劉婷 沈致和

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院

廠房加熱設(shè)備對(duì)非加熱區(qū)的熱擾影響分析

劉婷 沈致和

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院

利用DeST軟件，對(duì)工業(yè)廠房中加熱設(shè)備加熱時(shí)對(duì)空調(diào)區(qū)域非加熱基礎(chǔ)車間的基礎(chǔ)室溫進(jìn)行模擬與計(jì)算，分別計(jì)算加熱車間在不同排氣次數(shù)和使用不同厚度的內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)空調(diào)區(qū)非加熱車間的基礎(chǔ)室溫，并進(jìn)行比較與分析如何減少加熱設(shè)備對(duì)其他區(qū)域的熱擾影響。

DeST加熱設(shè)備 基礎(chǔ)室溫 熱擾

0　引言

工業(yè)建筑相對(duì)于其他建筑，具有能耗大、環(huán)境控制要求高、設(shè)備發(fā)熱量多、影響因素復(fù)雜等特點(diǎn)[1]，由于其獨(dú)特的建筑特點(diǎn)，以及對(duì)生產(chǎn)工藝不同程度的溫濕度控制要求，工業(yè)廠房中空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理成為影響工藝生產(chǎn)條件的重要因素之一。在生產(chǎn)用廠房中，設(shè)備散熱產(chǎn)生的冷負(fù)荷占空調(diào)系統(tǒng)總冷負(fù)荷中相當(dāng)大的一部分。因此，對(duì)于大功率散熱設(shè)備如何盡量減少其對(duì)車間其他區(qū)域的熱擾影響，從而減小空調(diào)系統(tǒng)總能耗是工業(yè)建筑設(shè)計(jì)時(shí)值得考慮的問(wèn)題。

本文通過(guò)對(duì)合肥地區(qū)一個(gè)實(shí)際的工程項(xiàng)目進(jìn)行分析，采用分層空調(diào)技術(shù)[2]，利用DeST軟件進(jìn)行模擬與計(jì)算，說(shuō)明設(shè)備熱擾對(duì)車間基礎(chǔ)室溫和空調(diào)系統(tǒng)能耗的影響，對(duì)加熱車間分別采用不同排熱次數(shù)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度進(jìn)行計(jì)算，分析得到降低設(shè)備熱擾影響的合理措施。

1　建筑模型

1.1建筑概況

該項(xiàng)目位于合肥市，新建生產(chǎn)車間建于原有廠房?jī)?nèi)部，尺寸為60m（長(zhǎng)）×31m（寬）×23m（高）。其中，C、F、G區(qū)域較主體車間有更高的溫濕度要求，采用帶窗彩鋼板與車間主體隔離開，空氣潔凈度要求為不低于ISO 9級(jí)別，尺寸分別為12m（長(zhǎng)）×14m（寬）×4.5m（高），14m（長(zhǎng)）×14m（寬）×4.5m（高），14m（長(zhǎng)）×14m（寬）×6m（高），F(xiàn)、G區(qū)域?yàn)榧訜彳囬g，工作溫度可達(dá)到50℃，但不同時(shí)工作。根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，整個(gè)生產(chǎn)車間操作人員數(shù)約為15～20人，設(shè)定每個(gè)區(qū)域?yàn)?人，工作時(shí)間按照兩班制設(shè)置。設(shè)計(jì)要求6.5m以下空間進(jìn)行溫濕度的控制，分層空調(diào)高度取7m[3]。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)如表1。本文假定F區(qū)加熱設(shè)備工作，使用DeST-C軟件建立的建筑模型如圖1。

表1　建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)

圖1　建筑模型

1.2空調(diào)主要設(shè)計(jì)要求

1）車間總體。溫度：冬季19±3℃，夏季25±3℃；濕度：≤70%

2）C、F、G區(qū)域。溫度：22.5±2℃；濕度：≤60%

3）C、F、G區(qū)域較車間總體為正壓差，壓差≮10Pa；主車間較室外環(huán)境為正壓差，壓差≮5Pa。

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，空調(diào)季設(shè)定日期為5月15日～10月15日，11月15日～4月15日。

2　送排風(fēng)計(jì)算

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，對(duì)車間進(jìn)行全室排風(fēng)，加熱車間需進(jìn)行排熱排風(fēng)，排風(fēng)次數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)一般可取4～6次/h，而在具體項(xiàng)目中則需要根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行計(jì)算：

式中：G為排風(fēng)量，m3/h；V為房間體積，m3；n為排風(fēng)次數(shù)，次/h。

壓差風(fēng)量是用來(lái)維持室內(nèi)一定正負(fù)壓差所需要的風(fēng)量，在此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)換氣次數(shù)法確定，基礎(chǔ)車間取0.9次/h，C、F、G區(qū)取2.2次/h。

按照潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)新風(fēng)量取值的要求，新風(fēng)量取下面兩者中的大值：1）補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)量和保持室內(nèi)正壓所需新鮮空氣量之和；2）保證室內(nèi)每人新風(fēng)不少于40m3/h[4]。采用不同排氣次數(shù)時(shí)，對(duì)C、F、G區(qū)和基礎(chǔ)車間的排風(fēng)量和新風(fēng)量的計(jì)算分別如表2～4。

