工業(yè)廠房特種工藝間通風(fēng)空調(diào)技術(shù)研究

李俠

（中航工業(yè)西航 基建技改部，陜西 西安  710021）

    引言

    在常規(guī)的工業(yè)廠房中，經(jīng)常存在一些特殊工藝加工制造間，由于其生產(chǎn)工藝的特殊性，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體或粉塵，因此必須設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)，將有害氣體及粉塵排至室外，以確保室內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境滿足勞動(dòng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，人民生活普遍提高，此類以往只有通風(fēng)要求的特種工藝間，近年來(lái)亦增加空調(diào)制冷方面的要求。因此在通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)中，必需將通風(fēng)與空調(diào)這兩類相互制約的系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，才能做到既遵循國(guó)家建筑節(jié)能要求，又保證室內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境滿足工藝要求及勞動(dòng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

    一、特種工藝間空調(diào)系統(tǒng)的特殊性                        

    1.空調(diào)系統(tǒng)采用全新風(fēng)系統(tǒng)                       

    由于在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體、蒸汽或粉塵，室內(nèi)空氣不能循環(huán)使用，從保證室內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境滿足勞動(dòng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)方面考慮，空調(diào)系統(tǒng)必須采用全新風(fēng)系統(tǒng)，即將室內(nèi)有害氣體全部排出，空調(diào)系統(tǒng)全部使用室外新風(fēng)。

    2.全新風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

    與通常的一次回風(fēng)或末端處理空調(diào)系統(tǒng)相比較，全新風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：由于未循環(huán)使用室內(nèi)被污染的空氣，而是全部利用室外新風(fēng)，因此室內(nèi)衛(wèi)生條件較好；缺點(diǎn)：當(dāng)采用前述的空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的新風(fēng)量為總風(fēng)量的10%-15%。而采用全新風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)處理的全部為新風(fēng)，系統(tǒng)的新風(fēng)負(fù)荷要比前述空調(diào)系統(tǒng)大得多，因此系統(tǒng)能耗偏高。

    二、特種工藝間通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響

1.通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)冷（熱）負(fù)荷的影響

    特種工藝間的通風(fēng)系統(tǒng)主要為局部排風(fēng)系統(tǒng)。由于要將有害物或粉塵及時(shí)從發(fā)生源收集并排除，因此此類系統(tǒng)的排風(fēng)速度偏高，排風(fēng)量較大，造成與通風(fēng)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)冷、熱損失嚴(yán)重，不利于系統(tǒng)節(jié)能。

2.通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)氣流組織的影響

    空調(diào)系統(tǒng)氣流組織是保證室內(nèi)溫度梯度均衡的重要因素。由于通風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)速度高，通常會(huì)在局部排風(fēng)罩周邊區(qū)域形成負(fù)壓區(qū)，造成空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)氣流還未流經(jīng)工人的工作區(qū)域，就被排風(fēng)系統(tǒng)排掉，因此空調(diào)系統(tǒng)的氣流在室內(nèi)難以形成有組織環(huán)路，影響系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

    三、探究特種工藝間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的有效途徑                                 

    1.通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

    如何做到既保證通風(fēng)除塵系統(tǒng)的運(yùn)行效果，又能盡量減小對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響，關(guān)鍵在于通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)管布置及風(fēng)速控制。首先，在通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管布置時(shí)，為降低風(fēng)管的最小風(fēng)速，枝狀風(fēng)管宜垂直或傾斜布置，必須水平布置時(shí)，風(fēng)管不宜過(guò)長(zhǎng)。同時(shí)，支風(fēng)管應(yīng)盡量從側(cè)面或上面與主風(fēng)管連接，三通的夾角應(yīng)在15°-30°之間，以確保局部阻力最小。其次，通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)速宜采用規(guī)定的最小風(fēng)速，根據(jù)選定的經(jīng)濟(jì)風(fēng)速，合理確定密閉罩、系統(tǒng)支、干風(fēng)管尺寸，以及通風(fēng)除塵設(shè)備的總風(fēng)量。通過(guò)上述措施的控制，可將通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響降至最低。

    2.空調(diào)系統(tǒng)氣流組織的優(yōu)化

    為了減小通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)氣流組織的干擾，空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織采用崗位（噴口）送風(fēng)方式，送風(fēng)口采用球型旋轉(zhuǎn)風(fēng)口，通過(guò)合理布置空調(diào)送風(fēng)管，將送風(fēng)口直接布置于工作崗位側(cè)上方處，使噴口與水平面保持一個(gè)向下的傾斜角β，對(duì)于夏季冷射流β=0-12°，冬季熱射流β＞15°。此種氣流組織的特點(diǎn)：送風(fēng)速度高，射程長(zhǎng)，工作區(qū)域溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)分布均勻，可以有效地避免冷、熱空氣還未流經(jīng)工作區(qū)域，就被排風(fēng)系統(tǒng)排掉的情況發(fā)生。同時(shí)，由于選用的球型旋轉(zhuǎn)風(fēng)口內(nèi)圓柱噴口與轉(zhuǎn)動(dòng)球體相連接，因此該風(fēng)口既能調(diào)節(jié)氣流方向，又能調(diào)節(jié)送風(fēng)量，亦有效的保證了工作崗位區(qū)域的氣流組織環(huán)路。

