工业规划设计是实现工业节水节能的基础，因此在工业规划设计中要注重节水节能方面的设计，以提升工业节水节能的整体效果。
关键词：工业规划设计；节水节能设计；设计实践
在工业设计中，要将节水节能和能源高效的利用作为设计要点，工业工程在使用中要有利于实现能源消耗的降低，要通过设计提高能源的利用效率。这是实现工业节水节能的有效措施。此外，还要大力推广可再生能源的科学利用，结合工业的实际使用需求，不断的优化设计方案，真正实现能源的节约，能源的高效利用。
1.工业节水节能设计的内容
工业的节水节能规划设计可以高效利用各类资源，工业规划设计要立足于最大化降低资源的消耗，通过设计将资源的控制作用于工业物的施工和使用中。工业节水节能设计包括了不同方面的内容，主要体现出节约资源的理念，比如节水、节电等方面的内容。工业节水节能设计关注环保和资源的可循环利用。工业的规划设计立足于居住条件的健康化和人性化。在工业的规划设计中充分借助了生态学，实现人类居住与自然环境的和谐相处，合理地解决了人与工业以及自然环境的相互作用，工业节水节能设计立足于生态环境的创建，注重利用自然条件。工业施工由于需要消耗过多的能源，因此基于工业节水节能的理念要转变原有的发展模式，将能源的高效利用穿于工业规划、施工和使用中，将节水节能贯穿到工业之中。
2.工业节水节能设计的主要内容
2.1注重新技术和新材料的使用
工业工程在向着节水节能和环保的方向发展，因此工业行业产生了许多新技术和新材料，推动了工业行业整体的技术进步，对于工业的节水节能起到了推动作用。在工业的规划设计中引入新技术和新材料，有利于降低工业施工和使用中的能耗，并消除环境污染的发生。
2.2工业物的形体规划
工业的节水节能和工业物的结构规划有关，工业物的结构与空间形式和能耗有关。工业物结构上的体形系数合理，形体结构规整，可以最大限度地降低制冷与采暖的能耗，有利于提升能源的利用效率。工业物的形体规划是否科学合理对于节水节能起到关键作用。所以在规划过程中，要结合工业物所在的区域采用相应的结构，比如在窗户的规划中可以利用大面积的玻璃增加采光效果，减少用电需求。
2.3能源消耗降低
在工业行业，能耗的主要影响因素是工业物使用中需要的能耗和建材生产过程中的能耗。工业的规划设计要立足于这两个影响因素，降低能源消耗。在建材生产中，除了要保证建材的功能性和安全性，还要优先选用生产能耗低的建材，并且要注重材料的可回收性。材料选择要优先使用当地生产的材料，降低物流的消耗不仅可以减少运输环节中的能耗和环境污染，还可以减少运输成本。
2.4工业的整体结构规划
工业物在规划时要结合现场的条件进行布局，尽可能地降低工业能耗并提升以室内环境的质量，朝向的合理规划有利于工业物充分利用太阳能。工业物规划时要考虑到体形系数，体形系统会直接影响到工业物的能耗。在同体积条件下，合理的布局有利于降低能耗，所以规划时要科学合理的确定工业物的层数。工业的规划中要降低工业物的表面积，优化层高，选择最佳的楼层数有利于节水节能。
3.工业节水节能设计的要点
1、太阳能技术。太阳能由于没有污染，属于可再生自然能源，所以在建设的规划设计中，要注重提升利用太阳能的利用效率，实现工业物的节水节能，当前城市中对于太能的利用比较常见的方式是太阳能热水器和光伏发电。
2、风能的利用。随着科学技术的快速进步，风能技术逐渐的被开发出来，我国地域辽阔，无论是在陆地上还是海上风能资源都是比较丰富的，但是目前对于风能的利用率还是比较低的，要积极的开发风能利用技术，提升风能的利用效率，这样可以降低其它形式电能的消耗。
3、节水技术。虽然我国有大量的淡水资源，但是由于人口众多，所以导致我国人均水资源占有率远远低于世界平均水平。在工业的规划设计中，要重视水资源的利用问题，当前比较常用的节约水资源措施包括了水的存储和雨水的回收，建设雨水清洁装置等措施提高水资源的高效利用。
4．工程中如何实现给排水设计的节水节能减排
在工业的给排水设计中，比较常用的节水节能减排方法有控制管网的余压、实施生活给水的减压节流、有效使用太阳能技术、选用合理的变频水泵等常见的方法。
4.1 使用合理的变频水泵
变频水泵的利用能够降低供水系统里的电能浪费和用水浪费，由于变频的调速装置能够节省10%-40%的电量，这种方式更加适合当前节水节能减排的发展。为了将能耗降到最低点，加强新型保温材料和水泵自动控温，可以改变扬程的控制系统。通常一组多台变频的水泵配备的物质要对水泵的层级大小进行相应的搭配，这样的做法是为了保证水泵能够高效的运行，即使在水谷的低峰期，也可以正常有质的完成给排水的任务。
