武鋼建工集團鋼結構分公司主廠房自然通風分析

梁曉冬

摘 要：近年來，對工業廠房內環境質量的要求越來越高。提高廠房的內環境質量的重要環節，則是加強和改善廠房的通風設計。加強廠房內的氣流組織設計，使新鮮空氣流經操作區，并帶走影響工人健康和產品質量的大量余熱、污濁氣流和有害氣體，提高空氣質量。根據武鋼建工集團鋼結構分公司主廠房自然通風現狀，從理論上分析造成目前通風效果不佳現狀的深層次原因，結合該廠房建筑結構及工藝生產特點，并給出相關整改措施及建議，對此類焊接工藝廠房的通風設計進行思考及探索，對類似廠房設計提供參考。

關鍵詞：自然通風；中和面；氣流分布

中圖分類號： TU3P61 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）22-57-2

1 概述

武鋼建工集團鋼結構分公司主廠房總建筑面積為40716m2，廠房由4跨組成，每跨分別長33m、33m、27m、24m，廠房總寬117m，總長348m，廠房檐口標高16.13m。廠房內設鍋爐壓力容器跨、重鋼跨、結構跨、輕鋼跨，廠房兩端設準備跨及拋丸跨，主要生產工藝為焊接作業。

主廠房屋頂布置10條自然通風器，準備跨廠房屋頂布置6條自然通風器，拋丸跨廠房屋頂布置4條自然通風器，外墻下部設玻璃窗。

金屬結構廠自投產以來，自然通風效果較差，尤其在中間跨、主要焊接區域存在煙氣積聚問題，工作環境惡劣，嚴重影響職工身體健康。

2 現狀分析

2.1 通風現狀

①車間東西向進深達348m，南北向進深達117m，中間跨區域幾乎無空氣流動，此類區域布置為重鋼跨、結構跨，煙氣積聚嚴重，人體感覺憋悶和燥熱；②5m以上的空氣呈煙霧狀，懸浮顆粒物積聚，流動緩慢；③靠近門窗開啟區域，空氣流動較快，大門入口空氣流速實測約為4.5～9.6m/s，對流效果較好；④冬季門窗多數處于關閉狀態，整個車間煙霧彌漫，能見度不足10m。

2.2 建筑現狀

①大門12扇，可開啟面積357m2，常開啟的為4～5扇，常開啟面積約為150m2；②單層玻璃塑鋼推拉組合窗49個共697.5m，可開啟面積732m2；③屋面自然通風器1242m，喉口尺寸3m，可通風面積3726m2；④主要焊接區域23～36軸線、E～F1軸線建筑面積17361m2；F1軸線處廠房外墻皮布置了附垮建筑，無自然進風口。

2.3 風量計算

此次主廠房的自然通風理論計算，在工藝、土建、窗孔位置和面積確定的條件下，計算能達到的最大自然通風量，校核工作區溫度是否滿足衛生標準的要求。

主廠房自然通風全面換氣量G=Q/c.（tp-tj） kg/s [1]

式中，Q——車間的總余熱量，kJ/s；

tp——車間上部的排風溫度，℃；

tj——車間的進風溫度，tj=tw，℃；

c——空氣比熱，c=1.01kJ/kg，℃。

自然通風量計算約為900000m3/h。

根據工程經驗，此類焊接廠房通風所需換氣次數約為3～5次/h，按此計算主要焊接區域所需最大風量為1400000m3/h，最小風量為840000。[2]

2.4 現狀分析

根據理論計算，此廠房自然通風量滿足要求，但是實際運行時通風效果較差，分析原因如下：

①理論分析。

圖中F1為進風窗孔面積，F2為排風窗孔面積，△P1為進風窗孔的內外壓差，△P2為排風窗孔的內外壓差，中和面以上為排氣區，中和面以下為進氣區。

根據（F1/F2）2=h2/h1[1]，進排風窗孔面積之比是隨中和面位置的變化而變化的，中和面上移，排風窗孔面積增大，進風窗孔面積減??；中和面下移，則相反。

廠房自然通風設計的思路應該是盡量設法降低中和面的位置。中和面的位置低，意味著由室外進入廠房內的新鮮空氣，部分或全部流經作業區范圍，對降低作業區溫度、提高作業區空氣質量，即提高自然通風效果，將起著決定性作用。中和面的位置越低，則圖中h2值就越大，排氣壓力△P2就越大。在排氣量一定的前提下，增大排氣壓力△P2則可減小排氣口天窗開口面積F2。在熱車間都采用上部天窗進行排風，天窗的造價要比側窗高，因此中和面位置不宜選得太高[1]。不言而喻，減小天窗開口面積，必然對減少廠房結構斷面、降低廠房土建工程投資起到較大的作用。

由自然通風原理可知，當進、排氣量為定值時，降低中和面位置的關鍵手段，就是合理協調進、排氣口面積的比值。當進氣口面積F1大于排氣口面積F2時，則中和面的位置低，反之，當排氣口面積F2大于進氣口面積F1時，則中和面積位置高。

此廠房F1/F2=882/3726=1/4，中和面處在比較高的區域，甚至高過于天窗，導致天窗的一部分也成為了進風口。由于其h2值很小，甚至導致排氣壓力△P2為負值，此種情況下，盡管設置了的高大的天窗，很大的排氣口面積F2，由于排氣壓力△P2較小，沒有充分的發揮天窗的排氣功能，沒有取得應有的通風效果。

在廠房自然通風設計中，應合理協調進、排氣口的面積，力求進氣口面積不小于或大于排氣口面積，對提高自然通風效果的尤為重要。

②出于車間防風霜雨雪和防盜安全等問題的考慮， 實際使用中門窗的開啟數量較少，使得室內外空氣流通受阻；而門窗全部開啟的可能性存在一定的困難，造成通風量不滿足設計及使用要求。

③F1軸線處廠房外墻皮布置了附垮建筑，廠房23軸至36軸之間只有一側可進風，此區域無有效進風，造成此區域乃至中間跨區域氣流分布不均，通風效果較差，無法滿足設計風量的要求。

3 整改措施及建議

3.1 增加進風面積

根據理論分析及計算，此廠房進排風面積比達1：4，進風面積偏小，應增加進風面積，降低中和面位置，提高通風量。

在充分考慮車間防風霜雨雪和防盜安全等問題的前提下，盡量將車間外墻窗戶及大門開啟；在窗戶下部增設可調節百葉進風窗，夏季全部開啟，冬季根據實際需求可將百葉窗關閉；在窗戶上部增設百葉進風口，保持開啟狀態。

3.2 增設送風機

針對F1軸線處廠房外墻皮布置了附垮建筑，廠房23軸至36軸之間一側無有效進風，在附垮建筑屋頂布置送風機，對此區域進行有效送風。

3.3 合理分區

對于特大廠房通風，應根據實際情況進行通風分區計算[3]。

此廠房為多連跨廠房，即便送風面積足夠大，由于跨度太大，氣流組織不合理，中間跨區域通風效果依然不佳。由于廠房結構不可進行較大改造，對中間跨區域可適當增加屋頂風機進行機械排風，由于屋面自然通風器無法關閉，為防止氣流短路，取消部分自然通風器。同時增設誘導風機對氣流進行引導，將氣流合理分布。

參 考 文 獻

[1] 孫一堅.工業通風[M].北京：中國建筑工業出版社，1994.

[2] 郭豐年.鋼鐵企業采暖通風設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，1996.

[3] 孫權.特大廠房通風設計[J].武漢：湖北土木建筑協會，2009.