高大恒溫車間空調射流系統簡介及應用實例

貢曉芳

摘 要：幾千平米高大恒溫車間工藝空調，尤其是溫度的均勻性，一直是暖通行業研究解決的課題。由于在工作中遇到了這樣的項目，通過翻閱大量國內外資料，為了獲得穩定均勻的溫度場，確定利用一種適用于高大空間的空調射流系統。這種系統，在國外已經被廣泛采用。該文結合工程實例，介紹了這種特殊的系統。期望對今后類似的高大空間恒溫空調設計有所幫助。

關鍵詞：恒溫車間 均勻溫度場 空調射流系統

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（b）-0089-03

隨著現代工業的不斷發展，生產工藝不斷進步，對產品的精度要求也越來越高。例如工作機器溫度如有1 ℃的變化，線性長度每米大約會有0.01 mm的伸縮，而這0.01 mm的伸縮就可能引起不良品率的上升。因此，為保證產品質量，現在一些精密加工車間對環境的溫濕度提出了非常高的要求，恒溫恒濕已不再局限于測量室、檢測室等小面積空間。而高大空間廠房的恒溫恒濕空調如何獲得穩定均勻的溫度場，一直是生產工藝空調的難點。按照傳統空調方案，高換氣次數帶來的高成本和實施難度都是難以解決的問題。文章結合工程實例，介紹一種適合高大空間的特殊的空調系統——空調射流系統，即采用高速射流方式，誘導周圍空氣，帶動空氣流通，形成穩定均勻的溫度場。

1 工程概況及設計要求

此工程為某精密機械有限公司的新建廠房工程，位于江蘇常州開發區，主要生產工業機器人精密減速機，是日資企業。該工程占地面積12 000 m2，建筑面積14 000 m2。主廠房分為3個車間：分別為60 m×50 m，面積為3 000 m2的精加工車間；60 m×40 m，面積為2 400 m2的裝配車間；以及60 m×13.5 m，面積為810 m2的零件分配車間。吊頂高度均為7 m。高度4.3 m處有生產工藝用架臺。生產工藝要求高度4 m范圍內溫度25 ℃±1 ℃，濕度沒有要求。垂直方向4 m內的溫度梯度要小于1 ℃。室內要求維持正壓。簡而言之，此項目是一個大空間恒溫室。因各車間的環境要求相同，因此以下僅以精加工車間為例進行說明。精加工車間機器發熱量為777 kW，達到259 w/m2。經負荷計算，夏季總余熱為1 020 kW，車間全年需要供冷。

2 空調系統的確定

2.1 設計難點分析

這個項目空調的最大難點就是面積大，空調冷負荷大，有效高度高。在高度及水平方向都容易產生溫差，而生產工藝恰恰要求溫度場要穩定均勻。對于溫度精度要求較高的恒溫室，為了滿足溫度均勻的要求，傳統空調常采用全空氣系統，孔板上送下回的氣流組織方式。對于恒溫實驗室、恒溫檢測室等面積比較小的房間，這種空調方式比較適宜，而對于幾千平米的大車間，采用如此大面積的孔板卻是不現實的。

不僅因為空調冷負荷大，會引起換氣量大，為了溫度的均勻性，不同的溫度精度需要與之相適應的室內空氣循環次數。根據國內外相關資料，±1 ℃的恒溫室，推薦室內空氣循環次數約20～30 次/h，這就使得空調處理設備及風管尺寸都非常龐大，不僅本身投資大，占用較多水平和高度空間，而且高大廠房的梁高和行車本身也會占據較大的高度空間，再因為尺寸巨大的風管與之交叉，往往為了保證生產工藝的空間高度要求，不得不增加層高，土建投資也會大幅度增加。同時眾多的出風口的位置也常常受到限制，難以滿足獲得均勻溫度場的空調要求。為此，我方查閱了大量國外技術資料，借鑒國外類似工廠的案例，采用了一種適用于大空間高精度的空調系統——空調射流系統，在保證溫度場均勻的前提下，節省了大量的初投資和運行費用，也有效地節省了水平及高度空間。

