工業(yè)高溫廠房中工位空調(diào)的應(yīng)用

劉 歡

(中益誠(chéng)達(dá)建設(shè)集團(tuán)有限公司,河北 唐山 063000)

1 工位送風(fēng)空調(diào)與整體降溫空調(diào)的比較

隨著人們生活水平的提高,人們對(duì)生產(chǎn)生活環(huán)境質(zhì)量也越來(lái)越重視,空調(diào)作為日常生活中常見(jiàn)的改善環(huán)境的設(shè)備也就經(jīng)常出現(xiàn)在生產(chǎn)生活場(chǎng)所中。但是對(duì)于高大空間工業(yè)廠房來(lái)說(shuō),往往空調(diào)區(qū)域僅僅在下部空間或少數(shù)幾個(gè)工位及檢修通道,而上部空間不需要空調(diào),甚至對(duì)于有工藝要求的車間廠房需要設(shè)備維持某一高溫溫度,因此不能采用廠房整體降溫的方法來(lái)滿足人員舒適的要求,而且這種做法也存在缺點(diǎn):

1)采用廠房整體降溫的措施既不經(jīng)濟(jì)也不節(jié)能;

2)對(duì)于有工藝溫度要求的廠房會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量;

3)冷風(fēng)到達(dá)人的呼吸區(qū)距離長(zhǎng),空氣品質(zhì)較差;

4)不便于工位人員根據(jù)自身的實(shí)際情況進(jìn)行自主調(diào)節(jié),舒適性較差。

相比較而言工位送風(fēng)是一種相對(duì)節(jié)能的降溫方式,舒適性也相對(duì)較高。工位送風(fēng)他能改變局部范圍內(nèi)的空氣參數(shù),在局部工作區(qū)域形成一個(gè)小氣候,從而達(dá)到通風(fēng)降溫的效果。其次:

1)工位送風(fēng)空調(diào)冷風(fēng)到達(dá)人的呼吸區(qū)距離短,空氣齡較小,因此空氣品質(zhì)也比較好;

2)工位送風(fēng)可根據(jù)個(gè)人自身感官去調(diào)節(jié)適合自己的風(fēng)量、風(fēng)向及溫度,進(jìn)一步提高了舒適性;

3)對(duì)于有工藝生產(chǎn)要求的廠房,工位送風(fēng)形成的局部小氣候不會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)流程,因此產(chǎn)品的質(zhì)量也不會(huì)受到影響,因而工位送風(fēng)能在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上提高人員的舒適性;

4)一般工位送風(fēng)空調(diào)出風(fēng)口設(shè)定的溫度較高,且人員離開(kāi)崗位時(shí)可隨之關(guān)閉工位送風(fēng)口,在一定程度上又降低了空調(diào)的運(yùn)行能耗低。

因此,對(duì)于工藝要求保證夏季局部人員活動(dòng)地區(qū)舒適性環(huán)境的廠房,采用工位送風(fēng)空調(diào)的方式因送冷風(fēng)射流自然下沉特性[1],既能夠有效地降低工作區(qū)域的溫度,保持一個(gè)舒適的工作環(huán)境,達(dá)到節(jié)能的目的,又能保證生產(chǎn)工藝不受影響。

2 工位送風(fēng)空調(diào)的技術(shù)要求

在工作人員長(zhǎng)期停留的工作地點(diǎn),當(dāng)熱環(huán)境達(dá)不到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求或其熱輻射強(qiáng)度大于等于350 W/m2時(shí),應(yīng)采取局部送風(fēng)措施,來(lái)降低工作地點(diǎn)的溫度,以改變工作地點(diǎn)的空氣環(huán)境,降低輻射熱對(duì)人體的影響,提高工作人員的舒適性。

采用工位送風(fēng)空調(diào)來(lái)降低工作環(huán)境溫度時(shí),冷風(fēng)的送風(fēng)風(fēng)速比較關(guān)鍵,當(dāng)所取風(fēng)速過(guò)大時(shí)容易造成人員的“吹風(fēng)感”會(huì)引起不舒適的感覺(jué),當(dāng)風(fēng)速過(guò)低時(shí),冷風(fēng)不能順利送達(dá)人員工作的區(qū)域,不能達(dá)到降溫隔熱的作用,因此,送風(fēng)風(fēng)速的選取也是很關(guān)鍵的,一般來(lái)說(shuō),輕勞動(dòng)工作地點(diǎn)的風(fēng)速宜取2～3 m/s,中勞動(dòng)工作地點(diǎn)的風(fēng)速宜取3～5 m/s,重勞動(dòng)工作地點(diǎn)的風(fēng)速宜取4～6 m/s[3]。

