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摘要:
本文首先分析了某高大厂房的热源特点，探讨了需要采取的气流组织方式，剖析了其分层空调的设计方法，运用此方法所设计的空调系统，除了能够较好的满足空调运行需求之外，还有助于初投资及运行费用的节省。
关键词:
高大厂房;分层空调系统;热源;设计
某厂有一用于机械零部件生产的高大厂房，其房长为91m，房宽48m，房高为24m。该厂房的第一层高度为8m，主要用作大型精密机械的加工与制造。当此厂房投产之后，由于所使用的工艺具有比较大的发热量，另外，在室内温度上也普遍、持续偏高;因进深长度达48m，车间中部位置的新风供应存在显著不足;工艺设备运行过程中产生加大噪音，且伴随有各种工艺废气产生，具有比较恶劣的环境条件。为保障厂房内工人及数控机床等精密设备拥有比较优质的工作环境，建设单位要求要求增设送、排风系统及单制冷的中央空调系统。
1高大厂房空调方案对比
对于该工程当中的高达厂房而言，工艺设备发热乃为其主要得热来源，而照明发热以及操作工人人体发热乃为其次，围护结构得热在整个热量来源构成中，仅占有较小部分。因厂房内工艺设备发热部分在高度上大多小于2.0m，所以，此工程当中的厂房在实际使用过程中，并未要求全区域空调，而是对处于2.0m以下部分，即工作区，实施相应温湿度控制。在此方案招投标时，多家工程公司分别制定了各种系统形式来参标，如分层空调、岗位送风空调及全空间空调。
1．1全空间空调系统
全空间空调方案实际即为将组合式空调器全空气系统应用到厂房当中，将风道增加于车间上方位置，选用散流器，进行顶送风，而在其下方位置，则设置集中回风口。此方案由于在实际布设中需要运用较多的系统管道，易阻碍行车运行，另外，对工艺废气的外排也造成阻滞，系统具有比较大的装机容量，较高的初投资等，这些不足与弊端使得此方案未被认可。
1．2岗位送风空调系统
岗位送风空调方案实际即为将吊顶柜机全空气系统运用到厂房中，将大量的送风管道布设在车间的上部，针对工人的操作岗位给予持续性的降温、送风。此方案初投资较少，且具有较小的装机容量，但需要增设更多的送风管道，这些管道与工艺管线之间纵横交叉，此外，没有对工艺设备、通道、休息及办公等操作岗位之外的区域开展空调调度与处理，最终此方案也未通过。
1．3分层空调系统
所谓分层空调，实际就是仅将空调设置在下部区域，而在上部区域则不设置空调的一种方式。分层空调相比于全室空调，在夏季，冷量节省可达30%。因此，能够较好的降低运行能耗以及节省初投资。分层空调对于那些比较高大的建筑物较为适用，当建筑物体积V＞1万m3，高度H＞10m时，此时的空调去高度与厂方高度之间的比值为h1H≤12时，则最为经济核算。该工程建筑物总高度H0=24m，1层的高度H=8m，1层建筑物的体积V＞3万m3，则空调区的高度相比于1层车间高度，比值为14，因此，最为适宜的方式便为分层空调。对于分层空调方案而言，其所选用的乃是吊顶柜机全空气系统，分别在车间的中部以及两侧位置，设置吊顶柜机，依据等静压喷射风口侧送风方式，进行风口与风管的计算与选择。
2工程设计
该工程共有13个轴布置在长度方向，轴距9m，伸缩缝的长度为1m;宽度方向共有5个轴，轴距12m。要求工作区为2m以下区域，新风量8m3/(m2•h)，空调室内温度为tn=26℃。
2．1气流组织与确定设备
于车间中部及两侧外墙位置，将对吹的喷射风口均匀布置。于靠外墙处，直接把室外的新风向吊顶柜机回风静压箱内输送;在车间中部位置，运用送风机，把室外新风向吊顶柜机回风静压箱持续输送。构建其工作区集中顶回、分层侧送的气流组织形式。将排风机设置在车间上部，以此将聚集于天棚处的废气、热气排走，最大程度减少顶棚室外热辐射对于工作区所造成的不良影响，此外，将车间上部行车运行过程中所产生的粉尘迅速排走，以此来达到改善车间环境的目的。通过细致计算，该厂房1层车间空调的负荷为878kW(75.5×104kcal/h)，结合气流组织需要，运用35台KKGD－3.5型吊顶柜式空调机组，此性机组的单台风量为3600m3/h;运用T35－11No．4型新风机4台，单台的送风量为4600m3/h;依据总送风量的15%来计算排风量，运用DZ－11N0.3.2D型排风机，单台的排风量为3000m3/h。