4.2 节水可利用太阳能
太阳能技术在工业给排水系统的建立上，能够提供环保的能源。一般常见的太阳能是平板热水器，置放在房子的屋顶，就可以使用太阳能中的热水。一般在天气适合应用在温暖的南方，太阳能热水器的有效使用时间可以长达十个月，这样在生活中的洗澡、洗衣、洗碗用水等都可以获得太阳能的热水，有利于电力和天然气的节约，能够省下40%的费用。太阳能的利用不但能方便生活，而且从长远意义上考虑可以节约经济成本，与电力天然气的消耗相比，经过一定的时间就能将太阳能的成本费用收回，非常节水节能高效，相关数据统计，使用4-5年太阳能，能够将成本收回。
4.3 利用管网的余压
利用管网的余压降低能耗房地产工程在建设的同时要适当的选择分区供水的方式，对低区的楼层和高区的楼层进行分压处理。使用变频供水设备+生活水箱供水，这样能够不浪费水量和管道的压力等级，在原则上具有节约材料和节约能耗的作用。
4.4 生活给水的减压节流
如果给排水设计使用分片和分区的供水方法，那么末端的静水压会达到300千帕到400千帕，然而卫生器具的额定流量，其中流水的水为20千帕，卫生器的实际吹水量会达到额定流量的四到五倍，使得生活用水也构成威胁，因此要注意给生活用水的减压与节流。合理的生活用水减压措施，可以采用分区和分片供水的方式，一方面减小了水压，另一方面也促进了绿色工程的实现。
5．给排水设计中的节水节能减排措施
5.1 优选节水的设施
工业给排水设计中，要对节水的设施进行优化，包括卫生器具、节水灌溉设备和阀门与管材的选择，多角度、多方面的节水设施可以促进工业的绿色化，从而实现高效新型绿色的工业模式。
在节水设施选择时，要选择耐腐蚀性高以及耐久性强的新型管材，比如铝塑复合管、不锈钢管、铜管等。通常要选择与管材相配套的节水阀门，无论是闸阀哈市截止阀，都要避免滴漏的现象出现。在阀门的选择上，一般是截止阀的效果好于闸阀，闸阀的效果比蝶阀更严。
5.2充分利用好非传统的水源
中水主要是生活排水，也包括日常生活中工业生产的污水和生活的废水，在经过一定的处理以后变成了达标的水质，可以进行水源的再回收利用，实现水资源的循环使用
雨水是自然界的降水，是传统的水源，它的成分相对纯洁，虽不能直接饮用，但是属于构成地表水的一部分。在降雨季节，城市的小区里会蓄积大量的水源，如果条件允许可以设置一个雨水的径流储存区域，这样对雨水可以加以利用。雨水作为天然的水源是灌溉土地的良品，蓄积雨水进行回收利用能够帮助市政的雨水管网降低负担，节省水源的用量。
5.3冷却塔进行节水消雾改造实例
煤化工项目中的耗水大户主要是循环冷却水系统。在已建项目中，绝大多数循环冷却水系统采用开式系统，主要设备为传统的机械通风湿式冷却塔。该类型循环冷却水系统的补充水在全厂新鲜水消耗中所占比例高达60％以上。因此，减少循环冷却水系统补充水量，从而达到降低新鲜水耗量，是降低煤化工项目新鲜水消耗量的重要手段之一。
在煤化工费托合成的工艺路线短时间内无法变更、设计建设标准基本成型的情况下，在循环冷却系统中采用先进的冷却塔节水技术是一条出路，目前新建项目中节约冷却水的技术有三种，旧塔改造的技术路线也各有特点。
（1）新建项目常见节水消雾技术
新建项目中可以采用闭式冷却塔、空冷器、开式消雾节水塔等技术，其特点如下：闭式冷却塔因其结构设计特性，存在固有缺点：由于大量采用了换热性能高但价格昂贵的紫铜盘管，闭式冷却塔普遍价格较高；北方地区冬季气温较低，如果未采取有效的防冻措施，可能引起冷却器局部冻裂；因间接传热效率低于接触式传热，在夏季等高温季节外循环淋水量要远超开式冷却塔，导致长期统计下来耗水量与开式塔相当；单塔循环量小，广泛的应用于建筑、医疗、冶金生产等领域，在大型煤化工工厂没有应用。
空冷器但最大的优点是无需冷却水，节省水的消耗量，特别适用于缺水干旱地区，且运行费用相对较低，随着运行年限的增加，空冷的综合经济效益会高于水冷。从社会效益而言，空冷机组没有蒸发汽雾对环境的影响，没有循环水排污对环境的影响，同时节约大量的水资源，所以采用空冷技术，可以减缓煤化工发展受水源的影响，逐步解决以水定产或高成本引水的问题。所以在缺水的地区采用空冷是一个较普遍的选择。但是空冷器尚存在工程投资高、占地面积多、产生噪声大、夏季受干球温度影响负荷不稳定、操作稳定性差等缺点。大型煤化工项目越来越多地选择空气冷凝器作为汽轮机乏汽冷凝装置，较多应用了直接空冷，间接空冷鲜有应用。
开式消雾节水塔基本原理如下图：
（2）旧塔改造的节水消雾技术