2.2 空調射流系統介紹

空調射流系統是瑞士弗萊克公司為改善船舶機器室的作業環境而開發的一種空調通風方式。由空調箱、小風量高靜壓射流風機、小直徑風管和高速噴嘴組成。其主要運用理論來自空氣動力學中高速噴流的擾動特性。處理過的空氣由噴嘴高速噴出。這種高速噴流能夠有效地誘導周圍靜止的空氣，而帶動空氣流通，噴流的中心速度由噴嘴出口點起逐漸減低，但是噴流寬度逐漸增加，所誘導周圍的空氣量也逐漸增加（見圖1）。

根據實測，誘導風量可達到噴嘴出風量的50～60倍。因此這種空調系統能使室內高度及水平方向的溫度差減小，達到溫度均勻的效果。小風量也避免了大型風管的使用。在國外，作為一種高大空間的特殊空調通風系統，已被廣泛地應用于工場、車庫，以及體育館展示場等高大空間建筑。如松下電工株式會社的分水工廠、三洋電機株式會社的東京制作所、東京國際展示場等工業及民用建筑。

3 射流系統的實際應用

3.1 整體空調通風方案及參數

為了減少大尺寸風管以及獲得均勻的溫度場，并考慮了車間的特點，最終空調整體方案確定為：末端空調箱的循環空調系統+空氣射流系統+獨立新風系統+排風系統（見圖2）。即新風單獨處理，車間的冷負荷由空調箱負擔，溫度場的均勻則由空氣射流系統完成，氣流組織方式為上送下回。

末端的空調箱布置在工藝用高度4.3 m的葡萄架臺上，均勻分布在車間內，共33臺。出風口采用噴口，回風口則設置于地面高度0.5 m處，利用車間的H鋼柱固定回風立管。冷量33 kw出風參數為17 ℃，81%。新風機10 600 m3/h×3臺，出風參數為t=18℃，φ=95%。為保證正壓，排風機為5 300 m3/h×3臺。（計算省略）

3.2 空調射流系統

該項目采用了日本Floda有限公司的空調射流系統的產品。按照車間內0.6次/h風量選擇高靜壓風機。風機參數為1 150 m/h×1500 Pa×9臺。每個噴嘴風量75 m3/h，138個噴嘴均勻的分布在車間吊頂上。噴嘴尺寸為100 mm×30 mm，即與風管連接處直徑為100 mm，噴出口處直徑為30 mm。

根據Floda有限公司實測，誘導風量是噴嘴出風量的50～60倍，因此，風量為0.6 次/h換氣量的高靜壓風機，引起的車間內空氣的實際循環次數可以達到30 次/h，確保溫度的均勻性。施工前日本Floda有限公司提供了模擬效果計算。經過近一年的實際運行，完全符合工藝要求。圖3為精加工車間空調設備布置的局部圖。

4 空調射流系統特點及優勢總結

空調射流系統有其獨特的優勢和特點，具體表現如下。

（1）水平、高度方向的溫度差小，對室內的整體來說有良好的溫度分布，不僅改善了工作環境，可以達到精密加工作業所需工藝環境。

（2）大尺寸風管及風口的布置安裝會受到許多限制，而此系統因為風量小，風管尺寸小，所以風管走向以及風口的布置自由度高，可以在最需要的位置配置噴嘴。而且小尺寸的風管，不僅對新建筑方便，對于已建的建筑物的改造也能夠簡單安裝使用。

（3）避免大尺寸風管，不僅設備費用降低。層高降低，建筑費用也大幅降低。

（4）因為誘導攪拌作用有效區域溫度上升，若用于冬季需要采暖設施的建筑，室內溫度上升所要時間縮短，達到節能效果。

（5）這種系統不僅用于工業的恒溫室，也可以用在溫度要求較高的體育館、展覽廳、室內游泳館等高大空間民用建筑。

5 結語

文章結合工程實際，介紹了一種特殊的適用于高大恒溫車間的空調射流系統，較好地解決了高大空間空調溫度場難于均勻的問題，可以為類似工程實例提供方案參考。

參考文獻

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