高大空間空調(diào)氣流組織優(yōu)化研究與應(yīng)用

（廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司 福建廈門 361000）

1 項目背景

1.1 項目概況

國內(nèi)卷煙工廠制絲車間常用的空調(diào)系統(tǒng)氣流組織方式是在格柵吊頂以上水平布置送風(fēng)干管和送風(fēng)支管。送風(fēng)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(fēng)口向下送風(fēng)，使空調(diào)氣流直接吹向工作區(qū)，這就是常規(guī)的混合通風(fēng)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(nèi)現(xiàn)設(shè)置3 套120 000 m3/h 的全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（K-14、K-15、K-16），3 套空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理機組位于制絲車間二層空調(diào)機房內(nèi)。由于制絲車間空間較大，車間內(nèi)空調(diào)采取崗位送風(fēng)方式。氣流組織方式為上部送風(fēng)，送風(fēng)口設(shè)置在工作人員停留時間較長區(qū)域的上方的格柵吊頂內(nèi)。送風(fēng)口形式為VDL/630 型旋流風(fēng)口，數(shù)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(diào)為新風(fēng)形式，未設(shè)置空調(diào)回風(fēng)系統(tǒng)（見圖1）。

圖1 制絲車間空調(diào)送風(fēng)平面示意圖

1.2 原有空調(diào)存在不足

（1）降溫效果未能滿足要求。空調(diào)旋流風(fēng)口從6 m 以上的格柵上將空調(diào)冷風(fēng)向下送到2 m 高度以下的工作區(qū)。由于車間設(shè)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(diào)冷風(fēng)在下送過程中與熱空氣混合會產(chǎn)生冷熱抵消。當(dāng)空調(diào)氣流到達(dá)工作區(qū)時已被加熱，降溫作用有限。

（2）揚塵量大。空調(diào)氣流組織方式是從車間上部向下部送風(fēng)。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(qū)域，造成二次、多次污染。車間空氣品質(zhì)得不到改善。

（3）能耗大。夏季，制絲車間3 套全新風(fēng)空調(diào)機組必須全開，制冷能耗大，風(fēng)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(diào)系統(tǒng)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(jù)空調(diào)系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀，經(jīng)分析，造成車間內(nèi)環(huán)境溫度偏高、能耗高、空氣質(zhì)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(fù)荷大。制絲車間采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，維護結(jié)構(gòu)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(chǎn)生熱濕溢出。制絲車間中的大量用電設(shè)備，也源源不斷的向空間散熱。由于采用全新風(fēng)空調(diào)，夏季空調(diào)新風(fēng)負(fù)荷也較大。

（2）螺旋風(fēng)口高誘導(dǎo)比。旋流送風(fēng)口螺旋狀出風(fēng)，高誘導(dǎo)比混合周圍氣流，迅速向四周水平擴散，使送風(fēng)與室內(nèi)溫差迅速消除，送風(fēng)風(fēng)速快速衰減。送風(fēng)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(diào)送風(fēng)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(fēng)的地方會明顯感到溫度差異。制絲車間空調(diào)為崗位送風(fēng)，風(fēng)口安裝位置較高。空氣從旋流風(fēng)口送出后，與風(fēng)口下部空氣摻混強烈后溫度升高，再進入工作區(qū)，使工作區(qū)溫度不能滿足舒適要求。另外空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)口布置較為分散，空調(diào)系統(tǒng)不能完全消除車間內(nèi)的余熱，也是導(dǎo)致車間內(nèi)工作區(qū)溫度偏高、工人感覺比較濕熱的原因。

（4）缺少有效的排風(fēng)系統(tǒng)。制絲車間屋面雖然設(shè)置有屋面自然通風(fēng)器，但由于當(dāng)?shù)赜晁^多，時有臺風(fēng)，為防止雨水滲入造成物料受潮損壞影響生產(chǎn)，屋面通風(fēng)器始終處于關(guān)閉狀態(tài)，因而不能起到有效通風(fēng)換氣、排除余熱的作用。車間內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生的大量余熱，使周圍環(huán)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(xù)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(qū)，同時也將熱量帶回工作區(qū)，導(dǎo)致工作區(qū)溫度偏高。

