廠房加熱設備對非加熱區的熱擾影響分析

劉婷 沈致和

合肥工業大學土木與水利工程學院

廠房加熱設備對非加熱區的熱擾影響分析

劉婷 沈致和

合肥工業大學土木與水利工程學院

利用DeST軟件，對工業廠房中加熱設備加熱時對空調區域非加熱基礎車間的基礎室溫進行模擬與計算，分別計算加熱車間在不同排氣次數和使用不同厚度的內圍護結構時空調區非加熱車間的基礎室溫，并進行比較與分析如何減少加熱設備對其他區域的熱擾影響。

DeST加熱設備 基礎室溫 熱擾

0　引言

工業建筑相對于其他建筑，具有能耗大、環境控制要求高、設備發熱量多、影響因素復雜等特點[1]，由于其獨特的建筑特點，以及對生產工藝不同程度的溫濕度控制要求，工業廠房中空調系統設計是否合理成為影響工藝生產條件的重要因素之一。在生產用廠房中，設備散熱產生的冷負荷占空調系統總冷負荷中相當大的一部分。因此，對于大功率散熱設備如何盡量減少其對車間其他區域的熱擾影響，從而減小空調系統總能耗是工業建筑設計時值得考慮的問題。

本文通過對合肥地區一個實際的工程項目進行分析，采用分層空調技術[2]，利用DeST軟件進行模擬與計算，說明設備熱擾對車間基礎室溫和空調系統能耗的影響，對加熱車間分別采用不同排熱次數和圍護結構厚度進行計算，分析得到降低設備熱擾影響的合理措施。

1　建筑模型

1.1建筑概況

該項目位于合肥市，新建生產車間建于原有廠房內部，尺寸為60m（長）×31m（寬）×23m（高）。其中，C、F、G區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級別，尺寸分別為12m（長）×14m（寬）×4.5m（高），14m（長）×14m（寬）×4.5m（高），14m（長）×14m（寬）×6m（高），F、G區域為加熱車間，工作溫度可達到50℃，但不同時工作。根據生產特點，整個生產車間操作人員數約為15～20人，設定每個區域為5人，工作時間按照兩班制設置。設計要求6.5m以下空間進行溫濕度的控制，分層空調高度取7m[3]。建筑圍護結構性能參數如表1。本文假定F區加熱設備工作，使用DeST-C軟件建立的建筑模型如圖1。

表1　建筑圍護結構性能參數

圖1　建筑模型

1.2空調主要設計要求

1）車間總體。溫度：冬季19±3℃，夏季25±3℃；濕度：≤70%

2）C、F、G區域。溫度：22.5±2℃；濕度：≤60%

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

根據項目特點，空調季設定日期為5月15日～10月15日，11月15日～4月15日。

2　送排風計算

根據項目設計要求，對車間進行全室排風，加熱車間需進行排熱排風，排風次數根據經驗系數一般可取4～6次/h，而在具體項目中則需要根據實際要求進行計算：

式中：G為排風量，m3/h；V為房間體積，m3；n為排風次數，次/h。

壓差風量是用來維持室內一定正負壓差所需要的風量，在此根據經驗換氣次數法確定，基礎車間取0.9次/h，C、F、G區取2.2次/h。

按照潔凈廠房設計規范中對新風量取值的要求，新風量取下面兩者中的大值：1）補償室內排風量和保持室內正壓所需新鮮空氣量之和；2）保證室內每人新風不少于40m3/h[4]。采用不同排氣次數時，對C、F、G區和基礎車間的排風量和新風量的計算分別如表2～4。

表2　換氣次數取4次/h時的排風量和新風量

表3　換氣次數取5次/h時的排風量和新風量

表4　換氣次數取6次/h時的排風量和新風量

3　模擬計算

3.1換氣次數的影響

根據不同排氣次數計算得到的新風量值，使用DeST-C軟件，分別模擬計算得到三種情況下的基礎車間的全年逐時基礎室溫，并進行比較，如圖2。根據基礎室溫計算結果分別進行空調系統冷熱負荷計算，計算結果如表5。

圖2　不同換氣次數對基礎車間室溫的影響

表5　不同換氣次數空調系統負荷統計

3.2加熱車間隔板不同厚度的影響

加熱車間在加熱時相當于一個高溫熱源，由于內圍護結構在設計時考慮較少，傳熱系數一般較大，通過內墻的傳熱量也占了空調系統負荷的一大部分。因此選擇合適的隔板材料與厚度才能降低加熱區對其他區域的熱擾影響。在此分別使用50mm厚、100mm厚、150mm厚夾芯彩鋼板進行模擬計算，傳熱系數分別為0.916W/(m2·K)、0.512W/(m2·K)、0.355W/(m2·K)。三種情況下，得到基礎車間基礎室溫最大值全天逐時溫度如圖3，根據三種情況下計算的基礎室溫計算得到的空調系統的冷熱負荷統計見表6。

圖3　加熱間不同壁厚對基礎車間基礎室溫的影響

表6　加熱間不同壁厚空調系統負荷統計

4　結論

對以上計算結果進行分析比較，可得到：

1）加熱車間的排氣次數對車間非加熱區域有較大的影響，排氣次數越大，加熱間排熱量越大，對基礎室溫熱擾影響越小，同一時刻的最高溫度差值可達到10℃，但較大的排氣量使空調系統總負荷也分別增加了7.3%和18.2%；

2）對加熱車間使用不同厚度的彩鋼板時，非加熱車間的基礎室溫在同一時刻的最高溫度差值也可達到10℃，使用150mm厚彩鋼板時加熱間對其他區域的熱擾影響最小，但三種厚度隔板的空調系統熱濕負荷基本一致，不能明顯降低空調系統能耗值。

通過上述模擬計算分析發現，在有較大發熱量的加熱車間中，可以通過提高加熱車間排熱次數和增大加熱車間圍護結構厚度來減小對空調系統非加熱區域的熱擾影響。但排熱次數的增大會增加空調系統的負荷，加熱車間圍護結構厚度的增大會導致項目初投資成本的增加，因此，應根據具體項目的溫濕度要求、潔凈度等級要求和實際情況取定相關數值，在條件允許時合理利用自然通風與機械輔助自然通風，盡可能減小設備熱擾造成的影響，降低空調系統的能耗值。

[1]閆海仙.工業建筑節能研究——以某印業公司印刷車間暖通空調能耗為例[D].太原:太原理工大學,2012

[2]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1993

[3]鄒月琴,王師白.高大廠房分層空調負荷計算問題[J].制冷學報, 1983,(4):49-56

[4]潔凈廠房設計規范(GB50073-2013)[S].北京:中國計劃出版社, 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；合肥工業大學南區土木與水利工程學院（230009）；E-mail:921856566@qq.com