工业高温厂房中工位空调的应用

刘 欢

(中益诚达建设集团有限公司,河北 唐山 063000)

1 工位送风空调与整体降温空调的比较

随着人们生活水平的提高,人们对生产生活环境质量也越来越重视,空调作为日常生活中常见的改善环境的设备也就经常出现在生产生活场所中。但是对于高大空间工业厂房来说,往往空调区域仅仅在下部空间或少数几个工位及检修通道,而上部空间不需要空调,甚至对于有工艺要求的车间厂房需要设备维持某一高温温度,因此不能采用厂房整体降温的方法来满足人员舒适的要求,而且这种做法也存在缺点:

1)采用厂房整体降温的措施既不经济也不节能;

2)对于有工艺温度要求的厂房会影响产品质量;

3)冷风到达人的呼吸区距离长,空气品质较差;

4)不便于工位人员根据自身的实际情况进行自主调节,舒适性较差。

相比较而言工位送风是一种相对节能的降温方式,舒适性也相对较高。工位送风他能改变局部范围内的空气参数,在局部工作区域形成一个小气候,从而达到通风降温的效果。其次:

1)工位送风空调冷风到达人的呼吸区距离短,空气龄较小,因此空气品质也比较好;

2)工位送风可根据个人自身感官去调节适合自己的风量、风向及温度,进一步提高了舒适性;

3)对于有工艺生产要求的厂房,工位送风形成的局部小气候不会影响整个生产流程,因此产品的质量也不会受到影响,因而工位送风能在保证产品质量的基础上提高人员的舒适性;

4)一般工位送风空调出风口设定的温度较高,且人员离开岗位时可随之关闭工位送风口,在一定程度上又降低了空调的运行能耗低。

因此,对于工艺要求保证夏季局部人员活动地区舒适性环境的厂房,采用工位送风空调的方式因送冷风射流自然下沉特性[1],既能够有效地降低工作区域的温度,保持一个舒适的工作环境,达到节能的目的,又能保证生产工艺不受影响。

2 工位送风空调的技术要求

在工作人员长期停留的工作地点,当热环境达不到卫生标准的要求或其热辐射强度大于等于350 W/m2时,应采取局部送风措施,来降低工作地点的温度,以改变工作地点的空气环境,降低辐射热对人体的影响,提高工作人员的舒适性。

采用工位送风空调来降低工作环境温度时,冷风的送风风速比较关键,当所取风速过大时容易造成人员的“吹风感”会引起不舒适的感觉,当风速过低时,冷风不能顺利送达人员工作的区域,不能达到降温隔热的作用,因此,送风风速的选取也是很关键的,一般来说,轻劳动工作地点的风速宜取2～3 m/s,中劳动工作地点的风速宜取3～5 m/s,重劳动工作地点的风速宜取4～6 m/s[3]。

工位送风空调的送风口宜采用旋转送风口,当工作人员活动范围较大时,方便调节送风方向,也可以根据工作位置的的变化改变空调送风位置,提高自主调节性。尤其是检修通道的工位送风空调,人员检修设备时往往位置变化较频繁,如采用固定风向的风口,容易造成工作区域温度并不能有效地降低,即降低了人员的舒适度,也会造成一定的能源浪费。

医学研究证明,送风气流自上而下或是从一边吹向人体时,人体前部和背部均能均匀的受到降温作用。因此,工位送风气流宜从人体的前侧上方倾斜向下吹到头、颈和胸部,也可以从上向下垂直送风[3],这样能更好的起到降温作用,也能让工作人员感觉到更舒适。送风气流方向严禁背后倾斜吹向人体躯干,因为大部分工作面是在人体的前方,这样会导致受热面吹不到风,从而温度降不下来,而后背迎着冷风,导致“前热后冷”,起不到降温作用反而引起人的不舒适感。

采用工位送风时,送风气流的宽度不宜太大,一般情况,使操作人员被包围在送风气流中为宜,这样效果较好,而且相对节能。一般情况下,送风气流到达人体的宽度可取1 m,当劳动强度较轻时为节约投资,可适当较少,同样的,当劳动强度较大时,为了更好的改善局部环境,提高人体舒适性,送风气流宽度可适当加大。

3 工位送风空调计算

以某公司硅橡胶车间厂房为例简单介绍一下工位送风空调的计算步骤:

某硅业公司一硅橡胶车间厂房长48.5 m,宽30 m,高9 m,建筑面积为1 455 m2,如采用整体降温的方法则需要523.8 kW的冷负荷,而该厂房仅有7个工位,且相对集中,如对厂房进行整体降温则会造成极大的能源浪费。因此初步设计方案为进行局部降温,采用局部送风的方法达到降温目的,因厂房辐射照度、厂房相对湿度等部分参数甲方暂不能提供,所以进行了以下估算:

1)根据甲方提供的设备区域的温度利用黑体辐射基本定律计算黑体辐射力来作为厂房辐射照度的参考:

厂房设备区域(工位附近)的温度为50 ℃左右,则黑体辐射力为:Eb=Co(T/100)4=5.67×[(273+50)/100]4=617.15 W/m2。按照甲方要求工作地点的夏季送风温度取30 ℃,工作劳动强度为轻度劳动,工作地点的平均风速取1.5 m/s。

2)根据甲方提供的图纸及需局部送风的位置(即工位位置),送风口至工作地点的距离S取1.5 m,因操作范围较大,因此送风口选择旋转送风口,经过多次风口试算,取最优试算结果:旋转送风口500×453 mm送风口,当量直径do=0.524 m,有效面积Fo=0.216 m2(选自国家标准图集《风口的选用安装》(10K121))则:

①工作地点的气流宽度为:

ds=6.8(as+0.145do)=6.8×(0.087×1.5+0.145×0.524)=1.4 m

②送风口的出口风速:

根据工作地点的气流宽度及工作地点的宽度(取1.0 m),通过查图得出相应的系数b=0.18,c=0.27,则送风口的出口风速为:

vo=vg/b(as/do+0.145)=1.5/0.18×(0.087×1.5/0.524+0.145)=3.28 m/s

③每个工位的送风量为:

L=3 600×Fo×vo=3 600×0.216×3.28=2 550m3/s

④送风口的出口温度:

工作地点周围的室内温度取40 ℃则:

to=tn-(tn-tg/c)(as/do+0.145)=40-(40-30)/0.27×(0.087×1.5/0.524+0.145)=25.4 ℃

⑤单个工位的空气耗冷量:

厂房的空气相对湿度取40%,则由送风温度及相对湿度送风口空气焓通过查i-d图可得:io=46.3 kJ/kg,同理可查得进风机空气焓ig=88.6 kJ/kg,则单个工位的空气耗冷量为:

Qo=Lρ(ig-io)/3 600=2 550×1.2×(88.6-46.3)/3 600=31.725 kW

式中各字母代表的意义为:

ds—送至工作地点的气流宽度,m;

a—风口的紊流系数,对于旋转送风口,采用0.087;

s—送风口至工作点的距离,m;

d0—圆形送风口直径,可采用送风口至工作地点距离的20%～30%,m;

v0—送风口的出口风速,m/s;

vg—工作地点的平均风速[2],轻作业2～4 m/s,中作业3～5 m/s,重作业5～7m/s;

b—系数;

L-送风量,m3/h;

F0—送风口的有效截面积,m2;

t0—送风口的出口温度,℃;

tn—工作地点周围的室内温度,℃;

tg—工作地点温度,℃;

c—系数;

Q0—耗冷量,kW;

ig—风口空气焓,kJ/kg;

i0—进风机空气焓,kJ/kg。

dE—工作地点的宽度;dx—送至工作地点气流宽度图1 系数b和c

上述计算过程,是根据已知的各项参数及工作送风适宜的风速、 气流宽度、 工作面宽度试算求得的,在进行工位送风空调计算时,需要进行试算,最后取最优的结果,这样才能保证既满足工位送风要求,有能最大限度的节约能源,实现设计方案的最优化。

由上述计算过程及结果可知采用工位送风空调整个厂房所需冷量为:31.725×7=222.08 kW,比传统的将整个厂房降温空调节约57.6%的能源。因此,采用工位送风空调,既使人员工作的地方提高了舒适性,又节约了大部分能源。改善了工作地点环境,使该工作地点温度达到了工业企业卫生标准要求。

通过两年时间的使用,该厂房工作区域的温度、风速等参数均达到了设计要求,运行成本较低,能有效控制工作区域温度,且使用简单、方便,而且采用的旋转送风口也避免了“前烤后寒”的现象,大大提高了舒适性。对于高大空间的厂房而言,工位送风空调系统是节能、经济、有效地空调方式,在工业高温厂房中值得推广应用。