表2　換氣次數(shù)取4次/h時(shí)的排風(fēng)量和新風(fēng)量

表3　換氣次數(shù)取5次/h時(shí)的排風(fēng)量和新風(fēng)量

表4　換氣次數(shù)取6次/h時(shí)的排風(fēng)量和新風(fēng)量

3　模擬計(jì)算

3.1換氣次數(shù)的影響

根據(jù)不同排氣次數(shù)計(jì)算得到的新風(fēng)量值，使用DeST-C軟件，分別模擬計(jì)算得到三種情況下的基礎(chǔ)車間的全年逐時(shí)基礎(chǔ)室溫，并進(jìn)行比較，如圖2。根據(jù)基礎(chǔ)室溫計(jì)算結(jié)果分別進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表5。

圖2　不同換氣次數(shù)對(duì)基礎(chǔ)車間室溫的影響

表5　不同換氣次數(shù)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

3.2加熱車間隔板不同厚度的影響

加熱車間在加熱時(shí)相當(dāng)于一個(gè)高溫?zé)嵩矗捎趦?nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮較少，傳熱系數(shù)一般較大，通過(guò)內(nèi)墻的傳熱量也占了空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的一大部分。因此選擇合適的隔板材料與厚度才能降低加熱區(qū)對(duì)其他區(qū)域的熱擾影響。在此分別使用50mm厚、100mm厚、150mm厚夾芯彩鋼板進(jìn)行模擬計(jì)算，傳熱系數(shù)分別為0.916W/(m2·K)、0.512W/(m2·K)、0.355W/(m2·K)。三種情況下，得到基礎(chǔ)車間基礎(chǔ)室溫最大值全天逐時(shí)溫度如圖3，根據(jù)三種情況下計(jì)算的基礎(chǔ)室溫計(jì)算得到的空調(diào)系統(tǒng)的冷熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見表6。

圖3　加熱間不同壁厚對(duì)基礎(chǔ)車間基礎(chǔ)室溫的影響

表6　加熱間不同壁厚空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

4　結(jié)論

對(duì)以上計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較，可得到：

1）加熱車間的排氣次數(shù)對(duì)車間非加熱區(qū)域有較大的影響，排氣次數(shù)越大，加熱間排熱量越大，對(duì)基礎(chǔ)室溫?zé)釘_影響越小，同一時(shí)刻的最高溫度差值可達(dá)到10℃，但較大的排氣量使空調(diào)系統(tǒng)總負(fù)荷也分別增加了7.3%和18.2%；

2）對(duì)加熱車間使用不同厚度的彩鋼板時(shí)，非加熱車間的基礎(chǔ)室溫在同一時(shí)刻的最高溫度差值也可達(dá)到10℃，使用150mm厚彩鋼板時(shí)加熱間對(duì)其他區(qū)域的熱擾影響最小，但三種厚度隔板的空調(diào)系統(tǒng)熱濕負(fù)荷基本一致，不能明顯降低空調(diào)系統(tǒng)能耗值。

通過(guò)上述模擬計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，在有較大發(fā)熱量的加熱車間中，可以通過(guò)提高加熱車間排熱次數(shù)和增大加熱車間圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度來(lái)減小對(duì)空調(diào)系統(tǒng)非加熱區(qū)域的熱擾影響。但排熱次數(shù)的增大會(huì)增加空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷，加熱車間圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度的增大會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目初投資成本的增加，因此，應(yīng)根據(jù)具體項(xiàng)目的溫濕度要求、潔凈度等級(jí)要求和實(shí)際情況取定相關(guān)數(shù)值，在條件允許時(shí)合理利用自然通風(fēng)與機(jī)械輔助自然通風(fēng)，盡可能減小設(shè)備熱擾造成的影響，降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗值。

[1]閆海仙.工業(yè)建筑節(jié)能研究——以某印業(yè)公司印刷車間暖通空調(diào)能耗為例[D].太原:太原理工大學(xué),2012

[2]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1993

[3]鄒月琴,王師白.高大廠房分層空調(diào)負(fù)荷計(jì)算問(wèn)題[J].制冷學(xué)報(bào), 1983,(4):49-56

[4]潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50073-2013)[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社, 2013

Analysis of Thermal Disturbance of Heating Equipment on Non Air Conditioning Area in a Factory Building

LIU Ting,SHEN Zhi-he
School of Civil and Hydraulic Engineering,Hefei University of Technology

With the help of DeST software,the room base temperature of non-heating air conditioning area in a factory building was simulated and calculated by the affect of heating equipment with different exhaust times and thickness of heating workshop’s enclosing structure.Finally,the results were used to compare and analyze that how to reduce the thermal disturbance caused by heating equipment.

DeST,heating equipment,room base temperature,thermal disturbance

1003-0344（2015）06-061-3

2014-7-9

劉婷（1990～），女，碩士研究生；合肥工業(yè)大學(xué)南區(qū)土木與水利工程學(xué)院（230009）；E-mail:921856566@qq.com