高大恒溫車(chē)間空調(diào)射流系統(tǒng)簡(jiǎn)介及應(yīng)用實(shí)例

貢曉芳

摘 要：幾千平米高大恒溫車(chē)間工藝空調(diào)，尤其是溫度的均勻性，一直是暖通行業(yè)研究解決的課題。由于在工作中遇到了這樣的項(xiàng)目，通過(guò)翻閱大量國(guó)內(nèi)外資料，為了獲得穩(wěn)定均勻的溫度場(chǎng)，確定利用一種適用于高大空間的空調(diào)射流系統(tǒng)。這種系統(tǒng)，在國(guó)外已經(jīng)被廣泛采用。該文結(jié)合工程實(shí)例，介紹了這種特殊的系統(tǒng)。期望對(duì)今后類(lèi)似的高大空間恒溫空調(diào)設(shè)計(jì)有所幫助。

關(guān)鍵詞：恒溫車(chē)間 均勻溫度場(chǎng) 空調(diào)射流系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（b）-0089-03

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷進(jìn)步，對(duì)產(chǎn)品的精度要求也越來(lái)越高。例如工作機(jī)器溫度如有1 ℃的變化，線性長(zhǎng)度每米大約會(huì)有0.01 mm的伸縮，而這0.01 mm的伸縮就可能引起不良品率的上升。因此，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，現(xiàn)在一些精密加工車(chē)間對(duì)環(huán)境的溫濕度提出了非常高的要求，恒溫恒濕已不再局限于測(cè)量室、檢測(cè)室等小面積空間。而高大空間廠房的恒溫恒濕空調(diào)如何獲得穩(wěn)定均勻的溫度場(chǎng)，一直是生產(chǎn)工藝空調(diào)的難點(diǎn)。按照傳統(tǒng)空調(diào)方案，高換氣次數(shù)帶來(lái)的高成本和實(shí)施難度都是難以解決的問(wèn)題。文章結(jié)合工程實(shí)例，介紹一種適合高大空間的特殊的空調(diào)系統(tǒng)——空調(diào)射流系統(tǒng)，即采用高速射流方式，誘導(dǎo)周?chē)諝?，帶?dòng)空氣流通，形成穩(wěn)定均勻的溫度場(chǎng)。

1 工程概況及設(shè)計(jì)要求

此工程為某精密機(jī)械有限公司的新建廠房工程，位于江蘇常州開(kāi)發(fā)區(qū)，主要生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人精密減速機(jī)，是日資企業(yè)。該工程占地面積12 000 m2，建筑面積14 000 m2。主廠房分為3個(gè)車(chē)間：分別為60 m×50 m，面積為3 000 m2的精加工車(chē)間；60 m×40 m，面積為2 400 m2的裝配車(chē)間；以及60 m×13.5 m，面積為810 m2的零件分配車(chē)間。吊頂高度均為7 m。高度4.3 m處有生產(chǎn)工藝用架臺(tái)。生產(chǎn)工藝要求高度4 m范圍內(nèi)溫度25 ℃±1 ℃，濕度沒(méi)有要求。垂直方向4 m內(nèi)的溫度梯度要小于1 ℃。室內(nèi)要求維持正壓。簡(jiǎn)而言之，此項(xiàng)目是一個(gè)大空間恒溫室。因各車(chē)間的環(huán)境要求相同，因此以下僅以精加工車(chē)間為例進(jìn)行說(shuō)明。精加工車(chē)間機(jī)器發(fā)熱量為777 kW，達(dá)到259 w/m2。經(jīng)負(fù)荷計(jì)算，夏季總余熱為1 020 kW，車(chē)間全年需要供冷。