2.2 粉塵、異味重新帶回工作區(qū)

車間內(nèi)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(fēng)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(qū)，不能有效排出。工作區(qū)環(huán)境變差，不能滿足相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 門戶未及時關(guān)閉

制絲車間門戶處于經(jīng)常開啟狀態(tài)，導(dǎo)致室外新風(fēng)無法侵入，增加室內(nèi)負(fù)荷，使得車間內(nèi)溫度偏高。

以上分析中，車間門戶未及時關(guān)閉，可以通過管理手段給予解決。粉塵、異味重新帶回工作區(qū)也和空調(diào)的氣流組織有顯著的關(guān)聯(lián)。因此，對氣流組織進行研究和優(yōu)化，是解決問題的關(guān)鍵。

3 改造方案

針對車間發(fā)熱、發(fā)濕量大，空間高，旋流風(fēng)口下送風(fēng)進行改進分析，將車間適當(dāng)分區(qū)［2］。結(jié)合現(xiàn)場空調(diào)系統(tǒng)的實際情況，提出以下改造方案：

3.1 下引K14、K16 送風(fēng)支管

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

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

3.2 保留K15 送風(fēng)管不變

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

4 項目完成情況

根據(jù)改造方案，需優(yōu)化制絲車間的空調(diào)送風(fēng)氣流組織，采用底部送風(fēng)的氣流組織方式，對原有空調(diào)系統(tǒng)進行局部改造，完成改造內(nèi)容如下：

4.1 空調(diào)送風(fēng)管道系統(tǒng)改造

（1）K-14、K-16 空調(diào)系統(tǒng)改造。關(guān)閉制絲車間內(nèi)K-14、K-16 空調(diào)系統(tǒng)的旋流風(fēng)口，在空調(diào)送風(fēng)主管上接出34 根送風(fēng)支管，風(fēng)管規(guī)格為1 250 mm×400 mm。送風(fēng)支管沿車間四周結(jié)構(gòu)柱送至側(cè)墻下部的靜壓箱內(nèi)，靜壓箱規(guī)格為3 200 mm×500 mm×1 000 mm，然后經(jīng)靜壓箱上的單層百葉風(fēng)口低速送至工作區(qū)，單層百葉風(fēng)口規(guī)格為3 000 mm×300 mm。部分反映較熱的崗位增設(shè)獨立的崗位送風(fēng)點，風(fēng)口采用筒型風(fēng)口，由空調(diào)送風(fēng)主管引出。

（2）K-15 空調(diào)系統(tǒng)改造。車間中部的K-15 空調(diào)送風(fēng)管系統(tǒng)不變。部分與新增崗位送風(fēng)風(fēng)口位置沖突的送風(fēng)口，進行拆除與封閉。K-15 空調(diào)系統(tǒng)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(fēng)器改造

對屋面通風(fēng)器執(zhí)行機構(gòu)和電動機構(gòu)進行檢修維護，使各機構(gòu)能夠自由、靈活運轉(zhuǎn)。

為有效防止雨水通過屋面通風(fēng)器進入車間，在屋面通風(fēng)器附近設(shè)置雨水感應(yīng)裝置，并與控制中心和車間值班室連鎖。當(dāng)有降雨時，感應(yīng)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(guān)閉屋面通風(fēng)器的閥板，并反饋狀態(tài)信號，有效防止雨水進入。

5 總結(jié)

通過本項目的開展及研究設(shè)計，成功對制絲車間空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)進行了改造，并取得了成效：空調(diào)風(fēng)機年節(jié)能能耗21%；空調(diào)制冷機年節(jié)約能耗17%，其中夏季節(jié)約能耗7.72%。