啤酒工廠包裝車間通風(fēng)改造方案分析

周紅亮

啤酒企業(yè)包裝車間衛(wèi)生等級(jí)要求相對(duì)較高。由于車間范圍較大，且生產(chǎn)過程中洗瓶機(jī)、殺菌機(jī)等設(shè)備伴隨著大量熱輻射，如果包裝車間內(nèi)空氣不能實(shí)現(xiàn)良好對(duì)流，將導(dǎo)致車間內(nèi)溫度明顯升高。在此環(huán)境下持續(xù)工作極易中暑，員工心態(tài)、工作狀態(tài)、工作效率等均受到影響；由于包裝環(huán)境溫度過高導(dǎo)致洗瓶機(jī)、殺菌機(jī)出瓶溫度高，爆瓶風(fēng)險(xiǎn)增加，在質(zhì)量和安全上存在重大隱患。

現(xiàn)就南方某啤酒工廠進(jìn)行案例分析，其包裝車間為20 多年前修建，位于某市區(qū)中心位置，由于歷史原因，包裝間與生產(chǎn)車間毗鄰，且僅有一面墻體靠室外，造成通風(fēng)面不夠，導(dǎo)致包裝車間內(nèi)通風(fēng)嚴(yán)重不暢。

該包裝車間屬于混泥土框架鋼屋面結(jié)構(gòu)形式，包裝車間屋頂未安裝通風(fēng)設(shè)施，僅在側(cè)墻設(shè)置了高位窗戶，只可供采光，不能正常啟閉，車間其余部位除有限門窗以外均屬密閉狀態(tài)。

應(yīng)該工廠要求，經(jīng)筆者實(shí)地調(diào)研，夏季室外溫度在30-42℃之間。經(jīng)近半個(gè)月跟蹤實(shí)測(cè)，包裝車間的溫度比室外溫度高2-5℃，某日的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫顯示，當(dāng)夏季室外氣溫達(dá)到40℃，室內(nèi)可達(dá)近45℃。工廠曾經(jīng)采取增加風(fēng)扇、設(shè)置冰塊、輪崗休息、配備防暑降溫藥品等措施，均無法從根本上解決包裝車間溫度過高的問題。

一、通風(fēng)方案介紹

如前所述，因啤酒行業(yè)包裝車間面積大，且有洗瓶機(jī)、殺菌機(jī)等熱源散熱，目前國(guó)內(nèi)整個(gè)啤酒行業(yè)包裝車間安裝中央空調(diào)整體降溫的案例不多，因?yàn)橥顿Y運(yùn)行成本實(shí)在是太高，工廠難以承擔(dān)經(jīng)濟(jì)成本。故目前啤酒工廠包裝車間較常采用的通風(fēng)方式主要有如下幾種：

一是自然通風(fēng)。利用熱壓作用進(jìn)行，這是一種對(duì)高溫車間防暑降溫處理最經(jīng)濟(jì)有效的通風(fēng)措施，其應(yīng)用非常廣泛，且工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，運(yùn)行成本低。

圖一 自然通風(fēng)原理簡(jiǎn)圖

利用熱壓原理進(jìn)行自然通風(fēng)，房間內(nèi)因空氣溫度高，密度小，進(jìn)而產(chǎn)生一種上升力，使得房間內(nèi)空氣上升后從上部氣樓或者百葉窗排出室外，室外冷空氣則從房間下部門窗孔洞或百葉窗進(jìn)入室內(nèi)，這種通風(fēng)方式稱為熱壓作用下的自然通風(fēng)。

二是機(jī)械通風(fēng)。主要依靠通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的作用力強(qiáng)制室內(nèi)外空氣流通。機(jī)械通風(fēng)還可以根據(jù)實(shí)際結(jié)果去確定通風(fēng)效果不會(huì)受到影響，亦可以通過調(diào)節(jié)裝置改變風(fēng)量的大小。機(jī)械通風(fēng)利用換氣扇、排氣扇等新、排風(fēng)設(shè)備來使房間空氣循環(huán)流動(dòng)，與自然通風(fēng)相比，這種方法可以使大量的空氣進(jìn)行循環(huán)，并且保證導(dǎo)入的新風(fēng)是可以有效控制的(比如：風(fēng)量大小、時(shí)效、風(fēng)路等)，不需要依賴外部自然條件。

