輪胎廠房空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)口選擇及設(shè)計計算探討

蔣鵬飛

(中國化學(xué)工業(yè)桂林工程有限公司，廣西 桂林 541004)

在輪胎工程項目設(shè)計過程中，常常需要對高大空間廠房的空調(diào)送風(fēng)氣流組織進行設(shè)計和選型。根據(jù)條件來合理選擇空調(diào)系統(tǒng)氣流組織形式以及明確了解各類送風(fēng)口的優(yōu)缺點就成為其中一個重要的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)結(jié)合2014年度我司承接的正新（漳州）橡膠工業(yè)有限公司輪胎生產(chǎn)項目二期工程中的成型車間暖通空調(diào)設(shè)計，詳細介紹氣流組織及風(fēng)口選型等內(nèi)容。

1 工程概況

213A成型車間空調(diào)區(qū)域長84.35 m，寬78 m；車間面積6 579 m2；夏季室內(nèi)要求溫度（26±2）℃，相對濕度≤55%，由業(yè)主及建筑專業(yè)設(shè)計決定風(fēng)口安裝高度為6.5 m。風(fēng)口考慮采用上送側(cè)回風(fēng)布置形式。要求所有送風(fēng)口具有根據(jù)崗位位置變化調(diào)節(jié)送風(fēng)角度的功能。

該項目所需夏季氣象資料（漳州市）見表1。

表1 項目夏季氣象資料

2 氣流組織形式及風(fēng)口確定

設(shè)計則是達到這“四度”要求的重要一環(huán)。

空氣調(diào)節(jié)的氣流組織，就是指合理的布置送風(fēng)口和回風(fēng)口，使得經(jīng)過凈化、熱濕處理后的空氣，經(jīng)送風(fēng)口進入空調(diào)房間，與室內(nèi)空氣進行熱質(zhì)交換后由回風(fēng)口排出?？諝獾倪M入和排出，必然會引起室內(nèi)空氣的流動，形成某種形式的氣流流型和速度場。速度場往往是其他場（如溫度場、濕度場等）存在的基礎(chǔ)和前提，所以不同溫濕度、潔凈度和不同使用要求的空調(diào)房間，應(yīng)設(shè)置不同形式的氣流流型和速度場與其匹配。

影響空調(diào)區(qū)內(nèi)空氣分布的因素有：送風(fēng)口的形式和位置、送風(fēng)的射流參數(shù)（如送風(fēng)量、出口風(fēng)速等）、回風(fēng)口的位置、房間形狀和功能等。其中送風(fēng)口的形式、位置、送風(fēng)射流的參數(shù)是主要影響因素。

對于輪胎廠常規(guī)高大空間廠房的送風(fēng)口選擇和布置，一般而言，其氣流分布形式較多采取上送風(fēng)下回風(fēng)的形式，與其對應(yīng)的送風(fēng)風(fēng)口的布置形式常見的有頂送風(fēng)和側(cè)送風(fēng)二種。對于輪胎項目中高大廠房而言，空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)口常用有噴口、旋流風(fēng)口兩種，本工程均可選用。下面介紹兩種不同風(fēng)口的特點及較為合理的適用場合。

噴口常用于遠距離送風(fēng)，其主要形式有圓形及球形兩種。噴口送風(fēng)的優(yōu)點是射程遠、送風(fēng)口數(shù)量少、系統(tǒng)簡單投資較小，常用在室溫允許波動范圍一定值

在空調(diào)房間中，穩(wěn)定的溫度、濕度、氣流速度和潔凈度（簡稱“四度”）是滿足生產(chǎn)工藝和人體舒適要求的必要參數(shù)，也是衡量一個空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計是否合格的標準。而在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，對房間氣流組織的的高大廠房空間（如輪胎廠成型工段）、高大廠房空間內(nèi)需進行崗位送風(fēng)降溫（輪胎廠煉膠車間、硫化工段等 ）以及較大空間的公共建筑中等。

旋流風(fēng)口送出的旋轉(zhuǎn)射流誘導(dǎo)比大，風(fēng)速和溫度衰減快，因此常用在換氣次數(shù)較高、送風(fēng)溫度較低、對紊流度和風(fēng)速要求很高的場所、公共建筑高大空間等。旋流風(fēng)口主要采用頂部安裝、地板下出風(fēng)式安裝、側(cè)面下部安裝的方式。

無論考慮選擇哪一類送風(fēng)口，其風(fēng)口都應(yīng)滿足夏季、冬季和過渡季節(jié)這三種不同工況下的送風(fēng)要求。

根據(jù)以上兩種風(fēng)口的特點，結(jié)合本項目業(yè)主提出的成型車間需要崗位處有風(fēng)感的要求，最終采用球形噴口為成型工段送風(fēng)口，以上送下回（頂送風(fēng)）這種氣流組織形式更為合理。

3 氣流組織形式設(shè)計計算

3.1 負荷與風(fēng)量

該項目室內(nèi)計算得熱量主要包括：①通過圍護結(jié)構(gòu)傳入的熱量；②透過外窗進入的太陽輻射熱量；③人體散熱量；④照明散熱量；⑤設(shè)備、器具、管道及其他內(nèi)部熱源散熱量。

根據(jù)上述各項得熱量計算得出該廠房夏季空調(diào)室內(nèi)冷負荷為700 kW。隨后根據(jù)表2，選擇合適的送風(fēng)溫差。

表2 工藝性空氣調(diào)節(jié)的送風(fēng)溫差 ℃

根據(jù)表1要求，成型工段室溫（26±2）℃，則送風(fēng)溫差可在≤15℃內(nèi)選擇，雖然送風(fēng)溫度與室內(nèi)溫度差值越大，送風(fēng)量越小，就越經(jīng)濟，但值得注意的是送風(fēng)溫度不能低于室內(nèi)空氣露點溫度，否則風(fēng)口附近容易結(jié)露。故結(jié)合實際情況，設(shè)定送風(fēng)溫差Δt=9℃，送風(fēng)溫度為17℃。

