廠房加熱設(shè)備對非加熱區(qū)的熱擾影響分析

劉婷 沈致和

合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院

廠房加熱設(shè)備對非加熱區(qū)的熱擾影響分析

劉婷 沈致和

合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院

利用DeST軟件，對工業(yè)廠房中加熱設(shè)備加熱時對空調(diào)區(qū)域非加熱基礎(chǔ)車間的基礎(chǔ)室溫進行模擬與計算，分別計算加熱車間在不同排氣次數(shù)和使用不同厚度的內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)時空調(diào)區(qū)非加熱車間的基礎(chǔ)室溫，并進行比較與分析如何減少加熱設(shè)備對其他區(qū)域的熱擾影響。

DeST加熱設(shè)備 基礎(chǔ)室溫 熱擾

0　引言

工業(yè)建筑相對于其他建筑，具有能耗大、環(huán)境控制要求高、設(shè)備發(fā)熱量多、影響因素復雜等特點[1]，由于其獨特的建筑特點，以及對生產(chǎn)工藝不同程度的溫濕度控制要求，工業(yè)廠房中空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計是否合理成為影響工藝生產(chǎn)條件的重要因素之一。在生產(chǎn)用廠房中，設(shè)備散熱產(chǎn)生的冷負荷占空調(diào)系統(tǒng)總冷負荷中相當大的一部分。因此，對于大功率散熱設(shè)備如何盡量減少其對車間其他區(qū)域的熱擾影響，從而減小空調(diào)系統(tǒng)總能耗是工業(yè)建筑設(shè)計時值得考慮的問題。

本文通過對合肥地區(qū)一個實際的工程項目進行分析，采用分層空調(diào)技術(shù)[2]，利用DeST軟件進行模擬與計算，說明設(shè)備熱擾對車間基礎(chǔ)室溫和空調(diào)系統(tǒng)能耗的影響，對加熱車間分別采用不同排熱次數(shù)和圍護結(jié)構(gòu)厚度進行計算，分析得到降低設(shè)備熱擾影響的合理措施。

1　建筑模型

1.1建筑概況

該項目位于合肥市，新建生產(chǎn)車間建于原有廠房內(nèi)部，尺寸為60m（長）×31m（寬）×23m（高）。其中，C、F、G區(qū)域較主體車間有更高的溫濕度要求，采用帶窗彩鋼板與車間主體隔離開，空氣潔凈度要求為不低于ISO 9級別，尺寸分別為12m（長）×14m（寬）×4.5m（高），14m（長）×14m（寬）×4.5m（高），14m（長）×14m（寬）×6m（高），F(xiàn)、G區(qū)域為加熱車間，工作溫度可達到50℃，但不同時工作。根據(jù)生產(chǎn)特點，整個生產(chǎn)車間操作人員數(shù)約為15～20人，設(shè)定每個區(qū)域為5人，工作時間按照兩班制設(shè)置。設(shè)計要求6.5m以下空間進行溫濕度的控制，分層空調(diào)高度取7m[3]。建筑圍護結(jié)構(gòu)性能參數(shù)如表1。本文假定F區(qū)加熱設(shè)備工作，使用DeST-C軟件建立的建筑模型如圖1。

表1　建筑圍護結(jié)構(gòu)性能參數(shù)

圖1　建筑模型

1.2空調(diào)主要設(shè)計要求

1）車間總體。溫度：冬季19±3℃，夏季25±3℃；濕度：≤70%

2）C、F、G區(qū)域。溫度：22.5±2℃；濕度：≤60%

3）C、F、G區(qū)域較車間總體為正壓差，壓差≮10Pa；主車間較室外環(huán)境為正壓差，壓差≮5Pa。

根據(jù)項目特點，空調(diào)季設(shè)定日期為5月15日～10月15日，11月15日～4月15日。

2　送排風計算

根據(jù)項目設(shè)計要求，對車間進行全室排風，加熱車間需進行排熱排風，排風次數(shù)根據(jù)經(jīng)驗系數(shù)一般可取4～6次/h，而在具體項目中則需要根據(jù)實際要求進行計算：

式中：G為排風量，m3/h；V為房間體積，m3；n為排風次數(shù)，次/h。

壓差風量是用來維持室內(nèi)一定正負壓差所需要的風量，在此根據(jù)經(jīng)驗換氣次數(shù)法確定，基礎(chǔ)車間取0.9次/h，C、F、G區(qū)取2.2次/h。

按照潔凈廠房設(shè)計規(guī)范中對新風量取值的要求，新風量取下面兩者中的大值：1）補償室內(nèi)排風量和保持室內(nèi)正壓所需新鮮空氣量之和；2）保證室內(nèi)每人新風不少于40m3/h[4]。采用不同排氣次數(shù)時，對C、F、G區(qū)和基礎(chǔ)車間的排風量和新風量的計算分別如表2～4。

