高大空间空调气流组织优化研究与应用

（厦门烟草工业有限责任公司 福建厦门 361000）

1 项目背景

1.1 项目概况

国内卷烟工厂制丝车间常用的空调系统气流组织方式是在格栅吊顶以上水平布置送风干管和送风支管。送风支管主要布置在车间通道和操作岗位上方，底部安装多个旋流风口向下送风，使空调气流直接吹向工作区，这就是常规的混合通风方式。

公司制丝车间建筑面积约8 726 m2，车间高度9.5 m，格栅吊顶高度7.5 m。制丝车间内现设置3 套120 000 m3/h 的全新风空调系统（K-14、K-15、K-16），3 套空调系统的空气处理机组位于制丝车间二层空调机房内。由于制丝车间空间较大，车间内空调采取岗位送风方式。气流组织方式为上部送风，送风口设置在工作人员停留时间较长区域的上方的格栅吊顶内。送风口形式为VDL/630 型旋流风口，数量共100 个。由于制丝车间空气较为浑浊，空气较为热湿，因此空调为新风形式，未设置空调回风系统（见图1）。

图1 制丝车间空调送风平面示意图

1.2 原有空调存在不足

（1）降温效果未能满足要求。空调旋流风口从6 m 以上的格栅上将空调冷风向下送到2 m 高度以下的工作区。由于车间设备散热散湿量大，造成车间在垂直方向上的温湿度梯度增大，空调冷风在下送过程中与热空气混合会产生冷热抵消。当空调气流到达工作区时已被加热，降温作用有限。

（2）扬尘量大。空调气流组织方式是从车间上部向下部送风。车间下部的烟丝粉尘、烟草以及CO2等污染物得不到排除，浓度会增加，且下沉的粉尘被再次吹起，吹向工作区域，造成二次、多次污染。车间空气品质得不到改善。

（3）能耗大。夏季，制丝车间3 套全新风空调机组必须全开，制冷能耗大，风机能耗很高，但气流组织不合理，仍不能满足车间温湿度要求，而且能源浪费极大。

鉴于以上空调系统气流组织的缺点，各地卷烟工厂都在积极寻求有行之效的解决方案。

2 研究方向

根据空调系统的使用现状，经分析，造成车间内环境温度偏高、能耗高、空气质量较差、温室不均匀的主要原因有以下几个方面：

2.1 车间气流组织效果不够好

（1）车间热湿负荷大。制丝车间采用钢网架结构，维护结构保温性能较差。制丝车间采用蒸汽进行烘丝、回潮等工序，容易产生热湿溢出。制丝车间中的大量用电设备，也源源不断的向空间散热。由于采用全新风空调，夏季空调新风负荷也较大。

（2）螺旋风口高诱导比。旋流送风口螺旋状出风，高诱导比混合周围气流，迅速向四周水平扩散，使送风与室内温差迅速消除，送风风速快速衰减。送风冷量被高大热湿空间无效消耗，造成能源浪费。

（3）气流组织不顺畅。车间空调送风基本满足车间主要过道和工作岗位处的温湿度要求，整个车间温湿度不均匀，没有送风的地方会明显感到温度差异。制丝车间空调为岗位送风，风口安装位置较高。空气从旋流风口送出后，与风口下部空气掺混强烈后温度升高，再进入工作区，使工作区温度不能满足舒适要求。另外空调系统风口布置较为分散，空调系统不能完全消除车间内的余热，也是导致车间内工作区温度偏高、工人感觉比较湿热的原因。

（4）缺少有效的排风系统。制丝车间屋面虽然设置有屋面自然通风器，但由于当地雨水较多，时有台风，为防止雨水渗入造成物料受潮损坏影响生产，屋面通风器始终处于关闭状态，因而不能起到有效通风换气、排除余热的作用。车间内设备产生的大量余热，使周围环境的空气温度升高［1］，密度减小。热空气向车间上部运动，在热空气上升的过程中不断卷吸周围空气。由于车间高度较高，上升的热空气一部分会继续上升，另一部分则由于冷却密度增加形成下降气流，重新回到工作区，同时也将热量带回工作区，导致工作区温度偏高。

2.2 粉尘、异味重新带回工作区

车间内物料在加工过程中会有部分粉尘和异味气体弥散到空气中。由于采用上部送风方式，气流向下运动，使得粉尘和异味气体主要集中在人员工作区，不能有效排出。工作区环境变差，不能满足相关卫生标准要求。

2.3 门户未及时关闭

制丝车间门户处于经常开启状态，导致室外新风无法侵入，增加室内负荷，使得车间内温度偏高。

以上分析中，车间门户未及时关闭，可以通过管理手段给予解决。粉尘、异味重新带回工作区也和空调的气流组织有显著的关联。因此，对气流组织进行研究和优化，是解决问题的关键。

3 改造方案

针对车间发热、发湿量大，空间高，旋流风口下送风进行改进分析，将车间适当分区［2］。结合现场空调系统的实际情况，提出以下改造方案：

3.1 下引K14、K16 送风支管

如图1 所示，由于原有K14、K16 主风管布置在车间的侧墙的边上，可以将主风管下引送风支管，直到车间地面附近，进行下送风。支风管沿侧墙下引，风管可以固定在侧墙上。由于送风量大，出风口可以采用静压箱的形式，扩大出风口面积，降低出风口的风速。

该方案是将经处理后的新风经送风支管沿墙送至侧墙下部的静压箱，由静压箱上的单层百叶送风口低速送至人员工作区，吸收环境空气余热后工作区温度降低。吸收余热后的空气因浮力作用上升，经上部屋面自然通风器排至室外。

3.2 保留K15 送风管不变

由于制丝车间较为宽大，采用K14、K16 的送风，送风距离未能送到车间的中间地带。因此，保留K15 送风管、送风风口不变。如车间较为闷热，则开启K15 空调，如车间温湿度在指标范围内，则K15 作为备机使用。

4 项目完成情况

根据改造方案，需优化制丝车间的空调送风气流组织，采用底部送风的气流组织方式，对原有空调系统进行局部改造，完成改造内容如下：

4.1 空调送风管道系统改造

（1）K-14、K-16 空调系统改造。关闭制丝车间内K-14、K-16 空调系统的旋流风口，在空调送风主管上接出34 根送风支管，风管规格为1 250 mm×400 mm。送风支管沿车间四周结构柱送至侧墙下部的静压箱内，静压箱规格为3 200 mm×500 mm×1 000 mm，然后经静压箱上的单层百叶风口低速送至工作区，单层百叶风口规格为3 000 mm×300 mm。部分反映较热的岗位增设独立的岗位送风点，风口采用筒型风口，由空调送风主管引出。

（2）K-15 空调系统改造。车间中部的K-15 空调送风管系统不变。部分与新增岗位送风风口位置冲突的送风口，进行拆除与封闭。K-15 空调系统平时不开，待夏季最炎热时，视车间温湿度情况才开启作为补充。

4.2 自然通风器改造

对屋面通风器执行机构和电动机构进行检修维护，使各机构能够自由、灵活运转。

为有效防止雨水通过屋面通风器进入车间，在屋面通风器附近设置雨水感应装置，并与控制中心和车间值班室连锁。当有降雨时，感应装置将电信号送至控制中心和值班室，由控制中心或值班室关闭屋面通风器的阀板，并反馈状态信号，有效防止雨水进入。

5 总结

通过本项目的开展及研究设计，成功对制丝车间空调送风系统进行了改造，并取得了成效：空调风机年节能能耗21%；空调制冷机年节约能耗17%，其中夏季节约能耗7.72%。