露天礦卡保車間暖通設(shè)計探討

趙錦旗

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

露天礦卡保車間暖通設(shè)計探討

趙錦旗

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

針對大型露天礦、礦井、選煤廠中卡保車間等高大廠房的特點，詳細闡述了采暖、通風(fēng)設(shè)計中需要考慮的設(shè)計要點，提出采暖設(shè)計采用散熱器與熱風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)方式介紹了全面通風(fēng)和局部排煙兩種方式。

采暖；附加；耗熱；全面通風(fēng)；局部排煙

0 引言

在露天礦、礦井、選煤廠工程設(shè)計中，經(jīng)常遇到高大廠房，如大型機修車間、卡保車間等。這些高大廠房在暖通設(shè)計中都有著共同暖通設(shè)計特點。

1 采暖方案的設(shè)計要點

保車間建筑結(jié)構(gòu)特點是單體面積和建筑高度都很大。由于要滿足大型工程車輛進出和同時檢修位，所以外門高大，數(shù)量多，差不多占據(jù)一面外墻，造成圍護結(jié)構(gòu)負荷較大，外門開啟時冷風(fēng)滲透量也很大，由于這些特點導(dǎo)致廠房采暖熱負荷較大。且熱空氣上浮，形成上暖下涼，工作區(qū)采暖效果不好。如平朔安家?guī)X露天煤礦的卡車保養(yǎng)車間，車間高20 m，體積4 000 m3，采暖熱負荷為2 620 kW，車間內(nèi)14個10 m×8 m的大門。另外外門、電器開關(guān)、消火栓等占據(jù)了很多位置，散熱器布置起來很困難。所以高大廠房的采暖設(shè)計與普通廠房不論在負荷計算還是散熱設(shè)備選擇上都有所不同。

1.1 熱負荷計算

1）圍護結(jié)構(gòu)熱負荷。卡保車間采暖室內(nèi)設(shè)計溫度15℃。50019—2015工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范5.2.7中根據(jù)5.2.3的圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量計算公式：

式中：Q為圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量，W；a為溫差修正系數(shù)；F為圍護結(jié)構(gòu)的面積，m2；k為圍護結(jié)構(gòu)的平均傳熱系數(shù)；tn為供暖室內(nèi)計算溫度，℃；tw為供暖室外計算溫度，℃。

結(jié)果進行朝向修正、風(fēng)力附加（由于礦區(qū)基本屬于空曠地帶，且也算廠區(qū)內(nèi)比較高的建筑。此項取值一般為5%～10%）、外門附加及高度附加率修正。因種種條件限制，基于露天礦暖通設(shè)計經(jīng)驗對于此類建筑采暖多采用散熱器及熱風(fēng)混合采暖，此采暖附加率取2（H-4）%（H為房間高度），但總附加率不大于15%。此外還有一部分由門窗滲透入室內(nèi)的冷風(fēng)耗熱量，采用百分比法計算（但要減去機械補風(fēng)量的冷風(fēng)耗熱量）如補風(fēng)耗熱量大于百分比法計算的熱量，則此項忽略不計。

另還有一種方法，在計算出圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量時，充分考慮廠房內(nèi)溫度梯度的影響。對地面，采用室內(nèi)計算溫度，對墻、窗、門采用室內(nèi)空氣溫度的平均溫度tpj·n，對屋頂和天窗采用屋頂下的空氣溫度td；）

式中：tg為工作地帶空氣溫度，℃；H為屋頂距室內(nèi)地面高度，m；△t為室內(nèi)空氣垂直方向上的溫度梯度，0.3～0.5℃/m。利用上述方法計算圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量后，不再進行高度附加。

