以環(huán)境為依托的車間采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)研究

甘梓煒

（新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院（有限公司），新疆 克拉瑪依 834000）

采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)，是公共建筑以及廠房車間設(shè)計(jì)的主要組成部分。對(duì)于廠房車間，如果其位于嚴(yán)寒或者酷熱環(huán)境，在正常非作業(yè)環(huán)境下，按照相關(guān)規(guī)定，需要達(dá)到一定的室內(nèi)溫度值，通常非作業(yè)情況下，需要達(dá)到0℃以上，5℃左右。對(duì)于特殊環(huán)境，還需要進(jìn)行車間環(huán)境，進(jìn)行合理的采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)，比如熱處理環(huán)節(jié)車間，焊接環(huán)節(jié)下的車間，對(duì)車間的采暖通風(fēng)，都有特殊的要求，筆者以此為依托，對(duì)其采暖與通風(fēng)進(jìn)行設(shè)計(jì)相關(guān)進(jìn)行探討。

1 環(huán)境概述

在進(jìn)行熱處理環(huán)節(jié)下的車間進(jìn)行采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)熱處理工藝有所了解，因?yàn)橹挥羞@樣，才能夠?qū)υ撥囬g的采暖通風(fēng)進(jìn)行合理的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

該熱處理車間的面積約為6000m2，整體結(jié)構(gòu)為單層鋼結(jié)構(gòu)，車間高度約為16m，該車間在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程主要是對(duì)所加工的材料進(jìn)加熱，冷卻，保溫處理，以此來(lái)改變材料內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)，從工業(yè)作業(yè)過(guò)程來(lái)看，其對(duì)室內(nèi)溫度與通風(fēng)控制能力要求較高。

從工人的作業(yè)環(huán)境來(lái)看，在材料的熱處理過(guò)程中，會(huì)伴隨著大量的粉塵與有害氣體，比如在生產(chǎn)過(guò)中油槽發(fā)散的油煙，加熱爐爐口、爐門、壁爐和加熱過(guò)程中的熱輻射，由于大量的工件中含有C，C在熱環(huán)境處理下，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CO,除此之外，在材料的淬火過(guò)程中，由于工件中含有大量的雜質(zhì)，比如S，Pt等，工件在經(jīng)過(guò)處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鉛化物、氰化物、硝酸鹽等塵埃，以及清洗坑中由于溫度太高，而散發(fā)出的蒸汽等，所以對(duì)于熱處理環(huán)節(jié)下的車間而言，需要做好車間的通風(fēng)設(shè)計(jì)工作。

筆者認(rèn)為，對(duì)于現(xiàn)代車間的采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)，需要結(jié)合整個(gè)廠房環(huán)境，以改善車間的勞動(dòng)生產(chǎn)條件作為必要前提，而且在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，與車間內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，才能設(shè)計(jì)出完整的采暖通風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)于排風(fēng)系統(tǒng)，可以利用自然通風(fēng)技術(shù)，機(jī)械通風(fēng)技術(shù)來(lái)完成車間的通風(fēng)設(shè)計(jì)工作，而這些設(shè)計(jì)工作，都是建立在合理的設(shè)計(jì)之上，前期合理的測(cè)算是制定機(jī)械通風(fēng)設(shè)備以及風(fēng)向組織布局的關(guān)鍵。

2 設(shè)計(jì)前的測(cè)算

熱處理車間，其作業(yè)過(guò)程，本身就會(huì)散發(fā)大量的熱量，所以對(duì)于熱處理車間，需要對(duì)該車間內(nèi)的設(shè)備發(fā)熱量大進(jìn)行計(jì)算，以及數(shù)據(jù)為依托，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。對(duì)于設(shè)備的散熱情況，如下表1所示。

由于該熱處理車間的設(shè)備都設(shè)置有排風(fēng)罩，所以在計(jì)算設(shè)備的散熱量的時(shí)候，采用“未考慮受熱金屬”的數(shù)據(jù)作為參考標(biāo)準(zhǔn)，最后經(jīng)過(guò)計(jì)算，可得，該車間內(nèi)的所有加熱爐的散熱量為900KW，其設(shè)備的自身散熱量，較冬季而言，已經(jīng)與其采熱量負(fù)荷持平，所有在對(duì)該車間而言，冬季值班采暖較為容易，可以采用熱媒為70℃～85℃的熱水，以鋼制柱式作為散熱器，均勻分布采熱。

