厂房加热设备对非加热区的热扰影响分析

刘婷 沈致和

合肥工业大学土木与水利工程学院

厂房加热设备对非加热区的热扰影响分析

刘婷 沈致和

合肥工业大学土木与水利工程学院

利用DeST软件，对工业厂房中加热设备加热时对空调区域非加热基础车间的基础室温进行模拟与计算，分别计算加热车间在不同排气次数和使用不同厚度的内围护结构时空调区非加热车间的基础室温，并进行比较与分析如何减少加热设备对其他区域的热扰影响。

DeST加热设备 基础室温 热扰

0　引言

工业建筑相对于其他建筑，具有能耗大、环境控制要求高、设备发热量多、影响因素复杂等特点[1]，由于其独特的建筑特点，以及对生产工艺不同程度的温湿度控制要求，工业厂房中空调系统设计是否合理成为影响工艺生产条件的重要因素之一。在生产用厂房中，设备散热产生的冷负荷占空调系统总冷负荷中相当大的一部分。因此，对于大功率散热设备如何尽量减少其对车间其他区域的热扰影响，从而减小空调系统总能耗是工业建筑设计时值得考虑的问题。

本文通过对合肥地区一个实际的工程项目进行分析，采用分层空调技术[2]，利用DeST软件进行模拟与计算，说明设备热扰对车间基础室温和空调系统能耗的影响，对加热车间分别采用不同排热次数和围护结构厚度进行计算，分析得到降低设备热扰影响的合理措施。

1　建筑模型

1.1建筑概况

该项目位于合肥市，新建生产车间建于原有厂房内部，尺寸为60m（长）×31m（宽）×23m（高）。其中，C、F、G区域较主体车间有更高的温湿度要求，采用带窗彩钢板与车间主体隔离开，空气洁净度要求为不低于ISO 9级别，尺寸分别为12m（长）×14m（宽）×4.5m（高），14m（长）×14m（宽）×4.5m（高），14m（长）×14m（宽）×6m（高），F、G区域为加热车间，工作温度可达到50℃，但不同时工作。根据生产特点，整个生产车间操作人员数约为15～20人，设定每个区域为5人，工作时间按照两班制设置。设计要求6.5m以下空间进行温湿度的控制，分层空调高度取7m[3]。建筑围护结构性能参数如表1。本文假定F区加热设备工作，使用DeST-C软件建立的建筑模型如图1。

表1　建筑围护结构性能参数

图1　建筑模型

1.2空调主要设计要求

1）车间总体。温度：冬季19±3℃，夏季25±3℃；湿度：≤70%

2）C、F、G区域。温度：22.5±2℃；湿度：≤60%

3）C、F、G区域较车间总体为正压差，压差≮10Pa；主车间较室外环境为正压差，压差≮5Pa。

根据项目特点，空调季设定日期为5月15日～10月15日，11月15日～4月15日。

2　送排风计算

根据项目设计要求，对车间进行全室排风，加热车间需进行排热排风，排风次数根据经验系数一般可取4～6次/h，而在具体项目中则需要根据实际要求进行计算：

式中：G为排风量，m3/h；V为房间体积，m3；n为排风次数，次/h。

压差风量是用来维持室内一定正负压差所需要的风量，在此根据经验换气次数法确定，基础车间取0.9次/h，C、F、G区取2.2次/h。

按照洁净厂房设计规范中对新风量取值的要求，新风量取下面两者中的大值：1）补偿室内排风量和保持室内正压所需新鲜空气量之和；2）保证室内每人新风不少于40m3/h[4]。采用不同排气次数时，对C、F、G区和基础车间的排风量和新风量的计算分别如表2～4。

表2　换气次数取4次/h时的排风量和新风量

表3　换气次数取5次/h时的排风量和新风量

表4　换气次数取6次/h时的排风量和新风量

3　模拟计算

3.1换气次数的影响

根据不同排气次数计算得到的新风量值，使用DeST-C软件，分别模拟计算得到三种情况下的基础车间的全年逐时基础室温，并进行比较，如图2。根据基础室温计算结果分别进行空调系统冷热负荷计算，计算结果如表5。

图2　不同换气次数对基础车间室温的影响

表5　不同换气次数空调系统负荷统计

3.2加热车间隔板不同厚度的影响

加热车间在加热时相当于一个高温热源，由于内围护结构在设计时考虑较少，传热系数一般较大，通过内墙的传热量也占了空调系统负荷的一大部分。因此选择合适的隔板材料与厚度才能降低加热区对其他区域的热扰影响。在此分别使用50mm厚、100mm厚、150mm厚夹芯彩钢板进行模拟计算，传热系数分别为0.916W/(m2·K)、0.512W/(m2·K)、0.355W/(m2·K)。三种情况下，得到基础车间基础室温最大值全天逐时温度如图3，根据三种情况下计算的基础室温计算得到的空调系统的冷热负荷统计见表6。

图3　加热间不同壁厚对基础车间基础室温的影响

表6　加热间不同壁厚空调系统负荷统计

4　结论

对以上计算结果进行分析比较，可得到：

1）加热车间的排气次数对车间非加热区域有较大的影响，排气次数越大，加热间排热量越大，对基础室温热扰影响越小，同一时刻的最高温度差值可达到10℃，但较大的排气量使空调系统总负荷也分别增加了7.3%和18.2%；

2）对加热车间使用不同厚度的彩钢板时，非加热车间的基础室温在同一时刻的最高温度差值也可达到10℃，使用150mm厚彩钢板时加热间对其他区域的热扰影响最小，但三种厚度隔板的空调系统热湿负荷基本一致，不能明显降低空调系统能耗值。

通过上述模拟计算分析发现，在有较大发热量的加热车间中，可以通过提高加热车间排热次数和增大加热车间围护结构厚度来减小对空调系统非加热区域的热扰影响。但排热次数的增大会增加空调系统的负荷，加热车间围护结构厚度的增大会导致项目初投资成本的增加，因此，应根据具体项目的温湿度要求、洁净度等级要求和实际情况取定相关数值，在条件允许时合理利用自然通风与机械辅助自然通风，尽可能减小设备热扰造成的影响，降低空调系统的能耗值。

[1]闫海仙.工业建筑节能研究——以某印业公司印刷车间暖通空调能耗为例[D].太原:太原理工大学,2012

[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1993

[3]邹月琴,王师白.高大厂房分层空调负荷计算问题[J].制冷学报, 1983,(4):49-56

[4]洁净厂房设计规范(GB50073-2013)[S].北京:中国计划出版社, 2013

Analysis of Thermal Disturbance of Heating Equipment on Non Air Conditioning Area in a Factory Building

LIU Ting,SHEN Zhi-he
School of Civil and Hydraulic Engineering,Hefei University of Technology

With the help of DeST software,the room base temperature of non-heating air conditioning area in a factory building was simulated and calculated by the affect of heating equipment with different exhaust times and thickness of heating workshop’s enclosing structure.Finally,the results were used to compare and analyze that how to reduce the thermal disturbance caused by heating equipment.

DeST,heating equipment,room base temperature,thermal disturbance

1003-0344（2015）06-061-3

2014-7-9

刘婷（1990～），女，硕士研究生；合肥工业大学南区土木与水利工程学院（230009）；E-mail:921856566@qq.com