2）通風(fēng)產(chǎn)生的冷風(fēng)耗熱量。由于卡保車間在采暖期內(nèi)，房間處于全封閉狀態(tài)，廠房內(nèi)大型卡車在維修過程中發(fā)動機試車頻繁啟動，排出大量濃煙尾氣，嚴重污染室內(nèi)空氣，致使工作環(huán)境惡劣。如果我們采取機械通風(fēng)的形式，由于廠房高大，通風(fēng)換氣量大，產(chǎn)生的相當大的熱損耗。冷風(fēng)耗熱量，包括射流式新風(fēng)機組的耗熱量，還有大門開啟時的冷風(fēng)滲透量（此項在圍護結(jié)構(gòu)的熱負荷計算中已計入），還有由于風(fēng)壓經(jīng)門窗縫隙的的滲透風(fēng)耗熱量。如果考慮冷風(fēng)滲透量可以滿足自然補風(fēng)，但是采暖選用散熱器一種采暖設(shè)備，散熱量無法滿足，故選取噴射式新風(fēng)加熱機組，不但滿足散熱量還得到了補風(fēng)量。計算時風(fēng)量取排風(fēng)風(fēng)量，新風(fēng)機組耗熱量：

式中：a為富裕系數(shù)，取1.1；G為新風(fēng)量，m3/h；ρd為空氣的干密度，1.284 kg/m3；C為空氣的比熱容，0.279 J（kg·℃），℃；tn為供暖室內(nèi)計算溫度，℃；tw為供暖室外計算溫度，℃。

3）卡車吸熱。進入廠房內(nèi)的大型卡車自質(zhì)量100余t，從寒冷的室外進入，車身溫度很低，所以吸熱量也很大，造成廠房內(nèi)溫度迅速降低，也要依靠采暖來補充。

式中：k為吸熱量強度系數(shù)，0.7；Cg為鋼的比熱容，0.133 J（kg·℃）；W為汽車自質(zhì)量，t；A為吸熱系數(shù)，載重汽車A=1.0，自卸汽車取A=1.4。

1.2 散熱設(shè)備選取

由于空間有限即使盡可能提高熱媒溫度，采用特高型散熱器，大部分高大廠房單純依靠散熱器采暖依然無法保證室內(nèi)溫度，還需暖風(fēng)機來補充不足的部分熱負荷。散熱器和暖風(fēng)機之間承擔暖負荷比例的多少直接影響采暖的合理性和經(jīng)濟性。從具體設(shè)計實例中發(fā)現(xiàn)，散熱器應(yīng)承擔保證室內(nèi)不低于5℃采暖負荷（約占總負荷的70%），余下熱負荷由熱風(fēng)補充。晚上散熱器維持值班溫度，白天工作期間，開啟熱風(fēng)，滿足工作區(qū)域溫度要求。另外因為廠房進深大，暖氣片的自然對流，熱空氣自然上升，能輻射到的區(qū)域很小。如有條件，可考慮采用輻射板采暖，提高工作區(qū)溫度，增加工作區(qū)域舒適感。

2 機械通風(fēng)設(shè)計要點

換氣次數(shù)嚴重影響熱負荷，在滿足工人正常所需的情況下，盡量減少通風(fēng)量。

1）全面通風(fēng)方式。當采用全面排風(fēng)消除有害物質(zhì)時，取0.5次/h換氣次數(shù)考慮。選擇有害物質(zhì)濃度最大的區(qū)域排風(fēng)，煙氣的相對密度大于空氣，主要沉積在下部區(qū)域，但是排放的煙氣溫度比周圍空氣溫度高，且車間內(nèi)由于熱空氣上浮存在上升氣流，所以應(yīng)當采用下送上排的方式。故選取屋頂風(fēng)機進行排風(fēng)。噴射型新風(fēng)加熱機組進風(fēng)系統(tǒng)直接吹向工作地點的空氣溫度，不應(yīng)低于人體表面溫度（34℃），最好在37～50℃。