表1 加熱爐及電熱槽散熱

如前文所述，對(duì)于本車間而言，最重要的應(yīng)該是對(duì)該熱處理車間的通風(fēng)設(shè)計(jì)。通風(fēng)設(shè)計(jì)可分為自然通風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)以及補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。

3 熱處理車間的通風(fēng)

（1）通風(fēng)量計(jì)算。熱處理車間的通風(fēng)，首先需要對(duì)整個(gè)車間進(jìn)行全通風(fēng)量計(jì)算，全通風(fēng)，顧名思義，是排出車間內(nèi)的有毒氣體以及余熱與余濕，使得車間內(nèi)的空氣環(huán)境能夠達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。通風(fēng)計(jì)算應(yīng)該與當(dāng)?shù)厝粘囟茸鳛橛?jì)算數(shù)據(jù)參考。

對(duì)于該區(qū)間所處地區(qū)而言，其冬季平均溫度在-2.1℃左右，而夏季平均溫度在34℃左右，由于熱處理車間設(shè)備在作業(yè)過(guò)程中其擴(kuò)散的熱量較大，所以需要分別針對(duì)冬季與夏季進(jìn)行全通風(fēng)計(jì)算。

夏季通風(fēng)，是為了消除余熱以及排除有毒氣體，其通風(fēng)量為，453123m3/h,去除工業(yè)設(shè)備排風(fēng)量89000m3/h，則夏季排風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量應(yīng)該大于364123m3/h。

冬季通風(fēng)，主要是應(yīng)對(duì)冬季車間換氣，通常情況下，車間冬季的換氣次數(shù)為3次，所以可以計(jì)算出冬季全通風(fēng)量為，263457m3/h，同理，去除工業(yè)設(shè)備排風(fēng)量89000m3/h，可以得到冬季排風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量應(yīng)該不小于174454m3/h。

（2）在明確排風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量后，需要對(duì)排風(fēng)設(shè)備進(jìn)行安裝，安裝之前，需要對(duì)生產(chǎn)車間廠房的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)于該車間，在建設(shè)初期的施工方便，其側(cè)墻即屋面采用了保溫材料，比如彩鋼以及太空板，但是其承載能力有限。對(duì)于該車間的鋼結(jié)構(gòu)而言，其跨度較大，所以很難在墻面開(kāi)窗，所以其建筑結(jié)構(gòu)造成了廠房很難實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。

根據(jù)車間環(huán)境特點(diǎn)，采用屋頂風(fēng)機(jī)進(jìn)行排風(fēng)，可以減少鋼結(jié)構(gòu)的承受能力，并且施工方便，但是對(duì)于屋頂排風(fēng)而言，其通風(fēng)量有限，基本的排風(fēng)面積在100～200m2,對(duì)于本車間而言,其平均面積為6000m2,所以其需要40臺(tái)左右，其成本較高，而且噪音較大，維護(hù)困難，如此多的排風(fēng)機(jī)，會(huì)增加屋面的漏雨點(diǎn)。所以，一次性采購(gòu)40臺(tái)左右的排風(fēng)機(jī)不可取。

所以結(jié)合環(huán)境，采取以輕型電動(dòng)通風(fēng)天窗為主，以屋頂排風(fēng)機(jī)為輔的混合通風(fēng)方式。輕型電動(dòng)通風(fēng)天窗，其重量輕，對(duì)于比較適合用于鋼結(jié)構(gòu)的屋頂，而且可以電動(dòng)控制，在冬天，其熱損失較少；并且可以電動(dòng)關(guān)閉，避免冬季熱損失過(guò)大；同時(shí)輕型屋頂天窗結(jié)合屋脊設(shè)置，可以有效避免漏水現(xiàn)象；并且可以做成避風(fēng)天窗的形式。由于天窗通風(fēng)量受許多條件制約，為保證通風(fēng)效果，同時(shí)解決冬季風(fēng)量失控的隱患。