機(jī)械通風(fēng)主要由風(fēng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)(對(duì)空氣的過濾、吸附、除塵、加熱等，空氣處理系統(tǒng)也可缺省)、空氣輸送及排放風(fēng)道系統(tǒng)、各種控制的閥門、風(fēng)口、風(fēng)帽等組成。機(jī)械通風(fēng)可根據(jù)具體車間狀況進(jìn)行局部通風(fēng)和全面通風(fēng)，比如安裝大功率工業(yè)風(fēng)扇、軸流風(fēng)機(jī)、安裝無電力通風(fēng)球等。但是機(jī)械通風(fēng)缺點(diǎn)如下：設(shè)備初期投資較大，并且設(shè)備占有較大的空間，需要設(shè)置專門的人員進(jìn)行管理，且還會(huì)產(chǎn)生噪音。

圖二 機(jī)械通風(fēng)-局部強(qiáng)排風(fēng)原理簡(jiǎn)圖

同時(shí)還可以通過在啤酒包裝車間洗瓶機(jī)、殺菌機(jī)等熱源設(shè)備上方設(shè)置排風(fēng)罩及機(jī)械風(fēng)機(jī)，從源頭上排抽排熱源集中點(diǎn)的熱空氣。

三是環(huán)?？照{(diào)。是利用水的蒸發(fā)吸熱，進(jìn)而降溫，在日常生活中應(yīng)用已經(jīng)很廣泛。當(dāng)我們站在海邊時(shí)，風(fēng)一吹就感覺特別涼爽，是因?yàn)橥Ａ粼谄つw表面水分子，在蒸發(fā)的過程中吸收了空氣的熱量。

蒸發(fā)吸熱的原理，從焓濕圖來分析，蒸發(fā)冷卻是屬于絕熱加濕冷卻過程，隨著等焓線變化曲線，它的含濕量和潛熱是逐步增加的，只有當(dāng)相對(duì)濕度φ =100%時(shí)，干球溫度才等于濕球溫度。干球溫度比濕球溫度高，干濕球溫度差就是蒸發(fā)冷卻的動(dòng)力，干濕球溫度差越大，其蒸發(fā)冷卻效果越好。

圖三 環(huán)?？照{(diào)-降溫原理簡(jiǎn)圖

四是 崗位空調(diào)。顧名思義，集中供冷通過風(fēng)管對(duì)相應(yīng)的崗位設(shè)置崗位風(fēng)口，進(jìn)行局部供冷降溫。利用集中供冷的新風(fēng)空調(diào)器對(duì)必要的工作崗位進(jìn)行送風(fēng)，送風(fēng)溫度在20℃左右，使工作崗位達(dá)到26 ℃ 左右，但是崗位之外位置的空氣溫度沒有過多的改善。

圖四 崗位空調(diào)送風(fēng)簡(jiǎn)圖

二、通風(fēng)方案對(duì)比分析

鑒于本案例工廠現(xiàn)狀，包裝車間僅有一面墻體毗鄰室外，包裝車間面積過大，自然通風(fēng)及機(jī)械通風(fēng)均面臨通風(fēng)面不夠的局限性，故在方案溝通期間，便放棄考慮自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)改造方案。集中對(duì)環(huán)?？照{(diào)和崗位空調(diào)通風(fēng)方案進(jìn)行對(duì)比分析。

其中崗位空調(diào)屬于集中供冷，因其可以選擇水冷機(jī)組或風(fēng)冷機(jī)組作為主機(jī)，考慮南方高溫、高濕的特殊環(huán)境，應(yīng)業(yè)主要求針對(duì)崗位空調(diào)集中供冷方案，增加對(duì)水冷冷水機(jī)組和風(fēng)冷冷水機(jī)組方案的對(duì)比分析。