2 空調(diào)系統(tǒng)的確定

2.1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

這個(gè)項(xiàng)目空調(diào)的最大難點(diǎn)就是面積大，空調(diào)冷負(fù)荷大，有效高度高。在高度及水平方向都容易產(chǎn)生溫差，而生產(chǎn)工藝恰恰要求溫度場(chǎng)要穩(wěn)定均勻。對(duì)于溫度精度要求較高的恒溫室，為了滿(mǎn)足溫度均勻的要求，傳統(tǒng)空調(diào)常采用全空氣系統(tǒng)，孔板上送下回的氣流組織方式。對(duì)于恒溫實(shí)驗(yàn)室、恒溫檢測(cè)室等面積比較小的房間，這種空調(diào)方式比較適宜，而對(duì)于幾千平米的大車(chē)間，采用如此大面積的孔板卻是不現(xiàn)實(shí)的。

不僅因?yàn)榭照{(diào)冷負(fù)荷大，會(huì)引起換氣量大，為了溫度的均勻性，不同的溫度精度需要與之相適應(yīng)的室內(nèi)空氣循環(huán)次數(shù)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，±1 ℃的恒溫室，推薦室內(nèi)空氣循環(huán)次數(shù)約20～30 次/h，這就使得空調(diào)處理設(shè)備及風(fēng)管尺寸都非常龐大，不僅本身投資大，占用較多水平和高度空間，而且高大廠房的梁高和行車(chē)本身也會(huì)占據(jù)較大的高度空間，再因?yàn)槌叽缇薮蟮娘L(fēng)管與之交叉，往往為了保證生產(chǎn)工藝的空間高度要求，不得不增加層高，土建投資也會(huì)大幅度增加。同時(shí)眾多的出風(fēng)口的位置也常常受到限制，難以滿(mǎn)足獲得均勻溫度場(chǎng)的空調(diào)要求。為此，我方查閱了大量國(guó)外技術(shù)資料，借鑒國(guó)外類(lèi)似工廠的案例，采用了一種適用于大空間高精度的空調(diào)系統(tǒng)——空調(diào)射流系統(tǒng)，在保證溫度場(chǎng)均勻的前提下，節(jié)省了大量的初投資和運(yùn)行費(fèi)用，也有效地節(jié)省了水平及高度空間。

2.2 空調(diào)射流系統(tǒng)介紹

空調(diào)射流系統(tǒng)是瑞士弗萊克公司為改善船舶機(jī)器室的作業(yè)環(huán)境而開(kāi)發(fā)的一種空調(diào)通風(fēng)方式。由空調(diào)箱、小風(fēng)量高靜壓射流風(fēng)機(jī)、小直徑風(fēng)管和高速?lài)娮旖M成。其主要運(yùn)用理論來(lái)自空氣動(dòng)力學(xué)中高速?lài)娏鞯臄_動(dòng)特性。處理過(guò)的空氣由噴嘴高速?lài)姵?。這種高速?lài)娏髂軌蛴行У卣T導(dǎo)周?chē)o止的空氣，而帶動(dòng)空氣流通，噴流的中心速度由噴嘴出口點(diǎn)起逐漸減低，但是噴流寬度逐漸增加，所誘導(dǎo)周?chē)目諝饬恳仓饾u增加（見(jiàn)圖1）。

根據(jù)實(shí)測(cè)，誘導(dǎo)風(fēng)量可達(dá)到噴嘴出風(fēng)量的50～60倍。因此這種空調(diào)系統(tǒng)能使室內(nèi)高度及水平方向的溫度差減小，達(dá)到溫度均勻的效果。小風(fēng)量也避免了大型風(fēng)管的使用。在國(guó)外，作為一種高大空間的特殊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，已被廣泛地應(yīng)用于工場(chǎng)、車(chē)庫(kù)，以及體育館展示場(chǎng)等高大空間建筑。如松下電工株式會(huì)社的分水工廠、三洋電機(jī)株式會(huì)社的東京制作所、東京國(guó)際展示場(chǎng)等工業(yè)及民用建筑。

3 射流系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 整體空調(diào)通風(fēng)方案及參數(shù)

為了減少大尺寸風(fēng)管以及獲得均勻的溫度場(chǎng)，并考慮了車(chē)間的特點(diǎn)，最終空調(diào)整體方案確定為：末端空調(diào)箱的循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)+空氣射流系統(tǒng)+獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)+排風(fēng)系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）。即新風(fēng)單獨(dú)處理，車(chē)間的冷負(fù)荷由空調(diào)箱負(fù)擔(dān)，溫度場(chǎng)的均勻則由空氣射流系統(tǒng)完成，氣流組織方式為上送下回。