    3.重點(diǎn)加強(qiáng)全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施

   （1）優(yōu)化全新風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量的計(jì)算

a 加大送風(fēng)溫度差，減小送風(fēng)量

由于特種工藝間的空調(diào)系統(tǒng)屬舒適性空調(diào)，無(wú)恒溫恒濕精度要求，因此可適當(dāng)加大送風(fēng)溫度差，來(lái)減小系統(tǒng)的總送風(fēng)量。正常的空氣處理流程為：將室外新風(fēng)經(jīng)空氣冷卻器冷卻減濕處理到機(jī)器露點(diǎn)L（L一般位于相對(duì)濕度ф=90-95%線上），再?gòu)募訜岬剿惋L(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O送入房間，吸收房間的余熱余濕后變?yōu)槭覂?nèi)狀態(tài)N。如果要加大送風(fēng)溫差，則必須將送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O沿著熱濕比線ε適當(dāng)下調(diào)，使送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O與室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N的距離加大，根據(jù)如下計(jì)算公式可知，送風(fēng)量則相應(yīng)減少。送風(fēng)量的計(jì)算公式：G=Q/(iN-iO)其中G—送風(fēng)量 (kg/s) Qx—冷負(fù)荷（KW）iN—室內(nèi)狀態(tài)N的焓值（KJ/kg）iO—送風(fēng)狀態(tài)O的焓值（KJ/kg）

焓濕圖

    加大送風(fēng)溫差，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)加大室內(nèi)狀態(tài)N與送風(fēng)狀態(tài)O的焓值差（即提高iN-iO的差值），進(jìn)而減小送風(fēng)量G，實(shí)現(xiàn)節(jié)省投資與能耗的目的。

b 全新風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量與通風(fēng)系統(tǒng)排氣量的比較與細(xì)化

    在進(jìn)行全新風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量計(jì)算時(shí)，考慮空調(diào)系統(tǒng)冷、熱負(fù)荷的同時(shí)，必須結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)排氣量進(jìn)行核算。由于房間內(nèi)產(chǎn)生有害氣體，為避免污染相鄰房間，新風(fēng)量應(yīng)小于排風(fēng)量，才能保證房間為負(fù)壓。通過(guò)對(duì)消除新風(fēng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及設(shè)備冷、熱負(fù)荷所需風(fēng)量與保證房間負(fù)壓風(fēng)量的核算與比較，最終確定全新風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量。

   （2）空調(diào)設(shè)備選型優(yōu)化

    在選擇制冷機(jī)時(shí)，力爭(zhēng)選取COP值較高的冷（熱）水機(jī)組。制冷機(jī)的性能系數(shù)通常以COP表示（COP=產(chǎn)冷量（KW）/制冷系統(tǒng)的軸功率（KW）），它標(biāo)志著制取單位冷（熱）量所需消耗的能量，是評(píng)價(jià)機(jī)組節(jié)能性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。通過(guò)對(duì)水冷、風(fēng)冷、蒸發(fā)冷卻式機(jī)組的比較，水冷式機(jī)組COP值最高，蒸發(fā)冷卻式機(jī)組其次，風(fēng)冷冷卻機(jī)組COP值最低。由于水冷機(jī)組需要配套龐大的冷卻水系統(tǒng)，因此初投資比風(fēng)冷和蒸發(fā)冷卻式機(jī)組高出很多。

    蒸發(fā)冷卻式機(jī)組的冷凝器是蒸發(fā)式冷凝器，其特點(diǎn)是利用水的汽化帶走氣態(tài)制冷劑在冷凝器中放出的熱量，因此該種機(jī)組的冷卻水只是補(bǔ)給散失的水量，一般只是水冷式的1/25～1/50。蒸發(fā)冷卻式機(jī)組的傳熱系數(shù)比風(fēng)冷冷凝器大，機(jī)組體積和質(zhì)量比風(fēng)冷式小，機(jī)組的COP大于風(fēng)冷式。蒸發(fā)冷卻式機(jī)組不需要一套龐大的冷卻水系統(tǒng)，從經(jīng)濟(jì)、節(jié)能雙方面權(quán)衡考慮，采用蒸發(fā)冷卻式機(jī)組最優(yōu)。

    結(jié)束語(yǔ)

    通過(guò)對(duì)工業(yè)廠房特種工藝間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)存在問(wèn)題的分析，重點(diǎn)從降低通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響、優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)氣流組織及加強(qiáng)全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施三方面著手，解決了特種工藝間空調(diào)系統(tǒng)工作區(qū)域溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)分布不均勻，系統(tǒng)冷（熱）損失嚴(yán)重，能耗偏高等問(wèn)題，對(duì)于如何將此類特種工藝間通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，同時(shí)滿足建筑節(jié)能要求，提供了全新的思路與方法。

 (本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)   文徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)項(xiàng)目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯  劉真 文徑 審核)