在設(shè)計(jì)上，將通風(fēng)天窗分別布置與車間的屋面與屋脊處，其通風(fēng)能力為152345m3/h，對(duì)于先前的通風(fēng)要求，在夏季需要對(duì)其進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)。對(duì)于通風(fēng)天窗而言，在冬季，其通風(fēng)量很難控制，所以需全部采用機(jī)械通風(fēng)，最后通過(guò)測(cè)量計(jì)算，選擇了20臺(tái)屋頂風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量在9860m3/h。除此之外，通風(fēng)換氣在2次以上的，應(yīng)該進(jìn)行機(jī)械送風(fēng)操作。對(duì)于本車間而言，從前文環(huán)境分析可知，需要加設(shè)補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。

4 全通風(fēng)的氣流控制

對(duì)于車間全通風(fēng)系統(tǒng)，除了通風(fēng)的排風(fēng)量外，對(duì)于拍風(fēng)口的形式，位置以及送排風(fēng)的分配量都需進(jìn)行考究，對(duì)于本車間而言，在作業(yè)過(guò)程中，伴隨著有毒氣體的產(chǎn)生，所以針對(duì)車間特點(diǎn)，需對(duì)氣流組織進(jìn)行有效控制。

（1）根據(jù)車間特點(diǎn)，我們知道，在進(jìn)行作業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，在高溫高壓的情況下，會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣以及有毒物質(zhì)，某些物質(zhì)較空氣而言，比較輕，所以其會(huì)形成上升氣流，所以如前文所述，采用自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)相結(jié)合的形式，需在車間的上部或者屋頂設(shè)置通風(fēng)天窗，以此來(lái)排放空氣中的熱量以及上升物質(zhì)。

（2）對(duì)于主要污染源，以及熱源，需要設(shè)置按照局部的排風(fēng)系統(tǒng)，比如該車間的淬火爐，高頻設(shè)備，機(jī)床等。在其距不遠(yuǎn)處，安裝局部排風(fēng)系統(tǒng)，以便在作業(yè)過(guò)程中，及時(shí)排放出有毒物質(zhì)，改善作業(yè)環(huán)境。

（3）由于車間會(huì)有有毒物質(zhì)，大多數(shù)情況下，雖然車間與車間之間會(huì)有一定的距離，但是為了避免相鄰車間空氣的相互污染，根據(jù)壓強(qiáng)原理，排風(fēng)量應(yīng)該大于進(jìn)風(fēng)量的15%左右，對(duì)于送風(fēng)管道，采用旋流風(fēng)口，進(jìn)行深度送風(fēng)作業(yè)。

總體而言，對(duì)于車間的氣流組織情況，應(yīng)該以旋流風(fēng)口送入車間，使其經(jīng)過(guò)污染區(qū)，再通過(guò)車間頂部排出，為了減少渦流，應(yīng)在柱上設(shè)置軸壁扇，減少渦流，避免有毒氣體在局部聚集，做到全通風(fēng)氣流的有效控制。

（4）對(duì)于車間而言，不可能將整個(gè)車間設(shè)置為一個(gè)統(tǒng)一的排風(fēng)系統(tǒng)，因?yàn)檐囬g的工業(yè)特點(diǎn)不同，而不同的工業(yè)環(huán)節(jié)，會(huì)產(chǎn)生不同的廢氣，這些廢氣如果相互作用，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，會(huì)腐蝕或者生成新的有毒物質(zhì)，比如氰鹽爐與排酸氣的槽、硝石槽與水槽、噴砂機(jī)與鹽爐或其他槽子等，所以需要獨(dú)立設(shè)置管道，根據(jù)工藝環(huán)節(jié)，進(jìn)行獨(dú)立排風(fēng)，對(duì)于這類車間，筆者認(rèn)為，排風(fēng)的管道以地下管道鋪設(shè)為宜。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)然，車間的采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)，其一般與建設(shè)施工同步，所以在設(shè)計(jì)階段，筆者認(rèn)為，應(yīng)該與建設(shè)方多溝通，分析其工藝特點(diǎn)，根據(jù)工業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)排風(fēng)管道以及選擇排放設(shè)備，而且對(duì)于排放系統(tǒng)，盡量采用自然排放與機(jī)械排放相結(jié)合的形式，這樣可以有效降低投資成本的同時(shí)，減少維護(hù)力度，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，來(lái)改善車間的工作環(huán)境。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，結(jié)合車間生產(chǎn)作業(yè)情況，合理的設(shè)計(jì)排風(fēng)口以及氣流的組織形式，有效利用車間設(shè)備的熱效應(yīng)，才能制定出合理的采暖通風(fēng)解決方案。

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