表2　換氣次數(shù)取4次/h時的排風量和新風量

表3　換氣次數(shù)取5次/h時的排風量和新風量

表4　換氣次數(shù)取6次/h時的排風量和新風量

3　模擬計算

3.1換氣次數(shù)的影響

根據(jù)不同排氣次數(shù)計算得到的新風量值，使用DeST-C軟件，分別模擬計算得到三種情況下的基礎(chǔ)車間的全年逐時基礎(chǔ)室溫，并進行比較，如圖2。根據(jù)基礎(chǔ)室溫計算結(jié)果分別進行空調(diào)系統(tǒng)冷熱負荷計算，計算結(jié)果如表5。

圖2　不同換氣次數(shù)對基礎(chǔ)車間室溫的影響

表5　不同換氣次數(shù)空調(diào)系統(tǒng)負荷統(tǒng)計

3.2加熱車間隔板不同厚度的影響

加熱車間在加熱時相當于一個高溫熱源，由于內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)在設(shè)計時考慮較少，傳熱系數(shù)一般較大，通過內(nèi)墻的傳熱量也占了空調(diào)系統(tǒng)負荷的一大部分。因此選擇合適的隔板材料與厚度才能降低加熱區(qū)對其他區(qū)域的熱擾影響。在此分別使用50mm厚、100mm厚、150mm厚夾芯彩鋼板進行模擬計算，傳熱系數(shù)分別為0.916W/(m2·K)、0.512W/(m2·K)、0.355W/(m2·K)。三種情況下，得到基礎(chǔ)車間基礎(chǔ)室溫最大值全天逐時溫度如圖3，根據(jù)三種情況下計算的基礎(chǔ)室溫計算得到的空調(diào)系統(tǒng)的冷熱負荷統(tǒng)計見表6。

圖3　加熱間不同壁厚對基礎(chǔ)車間基礎(chǔ)室溫的影響

表6　加熱間不同壁厚空調(diào)系統(tǒng)負荷統(tǒng)計

4　結(jié)論

對以上計算結(jié)果進行分析比較，可得到：

1）加熱車間的排氣次數(shù)對車間非加熱區(qū)域有較大的影響，排氣次數(shù)越大，加熱間排熱量越大，對基礎(chǔ)室溫熱擾影響越小，同一時刻的最高溫度差值可達到10℃，但較大的排氣量使空調(diào)系統(tǒng)總負荷也分別增加了7.3%和18.2%；

2）對加熱車間使用不同厚度的彩鋼板時，非加熱車間的基礎(chǔ)室溫在同一時刻的最高溫度差值也可達到10℃，使用150mm厚彩鋼板時加熱間對其他區(qū)域的熱擾影響最小，但三種厚度隔板的空調(diào)系統(tǒng)熱濕負荷基本一致，不能明顯降低空調(diào)系統(tǒng)能耗值。

通過上述模擬計算分析發(fā)現(xiàn)，在有較大發(fā)熱量的加熱車間中，可以通過提高加熱車間排熱次數(shù)和增大加熱車間圍護結(jié)構(gòu)厚度來減小對空調(diào)系統(tǒng)非加熱區(qū)域的熱擾影響。但排熱次數(shù)的增大會增加空調(diào)系統(tǒng)的負荷，加熱車間圍護結(jié)構(gòu)厚度的增大會導致項目初投資成本的增加，因此，應(yīng)根據(jù)具體項目的溫濕度要求、潔凈度等級要求和實際情況取定相關(guān)數(shù)值，在條件允許時合理利用自然通風與機械輔助自然通風，盡可能減小設(shè)備熱擾造成的影響，降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗值。

[1]閆海仙.工業(yè)建筑節(jié)能研究——以某印業(yè)公司印刷車間暖通空調(diào)能耗為例[D].太原:太原理工大學,2012

[2]陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1993

[3]鄒月琴,王師白.高大廠房分層空調(diào)負荷計算問題[J].制冷學報, 1983,(4):49-56

[4]潔凈廠房設(shè)計規(guī)范(GB50073-2013)[S].北京:中國計劃出版社, 2013

Analysis of Thermal Disturbance of Heating Equipment on Non Air Conditioning Area in a Factory Building

LIU Ting,SHEN Zhi-he
School of Civil and Hydraulic Engineering,Hefei University of Technology

With the help of DeST software,the room base temperature of non-heating air conditioning area in a factory building was simulated and calculated by the affect of heating equipment with different exhaust times and thickness of heating workshop’s enclosing structure.Finally,the results were used to compare and analyze that how to reduce the thermal disturbance caused by heating equipment.

DeST,heating equipment,room base temperature,thermal disturbance

1003-0344（2015）06-061-3

2014-7-9

劉婷（1990～），女，碩士研究生；合肥工業(yè)大學南區(qū)土木與水利工程學院（230009）；E-mail:921856566@qq.com