末端的空調(diào)箱布置在工藝用高度4.3 m的葡萄架臺(tái)上，均勻分布在車(chē)間內(nèi)，共33臺(tái)。出風(fēng)口采用噴口，回風(fēng)口則設(shè)置于地面高度0.5 m處，利用車(chē)間的H鋼柱固定回風(fēng)立管。冷量33 kw出風(fēng)參數(shù)為17 ℃，81%。新風(fēng)機(jī)10 600 m3/h×3臺(tái)，出風(fēng)參數(shù)為t=18℃，φ=95%。為保證正壓，排風(fēng)機(jī)為5 300 m3/h×3臺(tái)。（計(jì)算省略）

3.2 空調(diào)射流系統(tǒng)

該項(xiàng)目采用了日本Floda有限公司的空調(diào)射流系統(tǒng)的產(chǎn)品。按照車(chē)間內(nèi)0.6次/h風(fēng)量選擇高靜壓風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)參數(shù)為1 150 m/h×1500 Pa×9臺(tái)。每個(gè)噴嘴風(fēng)量75 m3/h，138個(gè)噴嘴均勻的分布在車(chē)間吊頂上。噴嘴尺寸為100 mm×30 mm，即與風(fēng)管連接處直徑為100 mm，噴出口處直徑為30 mm。

根據(jù)Floda有限公司實(shí)測(cè)，誘導(dǎo)風(fēng)量是噴嘴出風(fēng)量的50～60倍，因此，風(fēng)量為0.6 次/h換氣量的高靜壓風(fēng)機(jī)，引起的車(chē)間內(nèi)空氣的實(shí)際循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到30 次/h，確保溫度的均勻性。施工前日本Floda有限公司提供了模擬效果計(jì)算。經(jīng)過(guò)近一年的實(shí)際運(yùn)行，完全符合工藝要求。圖3為精加工車(chē)間空調(diào)設(shè)備布置的局部圖。

4 空調(diào)射流系統(tǒng)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)總結(jié)

空調(diào)射流系統(tǒng)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，具體表現(xiàn)如下。

（1）水平、高度方向的溫度差小，對(duì)室內(nèi)的整體來(lái)說(shuō)有良好的溫度分布，不僅改善了工作環(huán)境，可以達(dá)到精密加工作業(yè)所需工藝環(huán)境。

（2）大尺寸風(fēng)管及風(fēng)口的布置安裝會(huì)受到許多限制，而此系統(tǒng)因?yàn)轱L(fēng)量小，風(fēng)管尺寸小，所以風(fēng)管走向以及風(fēng)口的布置自由度高，可以在最需要的位置配置噴嘴。而且小尺寸的風(fēng)管，不僅對(duì)新建筑方便，對(duì)于已建的建筑物的改造也能夠簡(jiǎn)單安裝使用。

（3）避免大尺寸風(fēng)管，不僅設(shè)備費(fèi)用降低。層高降低，建筑費(fèi)用也大幅降低。

（4）因?yàn)檎T導(dǎo)攪拌作用有效區(qū)域溫度上升，若用于冬季需要采暖設(shè)施的建筑，室內(nèi)溫度上升所要時(shí)間縮短，達(dá)到節(jié)能效果。

（5）這種系統(tǒng)不僅用于工業(yè)的恒溫室，也可以用在溫度要求較高的體育館、展覽廳、室內(nèi)游泳館等高大空間民用建筑。

5 結(jié)語(yǔ)

文章結(jié)合工程實(shí)際，介紹了一種特殊的適用于高大恒溫車(chē)間的空調(diào)射流系統(tǒng)，較好地解決了高大空間空調(diào)溫度場(chǎng)難于均勻的問(wèn)題，可以為類(lèi)似工程實(shí)例提供方案參考。

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