高大空間空調氣流組織優化研究與應用

（廈門煙草工業有限責任公司 福建廈門 361000）

1 項目背景

1.1 項目概況

國內卷煙工廠制絲車間常用的空調系統氣流組織方式是在格柵吊頂以上水平布置送風干管和送風支管。送風支管主要布置在車間通道和操作崗位上方，底部安裝多個旋流風口向下送風，使空調氣流直接吹向工作區，這就是常規的混合通風方式。

公司制絲車間建筑面積約8 726 m2，車間高度9.5 m，格柵吊頂高度7.5 m。制絲車間內現設置3 套120 000 m3/h 的全新風空調系統（K-14、K-15、K-16），3 套空調系統的空氣處理機組位于制絲車間二層空調機房內。由于制絲車間空間較大，車間內空調采取崗位送風方式。氣流組織方式為上部送風，送風口設置在工作人員停留時間較長區域的上方的格柵吊頂內。送風口形式為VDL/630 型旋流風口，數量共100 個。由于制絲車間空氣較為渾濁，空氣較為熱濕，因此空調為新風形式，未設置空調回風系統（見圖1）。

圖1 制絲車間空調送風平面示意圖

1.2 原有空調存在不足

（1）降溫效果未能滿足要求。空調旋流風口從6 m 以上的格柵上將空調冷風向下送到2 m 高度以下的工作區。由于車間設備散熱散濕量大，造成車間在垂直方向上的溫濕度梯度增大，空調冷風在下送過程中與熱空氣混合會產生冷熱抵消。當空調氣流到達工作區時已被加熱，降溫作用有限。

（2）揚塵量大。空調氣流組織方式是從車間上部向下部送風。車間下部的煙絲粉塵、煙草以及CO2等污染物得不到排除，濃度會增加，且下沉的粉塵被再次吹起，吹向工作區域，造成二次、多次污染。車間空氣品質得不到改善。

（3）能耗大。夏季，制絲車間3 套全新風空調機組必須全開，制冷能耗大，風機能耗很高，但氣流組織不合理，仍不能滿足車間溫濕度要求，而且能源浪費極大。

鑒于以上空調系統氣流組織的缺點，各地卷煙工廠都在積極尋求有行之效的解決方案。

2 研究方向

根據空調系統的使用現狀，經分析，造成車間內環境溫度偏高、能耗高、空氣質量較差、溫室不均勻的主要原因有以下幾個方面：

2.1 車間氣流組織效果不夠好

（1）車間熱濕負荷大。制絲車間采用鋼網架結構，維護結構保溫性能較差。制絲車間采用蒸汽進行烘絲、回潮等工序，容易產生熱濕溢出。制絲車間中的大量用電設備，也源源不斷的向空間散熱。由于采用全新風空調，夏季空調新風負荷也較大。

（2）螺旋風口高誘導比。旋流送風口螺旋狀出風，高誘導比混合周圍氣流，迅速向四周水平擴散，使送風與室內溫差迅速消除，送風風速快速衰減。送風冷量被高大熱濕空間無效消耗，造成能源浪費。

（3）氣流組織不順暢。車間空調送風基本滿足車間主要過道和工作崗位處的溫濕度要求，整個車間溫濕度不均勻，沒有送風的地方會明顯感到溫度差異。制絲車間空調為崗位送風，風口安裝位置較高。空氣從旋流風口送出后，與風口下部空氣摻混強烈后溫度升高，再進入工作區，使工作區溫度不能滿足舒適要求。另外空調系統風口布置較為分散，空調系統不能完全消除車間內的余熱，也是導致車間內工作區溫度偏高、工人感覺比較濕熱的原因。

（4）缺少有效的排風系統。制絲車間屋面雖然設置有屋面自然通風器，但由于當地雨水較多，時有臺風，為防止雨水滲入造成物料受潮損壞影響生產，屋面通風器始終處于關閉狀態，因而不能起到有效通風換氣、排除余熱的作用。車間內設備產生的大量余熱，使周圍環境的空氣溫度升高［1］，密度減小。熱空氣向車間上部運動，在熱空氣上升的過程中不斷卷吸周圍空氣。由于車間高度較高，上升的熱空氣一部分會繼續上升，另一部分則由于冷卻密度增加形成下降氣流，重新回到工作區，同時也將熱量帶回工作區，導致工作區溫度偏高。