（一）方案一 ：環(huán)?？照{(diào)通風(fēng)方案

圖五 環(huán)?？照{(diào)通風(fēng)方案示意圖

圖六 環(huán)保空調(diào)室外機(jī)示意圖

如前所述環(huán)?？照{(diào)降溫方案是通過水蒸發(fā)吸收熱量而實(shí)現(xiàn)降溫，即水通過水閥進(jìn)入環(huán)保空調(diào)內(nèi)，將環(huán)保空調(diào)內(nèi)的濕簾打濕，電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)將空氣吸入環(huán)?？照{(diào)內(nèi)，當(dāng)空氣經(jīng)過濕簾的時(shí)候，濕簾上面的水會(huì)蒸發(fā)吸熱，吸收空氣中的熱量，形成新鮮冷風(fēng)，冷風(fēng)通過風(fēng)口向車間內(nèi)源源不斷的輸入冷空氣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車間降溫，改善空氣環(huán)境。環(huán)保空調(diào)之所以環(huán)保，在于環(huán)?？照{(diào)比傳統(tǒng)空調(diào)造價(jià)低，而且環(huán)?？照{(diào)的耗電量相對(duì)傳統(tǒng)空調(diào)來說非常低，長(zhǎng)期使用不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生影響，故其跟傳統(tǒng)空調(diào)相比，主要在節(jié)能降耗上有明顯優(yōu)勢(shì)，較傳統(tǒng)空調(diào)而言相對(duì)綠色環(huán)保。但環(huán)?？照{(diào)有個(gè)較為顯著的缺陷，即環(huán)?？照{(diào)出風(fēng)口濕度較高，運(yùn)行過程中會(huì)加大空氣中的濕度，在對(duì)濕度要求較低的場(chǎng)所，不宜使用。

（二）方案二 ：水冷冷水機(jī)崗位空調(diào)方案

水冷冷水機(jī)組集中供冷通風(fēng)方案是通過放在室內(nèi)的主機(jī)對(duì)空調(diào)冷水進(jìn)行冷卻，經(jīng)冷卻的空調(diào)冷水送至空調(diào)末端風(fēng)機(jī)盤管產(chǎn)生冷風(fēng)，進(jìn)而對(duì)崗位進(jìn)行送冷，實(shí)現(xiàn)局部降溫，改善工作崗位區(qū)域溫度環(huán)境；室外冷卻塔則通過循環(huán)冷卻水帶走制冷主機(jī)產(chǎn)生熱量，該方案特點(diǎn)：換熱效率高，運(yùn)行能耗較低。

圖七 崗位空調(diào)- 水冷冷水機(jī)組集中供冷通風(fēng)方案示意圖

（三）方案三：風(fēng)冷冷水機(jī)崗位空調(diào)方案

風(fēng)冷冷水機(jī)組集中供冷通風(fēng)方案是通過布置在室外的風(fēng)冷主機(jī)產(chǎn)生空調(diào)冷水，空調(diào)冷水經(jīng)由管路系統(tǒng)輸送至車間內(nèi)末端裝置，風(fēng)口送出冷風(fēng)，對(duì)崗位實(shí)現(xiàn)局部降溫。它也是一種集中處理各房間負(fù)荷的空調(diào)系統(tǒng)型式，但是通過風(fēng)冷機(jī)組對(duì)空調(diào)冷水進(jìn)行制冷。

圖八 風(fēng)冷冷水機(jī)崗位空調(diào)方案示意圖

綜上所述，方案二和方案三均為崗位空調(diào)，僅是二者制冷主機(jī)的制冷方式分別為水冷和風(fēng)冷，結(jié)合上述針對(duì)包裝車間通風(fēng)改造的三個(gè)方案，筆者從系統(tǒng)組成、效果等方面進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治?，詳下?：