工位送風(fēng)空調(diào)的送風(fēng)口宜采用旋轉(zhuǎn)送風(fēng)口,當(dāng)工作人員活動(dòng)范圍較大時(shí),方便調(diào)節(jié)送風(fēng)方向,也可以根據(jù)工作位置的的變化改變空調(diào)送風(fēng)位置,提高自主調(diào)節(jié)性。尤其是檢修通道的工位送風(fēng)空調(diào),人員檢修設(shè)備時(shí)往往位置變化較頻繁,如采用固定風(fēng)向的風(fēng)口,容易造成工作區(qū)域溫度并不能有效地降低,即降低了人員的舒適度,也會(huì)造成一定的能源浪費(fèi)。

醫(yī)學(xué)研究證明,送風(fēng)氣流自上而下或是從一邊吹向人體時(shí),人體前部和背部均能均勻的受到降溫作用。因此,工位送風(fēng)氣流宜從人體的前側(cè)上方傾斜向下吹到頭、頸和胸部,也可以從上向下垂直送風(fēng)[3],這樣能更好的起到降溫作用,也能讓工作人員感覺(jué)到更舒適。送風(fēng)氣流方向嚴(yán)禁背后傾斜吹向人體軀干,因?yàn)榇蟛糠止ぷ髅媸窃谌梭w的前方,這樣會(huì)導(dǎo)致受熱面吹不到風(fēng),從而溫度降不下來(lái),而后背迎著冷風(fēng),導(dǎo)致“前熱后冷”,起不到降溫作用反而引起人的不舒適感。

采用工位送風(fēng)時(shí),送風(fēng)氣流的寬度不宜太大,一般情況,使操作人員被包圍在送風(fēng)氣流中為宜,這樣效果較好,而且相對(duì)節(jié)能。一般情況下,送風(fēng)氣流到達(dá)人體的寬度可取1 m,當(dāng)勞動(dòng)強(qiáng)度較輕時(shí)為節(jié)約投資,可適當(dāng)較少,同樣的,當(dāng)勞動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí),為了更好的改善局部環(huán)境,提高人體舒適性,送風(fēng)氣流寬度可適當(dāng)加大。

3 工位送風(fēng)空調(diào)計(jì)算

以某公司硅橡膠車間廠房為例簡(jiǎn)單介紹一下工位送風(fēng)空調(diào)的計(jì)算步驟:

某硅業(yè)公司一硅橡膠車間廠房長(zhǎng)48.5 m,寬30 m,高9 m,建筑面積為1 455 m2,如采用整體降溫的方法則需要523.8 kW的冷負(fù)荷,而該廠房?jī)H有7個(gè)工位,且相對(duì)集中,如對(duì)廠房進(jìn)行整體降溫則會(huì)造成極大的能源浪費(fèi)。因此初步設(shè)計(jì)方案為進(jìn)行局部降溫,采用局部送風(fēng)的方法達(dá)到降溫目的,因廠房輻射照度、廠房相對(duì)濕度等部分參數(shù)甲方暫不能提供,所以進(jìn)行了以下估算:

1)根據(jù)甲方提供的設(shè)備區(qū)域的溫度利用黑體輻射基本定律計(jì)算黑體輻射力來(lái)作為廠房輻射照度的參考:

廠房設(shè)備區(qū)域(工位附近)的溫度為50 ℃左右,則黑體輻射力為:Eb=Co(T/100)4=5.67×[(273+50)/100]4=617.15 W/m2。按照甲方要求工作地點(diǎn)的夏季送風(fēng)溫度取30 ℃,工作勞動(dòng)強(qiáng)度為輕度勞動(dòng),工作地點(diǎn)的平均風(fēng)速取1.5 m/s。

2)根據(jù)甲方提供的圖紙及需局部送風(fēng)的位置(即工位位置),送風(fēng)口至工作地點(diǎn)的距離S取1.5 m,因操作范圍較大,因此送風(fēng)口選擇旋轉(zhuǎn)送風(fēng)口,經(jīng)過(guò)多次風(fēng)口試算,取最優(yōu)試算結(jié)果:旋轉(zhuǎn)送風(fēng)口500×453 mm送風(fēng)口,當(dāng)量直徑do=0.524 m,有效面積Fo=0.216 m2(選自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《風(fēng)口的選用安裝》(10K121))則:

