如何保持工業(yè)車間恒溫？恒溫恒濕空調(diào)怎么設(shè)計(jì)？設(shè)計(jì)要點(diǎn)值得收藏

　　該工程為廈門市某機(jī)械工業(yè)廠房軸承清洗區(qū)的一間恒溫室設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)參數(shù)要求如下：房間吊頂完成面凈高為3.5ｍ，房間凈尺寸為４ｍ×４ｍ；房間要求溫度為20℃，波動(dòng)幅度為±0.3℃；對(duì)濕度為40％～60％，波動(dòng)幅度為±５％；0.1～2.0ｍ高度內(nèi)同一水平面溫度變化率不超過(guò)0.3℃／ｈ，豎直方向溫度梯度無(wú)要求。

　　由于恒溫室要求溫度波動(dòng)幅度為±0.3℃，不可設(shè)置外墻，雖然大車間內(nèi)有舒適性空調(diào)，但與該恒溫室的溫差大于3℃，因此恒溫室的隔墻應(yīng)設(shè)保溫層。圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)及最小熱惰性指標(biāo)要求如表１所示。

　　設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注熱惰性指標(biāo)Ｄ，恒溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo)Ｄ是體現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度衰減倍數(shù)和延遲時(shí)間的量綱一量，Ｄ＝熱阻×蓄熱系數(shù)。越大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性就越好，越有利于減少恒溫室的溫度波動(dòng)。

　　（1）空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算

　　空調(diào)房間的全年負(fù)荷及顯熱負(fù)荷由負(fù)荷計(jì)算軟件計(jì)算所得，在此不展開(kāi)敘述。

　　（2）送風(fēng)溫差及氣流組織

　　基于恒溫室的基準(zhǔn)溫度及室內(nèi)熱濕比情況，將送風(fēng)溫差設(shè)定為３℃，氣流組織按全面孔板上送風(fēng)、下回風(fēng)設(shè)計(jì)，工作區(qū)風(fēng)速為0.20～0.25ｍ／ｓ。

　　設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行全面孔板的設(shè)計(jì)計(jì)算，具體的計(jì)算步驟如下：

　　１）確定孔板送風(fēng)風(fēng)速ｖｓ；

　　２）根據(jù)房間的顯熱冷負(fù)荷Ｑ和送風(fēng)溫差，計(jì)算送風(fēng)量Ｌｓ；

　　3）根據(jù)送風(fēng)風(fēng)速ｖｓ和送風(fēng)量Ｌｓ，計(jì)算孔口總面積ｋ及凈孔面積比ｒ；

　　４）確定孔口中心距ｌ和孔口數(shù)目ｎ；

　　５）校核工作區(qū)的最大風(fēng)速ｖｘ，并使其不大于工作區(qū)的允許風(fēng)速；

　　６）校核工作區(qū)最大軸心溫差Δｔｘ，并使該值不大于室溫允許波動(dòng)范圍；

　　７）確定穩(wěn)壓層高度ｈｗ。

　　以上設(shè)計(jì)步驟看上去一目了然，清晰明確，但該工程在進(jìn)行全面孔板的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)恰恰出現(xiàn)了問(wèn)題，問(wèn)題出現(xiàn)在第５）步，無(wú)論如何按常規(guī)規(guī)格調(diào)整孔口直徑（4～10ｍｍ），都無(wú)法得到合適的工作區(qū)風(fēng)速，計(jì)算所得的工作區(qū)風(fēng)速始終超過(guò)允許風(fēng)速0.20０～0.25ｍ／ｓ）。這表明計(jì)算的工作區(qū)最大軸心溫差Δｔｘ的結(jié)果會(huì)大于室溫允許波動(dòng)范圍，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。那么問(wèn)題究竟出在哪里呢？

　　為了得到合適的工作區(qū)最大軸心溫差Δｔｘ，筆者按上述步驟進(jìn)行了逆向校核計(jì)算，具體做法如下：

　　１）假設(shè)工作區(qū)的最大風(fēng)速ｖｘ滿足設(shè)計(jì)要求，ｘ＝0.25ｍ／ｓ；

　　２）選取合適的孔口直徑ｄｓ＝８ｍｍ，確定孔板送風(fēng)出口風(fēng)速ｖｓ；

　　３）根據(jù)ｖｘ和ｖｓ算出凈孔面積比ｒ及孔口總面積ｆｋ；

　　４）根據(jù)孔口總面積ｆｋ計(jì)算出送風(fēng)量Ｌｓ；

　　５）根據(jù)送風(fēng)量Ｌｓ送風(fēng)溫差計(jì)算出房間的顯熱負(fù)荷Ｑ′。

　　將計(jì)算得到的顯熱負(fù)荷Ｑ′與原來(lái)由軟件計(jì)算所得的顯熱負(fù)荷Ｑ進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)Ｑ′比Ｑ小了許多，由此可見(jiàn)對(duì)于溫度波動(dòng)要求高的空調(diào)區(qū)域，空調(diào)負(fù)荷是受限的。為了得到合適的溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)，要根據(jù)工作區(qū)的允許風(fēng)速調(diào)整空調(diào)冷負(fù)荷，改進(jìn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方式，使得空調(diào)冷負(fù)荷滿足校核計(jì)算所需要得到的結(jié)果。

