武鋼建工集團鋼結(jié)構(gòu)分公司主廠房自然通風(fēng)分析

梁曉冬

摘 要：近年來，對工業(yè)廠房內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高。提高廠房的內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，則是加強和改善廠房的通風(fēng)設(shè)計。加強廠房內(nèi)的氣流組織設(shè)計，使新鮮空氣流經(jīng)操作區(qū)，并帶走影響工人健康和產(chǎn)品質(zhì)量的大量余熱、污濁氣流和有害氣體，提高空氣質(zhì)量。根據(jù)武鋼建工集團鋼結(jié)構(gòu)分公司主廠房自然通風(fēng)現(xiàn)狀，從理論上分析造成目前通風(fēng)效果不佳現(xiàn)狀的深層次原因，結(jié)合該廠房建筑結(jié)構(gòu)及工藝生產(chǎn)特點，并給出相關(guān)整改措施及建議，對此類焊接工藝廠房的通風(fēng)設(shè)計進行思考及探索，對類似廠房設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：自然通風(fēng)；中和面；氣流分布

中圖分類號： TU3P61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）22-57-2

1 概述

武鋼建工集團鋼結(jié)構(gòu)分公司主廠房總建筑面積為40716m2，廠房由4跨組成，每跨分別長33m、33m、27m、24m，廠房總寬117m，總長348m，廠房檐口標(biāo)高16.13m。廠房內(nèi)設(shè)鍋爐壓力容器跨、重鋼跨、結(jié)構(gòu)跨、輕鋼跨，廠房兩端設(shè)準(zhǔn)備跨及拋丸跨，主要生產(chǎn)工藝為焊接作業(yè)。

主廠房屋頂布置10條自然通風(fēng)器，準(zhǔn)備跨廠房屋頂布置6條自然通風(fēng)器，拋丸跨廠房屋頂布置4條自然通風(fēng)器，外墻下部設(shè)玻璃窗。

金屬結(jié)構(gòu)廠自投產(chǎn)以來，自然通風(fēng)效果較差，尤其在中間跨、主要焊接區(qū)域存在煙氣積聚問題，工作環(huán)境惡劣，嚴(yán)重影響職工身體健康。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 通風(fēng)現(xiàn)狀

①車間東西向進深達(dá)348m，南北向進深達(dá)117m，中間跨區(qū)域幾乎無空氣流動，此類區(qū)域布置為重鋼跨、結(jié)構(gòu)跨，煙氣積聚嚴(yán)重，人體感覺憋悶和燥熱；②5m以上的空氣呈煙霧狀，懸浮顆粒物積聚，流動緩慢；③靠近門窗開啟區(qū)域，空氣流動較快，大門入口空氣流速實測約為4.5～9.6m/s，對流效果較好；④冬季門窗多數(shù)處于關(guān)閉狀態(tài)，整個車間煙霧彌漫，能見度不足10m。

2.2 建筑現(xiàn)狀

①大門12扇，可開啟面積357m2，常開啟的為4～5扇，常開啟面積約為150m2；②單層玻璃塑鋼推拉組合窗49個共697.5m，可開啟面積732m2；③屋面自然通風(fēng)器1242m，喉口尺寸3m，可通風(fēng)面積3726m2；④主要焊接區(qū)域23～36軸線、E～F1軸線建筑面積17361m2；F1軸線處廠房外墻皮布置了附垮建筑，無自然進風(fēng)口。

2.3 風(fēng)量計算

此次主廠房的自然通風(fēng)理論計算，在工藝、土建、窗孔位置和面積確定的條件下，計算能達(dá)到的最大自然通風(fēng)量，校核工作區(qū)溫度是否滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求。

主廠房自然通風(fēng)全面換氣量G=Q/c.（tp-tj） kg/s [1]

式中，Q——車間的總余熱量，kJ/s；

tp——車間上部的排風(fēng)溫度，℃；

tj——車間的進風(fēng)溫度，tj=tw，℃；

c——空氣比熱，c=1.01kJ/kg，℃。

自然通風(fēng)量計算約為900000m3/h。

根據(jù)工程經(jīng)驗，此類焊接廠房通風(fēng)所需換氣次數(shù)約為3～5次/h，按此計算主要焊接區(qū)域所需最大風(fēng)量為1400000m3/h，最小風(fēng)量為840000。[2]

2.4 現(xiàn)狀分析

根據(jù)理論計算，此廠房自然通風(fēng)量滿足要求，但是實際運行時通風(fēng)效果較差，分析原因如下：

①理論分析。

圖中F1為進風(fēng)窗孔面積，F(xiàn)2為排風(fēng)窗孔面積，△P1為進風(fēng)窗孔的內(nèi)外壓差，△P2為排風(fēng)窗孔的內(nèi)外壓差，中和面以上為排氣區(qū)，中和面以下為進氣區(qū)。