繪制焓濕圖，根據(jù)參數(shù)畫出室內(nèi)空氣狀態(tài)點N，通過N點做熱濕比線，繪制送風(fēng)狀態(tài)點O，計算出混合點C（如圖1所示）。

根據(jù)焓濕圖（圖1）得出表3，并由此得出各點所需的計算狀態(tài)參數(shù)，包括：

hn:室內(nèi)狀態(tài)點焓（干空氣）=52.66 kJ/kg；ho:送風(fēng)狀態(tài)點焓（干空氣）=43.44 kJ/kg。

根據(jù)送風(fēng)狀態(tài)點參數(shù)計算風(fēng)量：

圖1 焓濕圖

表3為室內(nèi)多狀態(tài)點參數(shù)。

表2 各狀態(tài)點參數(shù)

夏季送風(fēng)量考慮系統(tǒng)可能的漏風(fēng)及峰值負荷后，最終選擇4臺組合機組送風(fēng)，每臺風(fēng)機額定風(fēng)量為60 000 m3/h，最大提供風(fēng)量 240 000 m3/h。

3.2 風(fēng)口選型

根據(jù)建筑平面特點以及業(yè)主提供對車間內(nèi)崗位位置送風(fēng)要求，每臺組合式空調(diào)機組風(fēng)管設(shè)置25個圓形噴口，每個噴口的送風(fēng)量為2 400 m3/h（如圖2所示）。

根據(jù)車間內(nèi)風(fēng)管標高計算出噴口垂直向下送風(fēng)的射程x=6.5 m-2 m=4.5 m。其中6.5 m為噴口高度，2 m為工作區(qū)域高度。

預(yù)選直徑ds=400 mm的頂送可調(diào)球形噴口，求得噴口送風(fēng)速度vs：

根據(jù)求得的vs，計算出阿基米德數(shù)：

將上述數(shù)值帶入非等溫射流軸心速度衰減計算公式，并取圓形噴口的Kp=5.0，則有

式中：Kp為射流常數(shù)，則有，射流末端的軸心風(fēng)速（末端送風(fēng)口風(fēng)速）為：

一般而言，風(fēng)速小于0.5 m/s時基本無風(fēng)感，而計算出該風(fēng)口氣流末端風(fēng)速大于0.5m /s，工作區(qū)有輕微風(fēng)感，符合業(yè)主要求，并對于夏季以降溫為主的工藝性空調(diào)完全滿足要求。

由此得出最終結(jié)果為：每臺機組風(fēng)管設(shè)置25個Φ400噴口，單個風(fēng)口平均風(fēng)量為2 400 m3/h。

3.3 運行效果

該項目已于今年建成運行，在對該單項空調(diào)系統(tǒng)運行實際檢測中，測得末端送風(fēng)風(fēng)速為0.6～0.75 m/s，崗位處有輕微風(fēng)感，滿足工藝空調(diào)夏季溫度要求的同時滿足了業(yè)主使用要求。

圖2 成型工段風(fēng)管平面圖紙（局部）

4 噴口送風(fēng)設(shè)計中應(yīng)注意的問題

（1）由于噴口送風(fēng)具有射程遠、系統(tǒng)簡單和投資相對節(jié)省的特點，適用于以下建筑的空調(diào)系統(tǒng)：建筑高度一般在6 m 以上，跨距大、室溫允許波動范圍一定值的高大廠房空間以及需設(shè)置崗位送風(fēng)的高大廠房等建筑。

（2）噴口送風(fēng)出口風(fēng)速宜取 4～8 m/s，若風(fēng)速太小不能滿足射程要求，風(fēng)速過大在噴口處會產(chǎn)生較大噪音。當對噪音要求不高時，最大可取到 10 m/s。

（3）噴口安裝高度不宜低于空調(diào)空間的1/2。

（4）噴口送風(fēng)風(fēng)速要均勻，且每個噴口的風(fēng)速要接近相等，因此連接噴口的風(fēng)道應(yīng)設(shè)計為均勻風(fēng)管或等截面（風(fēng)管要起靜壓箱作用）風(fēng)管。

（5）噴口的風(fēng)量應(yīng)能調(diào)節(jié)，有可能的話應(yīng)使噴口的角度可調(diào)，以滿足冬季送熱風(fēng)時的要求。

5 結(jié)語

本文對輪胎廠房高大空間室內(nèi)送風(fēng)口布置時需要考慮的氣流組織要求、射流風(fēng)口產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)功能特點、射程、選型確定等問題進行了分析，對氣流組織設(shè)計和噴口射流參數(shù)進行了計算，并對噴口送風(fēng)設(shè)計中應(yīng)注意的問題等進行了敘述，對今后類似的設(shè)計任務(wù)，例如廠房內(nèi)崗位送風(fēng)、風(fēng)管定位較高車間時風(fēng)口的設(shè)計選型、計算復(fù)核等具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1] 全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施.暖通空調(diào).動力 [M].北京：中國計劃出版社，2009.

[2] 實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊第二版下冊. 中國建筑工業(yè)出版社.

[3] 全國勘查設(shè)計注冊公用工程設(shè)備工程師暖通空調(diào)專業(yè)教材.中國建筑工業(yè)出版社.

[4] 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范. GB50019—2003.