表1 方案對(duì)比表

項(xiàng)目環(huán)保空調(diào) 崗位空調(diào)方案一：環(huán)?？照{(diào) 方案二：水冷冷水空調(diào)機(jī)組 方案三：風(fēng)冷冷水空調(diào)機(jī)組1.室外空氣濕度小于80%時(shí)，出風(fēng)口溫度低于28℃；通風(fēng)效果2.室內(nèi)溫度較室外溫度低2-3℃；3.室內(nèi)溫度隨室外溫度波動(dòng)而相應(yīng)波動(dòng)。固定崗位員工周邊4～5m2 內(nèi)溫度可以達(dá)到26～28℃，并且溫度及風(fēng)速可調(diào)節(jié)固定崗位員工周邊1～2m2 內(nèi)溫度可以達(dá)到26～28℃，并且溫度及風(fēng)速可調(diào)節(jié)。1.送風(fēng)溫度穩(wěn)定在20～22℃之間，受室外溫濕度波動(dòng)影響較?。?.系統(tǒng)整體工程造價(jià)低； 2.可以保證車間正壓，有利于車間潔凈環(huán)境控制；1.能保持車間微正壓； 1.送風(fēng)溫度穩(wěn)定在20～22℃之間，受室外溫濕度波動(dòng)影響較小；優(yōu)點(diǎn)2.可以保證車間正壓，有利于車間潔凈環(huán)境控制；3.能耗低，運(yùn)行成本低。3.大方美觀，布局融入得體； 3.系統(tǒng)較水冷機(jī)組簡(jiǎn)約；4.運(yùn)行費(fèi)用較低；1.受室外空氣濕球溫度影響較大，大氣相對(duì)濕度較高時(shí)，送風(fēng)溫度降溫不明顯；1.運(yùn)行費(fèi)高，初投資大；2.送風(fēng)口相對(duì)濕度幾乎達(dá)到100%，夏天有悶熱感；缺點(diǎn)1.運(yùn)行費(fèi)稍高，初投資大。2.南方高溫高濕環(huán)境運(yùn)行費(fèi)用高。3.屋面需預(yù)留環(huán)?？照{(diào)荷載，且存在屋面漏水隱患；4.環(huán)?？照{(diào)運(yùn)行一段時(shí)間后水幕濾芯可能發(fā)霉，不利于車間的物生物環(huán)境控制。

結(jié)合表1，考慮啤酒工廠包裝間對(duì)微生物控制有相關(guān)要求，且紙箱、標(biāo)簽等包裝材料對(duì)車間濕度有一定要求，故不建議選用環(huán)?？照{(diào)。

考慮包裝車間通風(fēng)方案改造后，運(yùn)行成本對(duì)工廠生產(chǎn)成本影響較大，現(xiàn)針對(duì)方案二及方案三，結(jié)合該案例工廠改造包裝車間約5000m2的實(shí)際工況，筆者按照方案二及方案三分別進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和設(shè)備選型，進(jìn)一步對(duì)二者進(jìn)行運(yùn)行成本分析，詳見下表2：

表2 方案二 崗位空調(diào)- 水冷機(jī)組通風(fēng)方案運(yùn)行成本分析

表3. 方案三 崗位空調(diào)- 風(fēng)冷機(jī)組通風(fēng)方案運(yùn)行成本分析

結(jié)合表1、表2、表3 分析，該案例啤酒工廠地屬南方，夏季常處于高溫高濕環(huán)境；其中方案三運(yùn)行成本較方案二高約5.1 萬元/年；綜合考慮，選定方案二。

三、案例實(shí)施

通過對(duì)比分析，該案例選用崗位空調(diào)- 水冷冷水機(jī)組集中供冷通風(fēng)方案，包裝車間改造區(qū)域建筑面積約5000m2，空調(diào)總負(fù)荷為 365kW。選用螺桿式冷水機(jī)組集中供冷，置于包裝車間南側(cè)空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，冷水機(jī)組提供7℃～12℃空調(diào)冷凍水，對(duì)包裝車間約20 余個(gè)工作崗位進(jìn)行崗位送風(fēng)降溫，實(shí)現(xiàn)包裝間內(nèi)通風(fēng)環(huán)境改造。

圖九 通風(fēng)設(shè)備及管道布置圖

該案例經(jīng)施工改造后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，包裝車間相應(yīng)崗位降溫效果明顯，車間內(nèi)工作環(huán)境得到大幅提升。

圖十 通風(fēng)管道現(xiàn)場(chǎng)圖（一）

圖十二 通風(fēng)管道現(xiàn)場(chǎng)圖（三）

四、結(jié)語

啤酒工廠在規(guī)劃建設(shè)前期應(yīng)當(dāng)充分考慮包裝車間通風(fēng)問題，盡量考慮運(yùn)行成本最低的自然通風(fēng)，合理規(guī)劃保證包裝車間與相鄰建筑物間距，既能滿足消防要求又能有效保證包裝車間自然通風(fēng)的順暢。

包裝車間通風(fēng)系統(tǒng)的改造，需根據(jù)工廠所處地理位置、氣候特點(diǎn)、建筑物現(xiàn)狀、運(yùn)行成本等具體情況進(jìn)行分析對(duì)比，從而選擇適合自身工廠的、滿足工藝生產(chǎn)要求的通風(fēng)改造方案，以保證啤酒工廠包裝車間的保質(zhì)保量的安全生產(chǎn)。