2）局部排煙方式。露天礦大型卡車的排放煙氣80%都出自排氣筒，如有針對性的及時排出必然大大節(jié)省了由于全面通風(fēng)造成的熱耗。針對廠房內(nèi)污染物排放的特點，采用高速均勻的吸風(fēng)管道對機車排氣口、局部進行吸入外排的方式進行排煙。設(shè)計在每個卡車維修臺位預(yù)埋排煙地下管道至室外，室外接煙囪順墻壁而上，高于屋頂進行排放。室內(nèi)采用D300 mm鋼絲橡膠管與卡車排氣筒鏈接，并根據(jù)卡車的排氣筒高度設(shè)計移動式小車與其連接。

由于機車排煙介質(zhì)密度大于空氣，其風(fēng)機的主要性能指標參數(shù)按流量、全壓、轉(zhuǎn)速進行選型。選用壓頭高的離心風(fēng)機。

排煙要求高速、均勻吸、排風(fēng)管道，此種方法在20世紀60年代廣泛應(yīng)用。由于從節(jié)能的角度考慮，對高速風(fēng)道系統(tǒng)很少應(yīng)用，其主要原因是能耗大。

根據(jù)以上確定的風(fēng)量按2種風(fēng)速計算后，選擇同類型設(shè)備進行各項技術(shù)指標見表1。

表1 同類型設(shè)備各項技術(shù)指標

從表（1）可見，高速風(fēng)道能耗是低速風(fēng)道的2倍以上，因此無特殊情況不宜采用，因風(fēng)道占用建筑空間，噪音大等弊端，采用地下排風(fēng)管道方式可行。為降低卡車發(fā)動機排氣阻力，本排煙系統(tǒng)宜采用低速排煙風(fēng)道。除煙罩的設(shè)計主要根據(jù)被吸物體和設(shè)備而定，針對大型卡車的特殊排煙部位設(shè)計為移動式和插入式兩種吸煙罩，可同時進行吸排煙。

采用這種局部排煙通風(fēng)方案比全面通風(fēng)可大大節(jié)省能耗，省去架空通風(fēng)管道，不占用空間位置，并且局部排風(fēng)的情況下，因風(fēng)量平衡需要送風(fēng)時還可以把把室外空氣直接送到局部排風(fēng)罩或排風(fēng)罩的排風(fēng)口附近，補充局部排風(fēng)系統(tǒng)排出的風(fēng)量。例如，采用送風(fēng)通風(fēng)柜，其70%的排風(fēng)量由室外空氣直接供給，這樣的可以減小車間排風(fēng)熱損失。

3 結(jié)語

綜上，采用散熱器加熱風(fēng)采暖，增加局部熱輻射設(shè)備不失為高大廠房采暖的最佳選擇，而局部增加排煙設(shè)計減小全面通風(fēng)帶來的能耗損失也是經(jīng)濟節(jié)能的選擇。

［1］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，2008.

［2］中國煤炭建設(shè)協(xié)會.煤炭工業(yè)供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2009.

［3］中國有色金屬工業(yè)協(xié)會.工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2015.

［4］王新泉.通風(fēng)工程學(xué)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［5］趙宇，高揚.高大廠房采暖設(shè)計形式探討［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（2）：43.

［6］王桂坤.某大空間工業(yè)建筑采暖通風(fēng)設(shè)計［J］.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2015，34（1）：103-105.

［7］張會琴.高大廠房熱風(fēng)供暖系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.建筑節(jié)能，2015（3）：18-21.

【責(zé)任編輯：陳毓】

Discussion on HVAC design in open-pit mine workshop

ZHAO Jinqi
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

According to the characteristics of large factory building in large open-pit mine,the author expounds the features of heating and ventilation design and presents that heating design uses the combination ventilation mode of radiator and hot air.The article introduces the overall ventilation and local exhaust two kinds of ways.

heating;affixation;heat consumption;overall ventilation;local exhaust

TK223.26

B

1671－9816（2017）01－0086－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.024

趙錦旗.露天礦卡保車間暖通設(shè)計探討［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（1）：86-88.

2016-07-28

趙錦旗（1979—），女，遼寧錦州人，工程師，學(xué)士，2003年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，主要從事煤炭行業(yè)采暖通風(fēng)設(shè)計。