方案一，在冷却塔的收水器上方增加气气间壁换热装置，这也是其技术核心。此种技术造价低，基本上就是间壁换热装置的费用，路线上与马利的新建塔类似。但是马利的技术之所以不能用在冷却塔改造上，就是因为其收水器上方汽室空间有限，没有足够的空间进行足够的间壁换热装置的安装。因为间壁换热装置的热效率问题，该装置的表面积必须足够大才能够起到明显的节水消雾的效果。另外不适合改造的原因就是该装置在塔体内部会极大的增加风阻，而几乎所有在运行的冷却塔都存在着出力不足的情况下，增加风阻将会严重影响冷却塔的换热效果。
此技术路线能较好地实现冷却塔的消雾，较为适合冷却塔出力有余量，且以消雾为主要目的的冷却塔的改造。
方案二，在冷却塔风筒上方增加冷凝模块，并以外壳包围；通过新增的多台电机驱动风机将外界的冷风引入冷凝模块，与风筒出来的饱和湿蒸汽在包围外壳中进行混合，这样饱和湿蒸汽温度降低，析出冷凝水（蒸馏水）。
这种路线的优点是在冷却塔上部增加新结构，不影响塔体内部结构，因此即使改造不成功也可以拆除即可恢复原样；另外析出的冷凝水水质较高，可以视情况直接作为蒸馏水或脱盐水使用，实现高质高用，回收的水水价可以比原水高。
但是这种技术从第一代至今基本都是以消雾为目的，节水指标无明确数据；
以上技术普遍存在的问题如下：
改造所增加装置的风阻会侵占本来就不足的风量，必然会影响原来冷却塔的冷却效果，使本来就效能不足的冷却塔更难完成高温季节的冷却任务，从而影响生产。
改造成本与节水效果未达到最优配置，要么成本低但是节水效果差，要么节水效果一般但是成本超高，最终用户不得不承担不成熟技术的成长成本。
翅片管组没有防堵措施，就有国内知名石油化工厂引用同类日本设备在国内使用出现水土不服的情况：安装第一年节水消雾效果明显，但是第二年就出现了翅片管组外部翅片堵塞严重，导致换热效果及相应的节水消雾效果下降明显，且内部出现结垢、堵冻等问题导致管组破损，没办法继续使用而拆除。
配风未实现自动化：节水消雾改造的新增装置是否投用，何时投用，没有形成特定的算法。比如以消雾为主的改造方式，其新增装置一般是用户目测冷却塔白雾大了就将其投用，因其影响冷却塔换热效果，在目测白雾小了就将其停用。这种原始的控制方式既增加了人员劳动负荷，又不能保证装置状态随外界温度的变化的及时调整，延长了投资回收期。
作为一个顺势而出的技术方向，以上问题不解决的话，进行改造后的冷却塔就不能保证长期、高效的运行，也不能够保证投资的有效性。
方案四，将回水分成两路，一路沿原有管道进行喷淋，新增的一路则通过翅片管冷却之后冷却塔布水系统。翅片换热器采用独立钢结构支撑，不利用原有塔的结构平台，翅片换热器采用W型安装，操作灵活。
该方案的特点是：不增加原塔基础的荷载，空冷器换热面积可按需加大，干湿联合、节水消雾、冷却方式季节切换、无附加风阻、防止飞沙飘絮、翅片管束自动清洗。
针对煤化工企业，推荐用方案四。技术方案说明如下：
（1） 冷却塔设计参数
针对用户的技术要求，经过缜密的理论计算，决定采用干湿联合的方案。在冷却塔外地面上打基础，树钢架，安装立式翅片管空冷器，以实现业主技术要求。循环热水冷却的流程如下：
1）热水进空冷器管内，冷风走管外，吸收管内热水的热量，升温后的热风在风机作用下进入气室。与此同时，热水降温成为次热水，减少了后续蒸发的热负荷及蒸发量。
2）次热水出空冷器后，进入塔内布水器，向填料喷洒，在填料表面形成水膜，蒸发降温，然后经过雨区，落入水池，完成循环水冷却。
3）循环水蒸发出来的蒸汽，在风机作用下，随风上行，经过收水器，回收一部分水滴，之后进入气室。气室内的湿热气上行与空冷器出来的热风混合，空气占比增加，湿热气相对含湿量减小。与此同时，湿热气温度升高，蒸汽饱和阈值升高，相对湿度下降，湿热气不易饱和凝结。
6.结束语
工业行业实现可持续发展的一项关键因素是节水节能，因此在工业物的规划设计中充分考虑到节水节能，在保证工业物功能性的前提下，实现了工业物的节水节能和环保。
参考文献：
[1]王明卓.试析绿色工业规划的问题及对策[J].四川水泥，2016，06:23.
[2]苗玉挺.基于生态工业规划方面的主要认识[J].四川水泥，2015，08:12—13.
[3]张小燕，田豪杰.浅谈生态工业规划[J].河南科技，2015，11:73—74.
论文作者:吴哲新
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/5
标签：工业论文; 冷却塔论文; 节能论文; 技术论文; 太阳能论文; 规划设计论文; 效果论文; 《建筑学研究前沿》2018年第23期论文;