2．2计算侧送与等温射流
(1)计算喷口设计。该工程设定计算温差为△ts=8℃，假设喷口当量的直径值为ds=0.2m，喷口射流角度为α=0°，依据以往文献所给出的计算方法，将喷口半径算出，即R=0.1m，喷口个数为5，各喷口送风量700m3/h，送风速度为v0=6.2m/s;(2)计算等静压送风风管。同样依据相关文献所给出的计算方法，依据两侧孔间管道末端、首端的动压差，与两侧孔洞管段总压力损失相等的原则，得出风道截面尺寸。
2．3冷冻机房设计
(1)冷水主机。此厂房中的冷冻机房位于其单层建筑内，冷水主机为3台23XL－205型螺杆式冷水机组，单台的制冷量为720kW(61.8×104kcal/h)，3台的总制冷量为2160kW(185.6×104kcal/h);(2)冷却塔。共有3台冷却塔，都设置在冷冻机房内。对于标准型冷却塔而言，其设计供回水温差通常为5℃。但如若是一些夏季高湿、高温地区，冷却塔具有过大的供回水温差，则对循环水气化造成不利影响，进而对冷却塔相应冷却效果造成影响。经以往工程实测得知，该厂房所在地区冷却塔供回水温差以3.5℃为宜，不仅能够较好的满足使用效果，而且不会出现太大的余量。
2．4工程实测
此工程设计于2013年，在竣工验收时，对其实施了全方位的工程测试，即在各纵、横轴之间相应9m×12m范围内，设置1个测点;在垂直方向上，共设置测点32个，即各间隔0.5m设置1个测点，至天棚顶，共有测点16个，另外，还测试了噪声、速度场及温度场:(1)温度场。2m高度以下的工作区域水平方向的温度区间为25～26℃，垂直方向的温差比值＜0.5℃;对于＞2m的工作区域，当高度每增加1m，则温度相应约增加1℃，天棚下方的温度＞30℃;(2)速度场。射流末端处的风速为0.3m/s，送风口处气流均速为6.0～6.3m/s;(3)噪声。在生产情况下，送、排风机噪声以及吊顶柜式空调机的噪声，均小于工艺设备噪，对于车间内噪声，经测定，其值＜A声级噪声50dB;当处于非生产状态下，室内噪声于送、回风口处，其A声级噪声为67dB，基于工作区域内，都＜A声级噪声50dB以下;(4)通风。全部操作人均感受到新鲜空气，不存在头晕缺氧状况，另无工艺废气异味;(5)工程质量等级。各项技术参数均与设计要求相满足，另与建设单位要求相符，经评定，即优良工程。
3结论
(1)经实践得知，针对那些仅对某一高度之下的区域设置相应空调的高大厂房，选用分层空调乃是一种有效、实用而又经济的方式;(2)针对此种类型的高大空间厂房，对于其上部位置的非工作区域，安装、设置排风系统尤为必要，能够将聚集于上部的工艺废气、热气及时外排，使得顶棚室外热辐射的减少，另可减少其对工作区的不良影响，对于工艺废气浓度具有降低效果，使得工作区温、洁净度以及湿度等，都得到了较好保证;(3)对于那些具有较大进深的厂房，将新风补送于车间中央部位，这样除了能够较好的提升厂房工作区域的控制质量之外，还有助于满足操作人员的卫生需要;(4)选用喷口喷射送风，此种送风方式不仅能够较好的满足高大空间远距离的送风需要，而且还保证获得较好的空气质量;选用等静压送风，则能够满足各风口在均匀送风方面的需要，此外，还可省掉调节阀成本;(5)国内外一些工程实践及模型实验证实，若建筑物的高度＞10m，建筑物体积＜1万m3时，空调区的高度与厂房的高度比值应≤1/2，选用分层空调便能够较好的节省运行费用与初投资成本。至此，本次实践验证正好证明此点。
参考文献
［1］陈东哲，沈洪，张美玲．某高大厂房分层空调系统设计与气流组织模拟［J］．建筑节能，2016，44(4):32－35．
［2］陈剑波，张振军．某大空间厂房分层空调温度场分布现场测试分析［J］．流体机械，2004，32(2):59－62．
作者:陈喜元 单位:河南黄大建设工程有限公司