2.2 粉塵、異味重新帶回工作區

車間內物料在加工過程中會有部分粉塵和異味氣體彌散到空氣中。由于采用上部送風方式，氣流向下運動，使得粉塵和異味氣體主要集中在人員工作區，不能有效排出。工作區環境變差，不能滿足相關衛生標準要求。

2.3 門戶未及時關閉

制絲車間門戶處于經常開啟狀態，導致室外新風無法侵入，增加室內負荷，使得車間內溫度偏高。

以上分析中，車間門戶未及時關閉，可以通過管理手段給予解決。粉塵、異味重新帶回工作區也和空調的氣流組織有顯著的關聯。因此，對氣流組織進行研究和優化，是解決問題的關鍵。

3 改造方案

針對車間發熱、發濕量大，空間高，旋流風口下送風進行改進分析，將車間適當分區［2］。結合現場空調系統的實際情況，提出以下改造方案：

3.1 下引K14、K16 送風支管

如圖1 所示，由于原有K14、K16 主風管布置在車間的側墻的邊上，可以將主風管下引送風支管，直到車間地面附近，進行下送風。支風管沿側墻下引，風管可以固定在側墻上。由于送風量大，出風口可以采用靜壓箱的形式，擴大出風口面積，降低出風口的風速。

該方案是將經處理后的新風經送風支管沿墻送至側墻下部的靜壓箱，由靜壓箱上的單層百葉送風口低速送至人員工作區，吸收環境空氣余熱后工作區溫度降低。吸收余熱后的空氣因浮力作用上升，經上部屋面自然通風器排至室外。

3.2 保留K15 送風管不變

由于制絲車間較為寬大，采用K14、K16 的送風，送風距離未能送到車間的中間地帶。因此，保留K15 送風管、送風風口不變。如車間較為悶熱，則開啟K15 空調，如車間溫濕度在指標范圍內，則K15 作為備機使用。

4 項目完成情況

根據改造方案，需優化制絲車間的空調送風氣流組織，采用底部送風的氣流組織方式，對原有空調系統進行局部改造，完成改造內容如下：

4.1 空調送風管道系統改造

（1）K-14、K-16 空調系統改造。關閉制絲車間內K-14、K-16 空調系統的旋流風口，在空調送風主管上接出34 根送風支管，風管規格為1 250 mm×400 mm。送風支管沿車間四周結構柱送至側墻下部的靜壓箱內，靜壓箱規格為3 200 mm×500 mm×1 000 mm，然后經靜壓箱上的單層百葉風口低速送至工作區，單層百葉風口規格為3 000 mm×300 mm。部分反映較熱的崗位增設獨立的崗位送風點，風口采用筒型風口，由空調送風主管引出。

（2）K-15 空調系統改造。車間中部的K-15 空調送風管系統不變。部分與新增崗位送風風口位置沖突的送風口，進行拆除與封閉。K-15 空調系統平時不開，待夏季最炎熱時，視車間溫濕度情況才開啟作為補充。

4.2 自然通風器改造

對屋面通風器執行機構和電動機構進行檢修維護，使各機構能夠自由、靈活運轉。

為有效防止雨水通過屋面通風器進入車間，在屋面通風器附近設置雨水感應裝置，并與控制中心和車間值班室連鎖。當有降雨時，感應裝置將電信號送至控制中心和值班室，由控制中心或值班室關閉屋面通風器的閥板，并反饋狀態信號，有效防止雨水進入。

5 總結

通過本項目的開展及研究設計，成功對制絲車間空調送風系統進行了改造，并取得了成效：空調風機年節能能耗21%；空調制冷機年節約能耗17%，其中夏季節約能耗7.72%。