根據(jù)（F1/F2）2=h2/h1[1]，進排風(fēng)窗孔面積之比是隨中和面位置的變化而變化的，中和面上移，排風(fēng)窗孔面積增大，進風(fēng)窗孔面積減??；中和面下移，則相反。

廠房自然通風(fēng)設(shè)計的思路應(yīng)該是盡量設(shè)法降低中和面的位置。中和面的位置低，意味著由室外進入廠房內(nèi)的新鮮空氣，部分或全部流經(jīng)作業(yè)區(qū)范圍，對降低作業(yè)區(qū)溫度、提高作業(yè)區(qū)空氣質(zhì)量，即提高自然通風(fēng)效果，將起著決定性作用。中和面的位置越低，則圖中h2值就越大，排氣壓力△P2就越大。在排氣量一定的前提下，增大排氣壓力△P2則可減小排氣口天窗開口面積F2。在熱車間都采用上部天窗進行排風(fēng)，天窗的造價要比側(cè)窗高，因此中和面位置不宜選得太高[1]。不言而喻，減小天窗開口面積，必然對減少廠房結(jié)構(gòu)斷面、降低廠房土建工程投資起到較大的作用。

由自然通風(fēng)原理可知，當(dāng)進、排氣量為定值時，降低中和面位置的關(guān)鍵手段，就是合理協(xié)調(diào)進、排氣口面積的比值。當(dāng)進氣口面積F1大于排氣口面積F2時，則中和面的位置低，反之，當(dāng)排氣口面積F2大于進氣口面積F1時，則中和面積位置高。

此廠房F1/F2=882/3726=1/4，中和面處在比較高的區(qū)域，甚至高過于天窗，導(dǎo)致天窗的一部分也成為了進風(fēng)口。由于其h2值很小，甚至導(dǎo)致排氣壓力△P2為負(fù)值，此種情況下，盡管設(shè)置了的高大的天窗，很大的排氣口面積F2，由于排氣壓力△P2較小，沒有充分的發(fā)揮天窗的排氣功能，沒有取得應(yīng)有的通風(fēng)效果。

在廠房自然通風(fēng)設(shè)計中，應(yīng)合理協(xié)調(diào)進、排氣口的面積，力求進氣口面積不小于或大于排氣口面積，對提高自然通風(fēng)效果的尤為重要。

②出于車間防風(fēng)霜雨雪和防盜安全等問題的考慮， 實際使用中門窗的開啟數(shù)量較少，使得室內(nèi)外空氣流通受阻；而門窗全部開啟的可能性存在一定的困難，造成通風(fēng)量不滿足設(shè)計及使用要求。

③F1軸線處廠房外墻皮布置了附垮建筑，廠房23軸至36軸之間只有一側(cè)可進風(fēng)，此區(qū)域無有效進風(fēng)，造成此區(qū)域乃至中間跨區(qū)域氣流分布不均，通風(fēng)效果較差，無法滿足設(shè)計風(fēng)量的要求。

3 整改措施及建議

3.1 增加進風(fēng)面積

根據(jù)理論分析及計算，此廠房進排風(fēng)面積比達(dá)1：4，進風(fēng)面積偏小，應(yīng)增加進風(fēng)面積，降低中和面位置，提高通風(fēng)量。

在充分考慮車間防風(fēng)霜雨雪和防盜安全等問題的前提下，盡量將車間外墻窗戶及大門開啟；在窗戶下部增設(shè)可調(diào)節(jié)百葉進風(fēng)窗，夏季全部開啟，冬季根據(jù)實際需求可將百葉窗關(guān)閉；在窗戶上部增設(shè)百葉進風(fēng)口，保持開啟狀態(tài)。

3.2 增設(shè)送風(fēng)機

針對F1軸線處廠房外墻皮布置了附垮建筑，廠房23軸至36軸之間一側(cè)無有效進風(fēng)，在附垮建筑屋頂布置送風(fēng)機，對此區(qū)域進行有效送風(fēng)。

3.3 合理分區(qū)

對于特大廠房通風(fēng)，應(yīng)根據(jù)實際情況進行通風(fēng)分區(qū)計算[3]。

此廠房為多連跨廠房，即便送風(fēng)面積足夠大，由于跨度太大，氣流組織不合理，中間跨區(qū)域通風(fēng)效果依然不佳。由于廠房結(jié)構(gòu)不可進行較大改造，對中間跨區(qū)域可適當(dāng)增加屋頂風(fēng)機進行機械排風(fēng)，由于屋面自然通風(fēng)器無法關(guān)閉，為防止氣流短路，取消部分自然通風(fēng)器。同時增設(shè)誘導(dǎo)風(fēng)機對氣流進行引導(dǎo)，將氣流合理分布。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 孫一堅.工業(yè)通風(fēng)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.

[2] 郭豐年.鋼鐵企業(yè)采暖通風(fēng)設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

[3] 孫權(quán).特大廠房通風(fēng)設(shè)計[J].武漢：湖北土木建筑協(xié)會，2009.