武钢建工集团钢结构分公司主厂房自然通风分析

梁晓冬

摘 要：近年来，对工业厂房内环境质量的要求越来越高。提高厂房的内环境质量的重要环节，则是加强和改善厂房的通风设计。加强厂房内的气流组织设计，使新鲜空气流经操作区，并带走影响工人健康和产品质量的大量余热、污浊气流和有害气体，提高空气质量。根据武钢建工集团钢结构分公司主厂房自然通风现状，从理论上分析造成目前通风效果不佳现状的深层次原因，结合该厂房建筑结构及工艺生产特点，并给出相关整改措施及建议，对此类焊接工艺厂房的通风设计进行思考及探索，对类似厂房设计提供参考。

关键词：自然通风；中和面；气流分布

中图分类号： TU3P61 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）22-57-2

1 概述

武钢建工集团钢结构分公司主厂房总建筑面积为40716m2，厂房由4跨组成，每跨分别长33m、33m、27m、24m，厂房总宽117m，总长348m，厂房檐口标高16.13m。厂房内设锅炉压力容器跨、重钢跨、结构跨、轻钢跨，厂房两端设准备跨及抛丸跨，主要生产工艺为焊接作业。

主厂房屋顶布置10条自然通风器，准备跨厂房屋顶布置6条自然通风器，抛丸跨厂房屋顶布置4条自然通风器，外墙下部设玻璃窗。

金属结构厂自投产以来，自然通风效果较差，尤其在中间跨、主要焊接区域存在烟气积聚问题，工作环境恶劣，严重影响职工身体健康。

2 现状分析

2.1 通风现状

①车间东西向进深达348m，南北向进深达117m，中间跨区域几乎无空气流动，此类区域布置为重钢跨、结构跨，烟气积聚严重，人体感觉憋闷和燥热；②5m以上的空气呈烟雾状，悬浮颗粒物积聚，流动缓慢；③靠近门窗开启区域，空气流动较快，大门入口空气流速实测约为4.5～9.6m/s，对流效果较好；④冬季门窗多数处于关闭状态，整个车间烟雾弥漫，能见度不足10m。

2.2 建筑现状

①大门12扇，可开启面积357m2，常开启的为4～5扇，常开启面积约为150m2；②单层玻璃塑钢推拉组合窗49个共697.5m，可开启面积732m2；③屋面自然通风器1242m，喉口尺寸3m，可通风面积3726m2；④主要焊接区域23～36轴线、E～F1轴线建筑面积17361m2；F1轴线处厂房外墙皮布置了附垮建筑，无自然进风口。

2.3 风量计算

此次主厂房的自然通风理论计算，在工艺、土建、窗孔位置和面积确定的条件下，计算能达到的最大自然通风量，校核工作区温度是否满足卫生标准的要求。

主厂房自然通风全面换气量G=Q/c.（tp-tj） kg/s [1]

式中，Q——车间的总余热量，kJ/s；

tp——车间上部的排风温度，℃；

tj——车间的进风温度，tj=tw，℃；

c——空气比热，c=1.01kJ/kg，℃。

自然通风量计算约为900000m3/h。

根据工程经验，此类焊接厂房通风所需换气次数约为3～5次/h，按此计算主要焊接区域所需最大风量为1400000m3/h，最小风量为840000。[2]

2.4 现状分析

根据理论计算，此厂房自然通风量满足要求，但是实际运行时通风效果较差，分析原因如下：

①理论分析。

图中F1为进风窗孔面积，F2为排风窗孔面积，△P1为进风窗孔的内外压差，△P2为排风窗孔的内外压差，中和面以上为排气区，中和面以下为进气区。

根据（F1/F2）2=h2/h1[1]，进排风窗孔面积之比是随中和面位置的变化而变化的，中和面上移，排风窗孔面积增大，进风窗孔面积减小；中和面下移，则相反。

厂房自然通风设计的思路应该是尽量设法降低中和面的位置。中和面的位置低，意味着由室外进入厂房内的新鲜空气，部分或全部流经作业区范围，对降低作业区温度、提高作业区空气质量，即提高自然通风效果，将起着决定性作用。中和面的位置越低，则图中h2值就越大，排气压力△P2就越大。在排气量一定的前提下，增大排气压力△P2则可减小排气口天窗开口面积F2。在热车间都采用上部天窗进行排风，天窗的造价要比侧窗高，因此中和面位置不宜选得太高[1]。不言而喻，减小天窗开口面积，必然对减少厂房结构断面、降低厂房土建工程投资起到较大的作用。

由自然通风原理可知，当进、排气量为定值时，降低中和面位置的关键手段，就是合理协调进、排气口面积的比值。当进气口面积F1大于排气口面积F2时，则中和面的位置低，反之，当排气口面积F2大于进气口面积F1时，则中和面积位置高。

此厂房F1/F2=882/3726=1/4，中和面处在比较高的区域，甚至高过于天窗，导致天窗的一部分也成为了进风口。由于其h2值很小，甚至导致排气压力△P2为负值，此种情况下，尽管设置了的高大的天窗，很大的排气口面积F2，由于排气压力△P2较小，没有充分的发挥天窗的排气功能，没有取得应有的通风效果。

在厂房自然通风设计中，应合理协调进、排气口的面积，力求进气口面积不小于或大于排气口面积，对提高自然通风效果的尤为重要。

②出于车间防风霜雨雪和防盗安全等问题的考虑， 实际使用中门窗的开启数量较少，使得室内外空气流通受阻；而门窗全部开启的可能性存在一定的困难，造成通风量不满足设计及使用要求。

③F1轴线处厂房外墙皮布置了附垮建筑，厂房23轴至36轴之间只有一侧可进风，此区域无有效进风，造成此区域乃至中间跨区域气流分布不均，通风效果较差，无法满足设计风量的要求。

3 整改措施及建议

3.1 增加进风面积

根据理论分析及计算，此厂房进排风面积比达1：4，进风面积偏小，应增加进风面积，降低中和面位置，提高通风量。

在充分考虑车间防风霜雨雪和防盗安全等问题的前提下，尽量将车间外墙窗户及大门开启；在窗户下部增设可调节百叶进风窗，夏季全部开启，冬季根据实际需求可将百叶窗关闭；在窗户上部增设百叶进风口，保持开启状态。

3.2 增设送风机

针对F1轴线处厂房外墙皮布置了附垮建筑，厂房23轴至36轴之间一侧无有效进风，在附垮建筑屋顶布置送风机，对此区域进行有效送风。

3.3 合理分区

对于特大厂房通风，应根据实际情况进行通风分区计算[3]。

此厂房为多连跨厂房，即便送风面积足够大，由于跨度太大，气流组织不合理，中间跨区域通风效果依然不佳。由于厂房结构不可进行较大改造，对中间跨区域可适当增加屋顶风机进行机械排风，由于屋面自然通风器无法关闭，为防止气流短路，取消部分自然通风器。同时增设诱导风机对气流进行引导，将气流合理分布。

参 考 文 献

[1] 孙一坚.工业通风[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.

[2] 郭丰年.钢铁企业采暖通风设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1996.

[3] 孙权.特大厂房通风设计[J].武汉：湖北土木建筑协会，2009.