　　為了將房間的顯熱負(fù)荷調(diào)整到需要的數(shù)值，要先分析該房間顯熱負(fù)荷的組成，該工程的房間顯熱負(fù)荷Ｑ主要由以下幾部分組成：

　　１）通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量Ｑ１；

　　２）工藝設(shè)備的散熱量Ｑ２；

　　３）照明散熱量Ｑ３；

　　４）人體散熱量（顯熱）Ｑ４；

　　５）室內(nèi)沒(méi)有正壓時(shí)，滲透空氣帶入室內(nèi)的顯熱量Ｑ５。

　　以上各項(xiàng)中，第２）～４）項(xiàng)值基本不可調(diào)整，第５）項(xiàng)可以通過(guò)設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)和緩沖間來(lái)消除其影響，所以可以減少顯熱負(fù)荷的途徑只有第1）項(xiàng)。

　　該項(xiàng)目逆向校核計(jì)算得到的顯熱負(fù)荷Ｑ′＝727Ｗ，其中業(yè)主提供的工藝設(shè)備散熱數(shù)據(jù)Ｑ２＝75Ｗ，照明負(fù)荷計(jì)算值Ｑ３＝71Ｗ，人體散熱計(jì)算值Ｑ４＝188Ｗ，滲透空氣帶入室內(nèi)的顯熱量計(jì)算值Ｑ５＝０。樹(shù)上鳥(niǎo)教育暖通設(shè)計(jì)在線教學(xué)杜老師。

　　由此可以推斷出圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量最大限值Ｑ１＝393Ｗ。而圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷由樓板負(fù)荷Ｑ１－１、內(nèi)墻負(fù)荷Ｑ１－２、頂棚負(fù)荷Ｑ１－３組成。中，樓板如不采用保溫措施，按鋼筋混凝土樓面計(jì)算，傳熱系數(shù)取Ｋ＝2.72Ｗ／（ｍ２·℃），其負(fù)荷已經(jīng)高達(dá)300Ｗ。因此按保溫樓板重新試算，Ｋ降低至表１中的限值之下（Ｋ＝0.69Ｗ／（ｍ２·℃）），負(fù)荷Ｑ１－１＝77Ｗ。計(jì)算內(nèi)墻負(fù)荷時(shí)，熱系數(shù)Ｋ按表１的限值Ｋ＝0.7Ｗ／（ｍ２·℃）算，得到內(nèi)墻負(fù)荷Ｑ１－２＝332Ｗ；計(jì)算頂棚負(fù)荷時(shí)，傳熱系數(shù)按表１的限值Ｋ＝0.5Ｗ／（ｍ２·℃），＝４計(jì)算，得到頂棚負(fù)荷Ｑ１－３＝118Ｗ。三者相加得到的Ｑ１＝77Ｗ＋332Ｗ＋118Ｗ＝527Ｗ＞93Ｗ，不能滿足要求，圍護(hù)結(jié)構(gòu)還需進(jìn)行改進(jìn)。

　　由此提出設(shè)置空調(diào)隔間的方案，空調(diào)隔間設(shè)計(jì)溫度取２０℃，與恒溫間無(wú)溫差傳熱，恒溫間內(nèi)墻無(wú)傳熱。這樣處理之后Ｑ１＝77Ｗ＋118Ｗ＝195<Ｗ393Ｗ，顯熱負(fù)荷滿足要求，工作區(qū)的最大風(fēng)速及工作區(qū)最大軸心溫差均滿足要求。具體做法如圖１～３所示。

　　１）高精度空調(diào)恒溫室（波動(dòng)幅度為±0.5℃下）設(shè)計(jì)計(jì)算冷負(fù)荷時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)Ｋ及熱惰性指標(biāo)Ｄ。可采用逆向校核計(jì)算法先算出冷負(fù)荷的最大限值，進(jìn)而采取措施減少冷負(fù)荷。該工程中設(shè)置的空調(diào)隔間及緩沖前室就是為了減少進(jìn)入恒溫室的傳熱量而采取的有效措施，調(diào)隔間及緩沖前室的存在隔絕了周邊環(huán)境對(duì)恒溫間的影響，形式簡(jiǎn)單、施工方便、效果明顯。

　　２）高精度空調(diào)恒溫室建立合理氣流組織是保證溫度波動(dòng)幅度的重要措施，不可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為一味地增大房間換氣次數(shù)就可以保證恒溫狀態(tài)。恰恰相反，盲目地增加換氣次數(shù)，導(dǎo)致工作區(qū)風(fēng)速過(guò)大，度波動(dòng)幅度無(wú)法保證，只有盡量減少恒溫室的空調(diào)冷負(fù)荷，減少恒溫室的送風(fēng)量，形成合理的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)，才是減小溫度波動(dòng)幅度的有效途徑。

　　３）高精度空調(diào)恒溫室是精細(xì)化的工程，需要設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和反復(fù)推敲，同時(shí)也要關(guān)注建筑、電氣等相關(guān)專業(yè)的參數(shù)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響，兼顧施工過(guò)程可能遇到的難點(diǎn)，方能使項(xiàng)目達(dá)到預(yù)期的效果。

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