①工作地點(diǎn)的氣流寬度為:

ds=6.8(as+0.145do)=6.8×(0.087×1.5+0.145×0.524)=1.4 m

②送風(fēng)口的出口風(fēng)速:

根據(jù)工作地點(diǎn)的氣流寬度及工作地點(diǎn)的寬度(取1.0 m),通過(guò)查圖得出相應(yīng)的系數(shù)b=0.18,c=0.27,則送風(fēng)口的出口風(fēng)速為:

vo=vg/b(as/do+0.145)=1.5/0.18×(0.087×1.5/0.524+0.145)=3.28 m/s

③每個(gè)工位的送風(fēng)量為:

L=3 600×Fo×vo=3 600×0.216×3.28=2 550m3/s

④送風(fēng)口的出口溫度:

工作地點(diǎn)周圍的室內(nèi)溫度取40 ℃則:

to=tn-(tn-tg/c)(as/do+0.145)=40-(40-30)/0.27×(0.087×1.5/0.524+0.145)=25.4 ℃

⑤單個(gè)工位的空氣耗冷量:

廠房的空氣相對(duì)濕度取40%,則由送風(fēng)溫度及相對(duì)濕度送風(fēng)口空氣焓通過(guò)查i-d圖可得:io=46.3 kJ/kg,同理可查得進(jìn)風(fēng)機(jī)空氣焓ig=88.6 kJ/kg,則單個(gè)工位的空氣耗冷量為:

Qo=Lρ(ig-io)/3 600=2 550×1.2×(88.6-46.3)/3 600=31.725 kW

式中各字母代表的意義為:

ds—送至工作地點(diǎn)的氣流寬度,m;

a—風(fēng)口的紊流系數(shù),對(duì)于旋轉(zhuǎn)送風(fēng)口,采用0.087;

s—送風(fēng)口至工作點(diǎn)的距離,m;

d0—圓形送風(fēng)口直徑,可采用送風(fēng)口至工作地點(diǎn)距離的20%～30%,m;

v0—送風(fēng)口的出口風(fēng)速,m/s;

vg—工作地點(diǎn)的平均風(fēng)速[2],輕作業(yè)2～4 m/s,中作業(yè)3～5 m/s,重作業(yè)5～7m/s;

b—系數(shù);

L-送風(fēng)量,m3/h;

F0—送風(fēng)口的有效截面積,m2;

t0—送風(fēng)口的出口溫度,℃;

tn—工作地點(diǎn)周圍的室內(nèi)溫度,℃;

tg—工作地點(diǎn)溫度,℃;

c—系數(shù);

Q0—耗冷量,kW;

ig—風(fēng)口空氣焓,kJ/kg;

i0—進(jìn)風(fēng)機(jī)空氣焓,kJ/kg。

dE—工作地點(diǎn)的寬度;dx—送至工作地點(diǎn)氣流寬度圖1 系數(shù)b和c

上述計(jì)算過(guò)程,是根據(jù)已知的各項(xiàng)參數(shù)及工作送風(fēng)適宜的風(fēng)速、 氣流寬度、 工作面寬度試算求得的,在進(jìn)行工位送風(fēng)空調(diào)計(jì)算時(shí),需要進(jìn)行試算,最后取最優(yōu)的結(jié)果,這樣才能保證既滿足工位送風(fēng)要求,有能最大限度的節(jié)約能源,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)化。

由上述計(jì)算過(guò)程及結(jié)果可知采用工位送風(fēng)空調(diào)整個(gè)廠房所需冷量為:31.725×7=222.08 kW,比傳統(tǒng)的將整個(gè)廠房降溫空調(diào)節(jié)約57.6%的能源。因此,采用工位送風(fēng)空調(diào),既使人員工作的地方提高了舒適性,又節(jié)約了大部分能源。改善了工作地點(diǎn)環(huán)境,使該工作地點(diǎn)溫度達(dá)到了工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過(guò)兩年時(shí)間的使用,該廠房工作區(qū)域的溫度、風(fēng)速等參數(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,運(yùn)行成本較低,能有效控制工作區(qū)域溫度,且使用簡(jiǎn)單、方便,而且采用的旋轉(zhuǎn)送風(fēng)口也避免了“前烤后寒”的現(xiàn)象,大大提高了舒適性。對(duì)于高大空間的廠房而言,工位送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、有效地空調(diào)方式,在工業(yè)高溫廠房中值得推廣應(yīng)用。