轮胎厂房空调系统风口选择及设计计算探讨

蒋鹏飞

(中国化学工业桂林工程有限公司，广西 桂林 541004)

在轮胎工程项目设计过程中，常常需要对高大空间厂房的空调送风气流组织进行设计和选型。根据条件来合理选择空调系统气流组织形式以及明确了解各类送风口的优缺点就成为其中一个重要的环节。现结合2014年度我司承接的正新（漳州）橡胶工业有限公司轮胎生产项目二期工程中的成型车间暖通空调设计，详细介绍气流组织及风口选型等内容。

1 工程概况

213A成型车间空调区域长84.35 m，宽78 m；车间面积6 579 m2；夏季室内要求温度（26±2）℃，相对湿度≤55%，由业主及建筑专业设计决定风口安装高度为6.5 m。风口考虑采用上送侧回风布置形式。要求所有送风口具有根据岗位位置变化调节送风角度的功能。

该项目所需夏季气象资料（漳州市）见表1。

表1 项目夏季气象资料

2 气流组织形式及风口确定

设计则是达到这“四度”要求的重要一环。

空气调节的气流组织，就是指合理的布置送风口和回风口，使得经过净化、热湿处理后的空气，经送风口进入空调房间，与室内空气进行热质交换后由回风口排出。空气的进入和排出，必然会引起室内空气的流动，形成某种形式的气流流型和速度场。速度场往往是其他场（如温度场、湿度场等）存在的基础和前提，所以不同温湿度、洁净度和不同使用要求的空调房间，应设置不同形式的气流流型和速度场与其匹配。

影响空调区内空气分布的因素有：送风口的形式和位置、送风的射流参数（如送风量、出口风速等）、回风口的位置、房间形状和功能等。其中送风口的形式、位置、送风射流的参数是主要影响因素。

对于轮胎厂常规高大空间厂房的送风口选择和布置，一般而言，其气流分布形式较多采取上送风下回风的形式，与其对应的送风风口的布置形式常见的有顶送风和侧送风二种。对于轮胎项目中高大厂房而言，空调系统送风口常用有喷口、旋流风口两种，本工程均可选用。下面介绍两种不同风口的特点及较为合理的适用场合。

喷口常用于远距离送风，其主要形式有圆形及球形两种。喷口送风的优点是射程远、送风口数量少、系统简单投资较小，常用在室温允许波动范围一定值

在空调房间中，稳定的温度、湿度、气流速度和洁净度（简称“四度”）是满足生产工艺和人体舒适要求的必要参数，也是衡量一个空调系统设计是否合格的标准。而在空调系统设计中，对房间气流组织的的高大厂房空间（如轮胎厂成型工段）、高大厂房空间内需进行岗位送风降温（轮胎厂炼胶车间、硫化工段等 ）以及较大空间的公共建筑中等。

旋流风口送出的旋转射流诱导比大，风速和温度衰减快，因此常用在换气次数较高、送风温度较低、对紊流度和风速要求很高的场所、公共建筑高大空间等。旋流风口主要采用顶部安装、地板下出风式安装、侧面下部安装的方式。

无论考虑选择哪一类送风口，其风口都应满足夏季、冬季和过渡季节这三种不同工况下的送风要求。

根据以上两种风口的特点，结合本项目业主提出的成型车间需要岗位处有风感的要求，最终采用球形喷口为成型工段送风口，以上送下回（顶送风）这种气流组织形式更为合理。

3 气流组织形式设计计算

3.1 负荷与风量

该项目室内计算得热量主要包括：①通过围护结构传入的热量；②透过外窗进入的太阳辐射热量；③人体散热量；④照明散热量；⑤设备、器具、管道及其他内部热源散热量。

根据上述各项得热量计算得出该厂房夏季空调室内冷负荷为700 kW。随后根据表2，选择合适的送风温差。

表2 工艺性空气调节的送风温差 ℃

根据表1要求，成型工段室温（26±2）℃，则送风温差可在≤15℃内选择，虽然送风温度与室内温度差值越大，送风量越小，就越经济，但值得注意的是送风温度不能低于室内空气露点温度，否则风口附近容易结露。故结合实际情况，设定送风温差Δt=9℃，送风温度为17℃。

绘制焓湿图，根据参数画出室内空气状态点N，通过N点做热湿比线，绘制送风状态点O，计算出混合点C（如图1所示）。

根据焓湿图（图1）得出表3，并由此得出各点所需的计算状态参数，包括：

hn:室内状态点焓（干空气）=52.66 kJ/kg；ho:送风状态点焓（干空气）=43.44 kJ/kg。

根据送风状态点参数计算风量：

图1 焓湿图

表3为室内多状态点参数。

表2 各状态点参数

夏季送风量考虑系统可能的漏风及峰值负荷后，最终选择4台组合机组送风，每台风机额定风量为60 000 m³/h，最大提供风量 240 000 m³/h。

3.2 风口选型

根据建筑平面特点以及业主提供对车间内岗位位置送风要求，每台组合式空调机组风管设置25个圆形喷口，每个喷口的送风量为2 400 m³/h（如图2所示）。

根据车间内风管标高计算出喷口垂直向下送风的射程x=6.5 m-2 m=4.5 m。其中6.5 m为喷口高度，2 m为工作区域高度。

预选直径ds=400 mm的顶送可调球形喷口，求得喷口送风速度vs：

根据求得的vs，计算出阿基米德数：

将上述数值带入非等温射流轴心速度衰减计算公式，并取圆形喷口的Kp=5.0，则有

式中：Kp为射流常数，则有，射流末端的轴心风速（末端送风口风速）为：

一般而言，风速小于0.5 m/s时基本无风感，而计算出该风口气流末端风速大于0.5m /s，工作区有轻微风感，符合业主要求，并对于夏季以降温为主的工艺性空调完全满足要求。

由此得出最终结果为：每台机组风管设置25个Φ400喷口，单个风口平均风量为2 400 m³/h。

3.3 运行效果

该项目已于今年建成运行，在对该单项空调系统运行实际检测中，测得末端送风风速为0.6～0.75 m/s，岗位处有轻微风感，满足工艺空调夏季温度要求的同时满足了业主使用要求。

图2 成型工段风管平面图纸（局部）

4 喷口送风设计中应注意的问题

（1）由于喷口送风具有射程远、系统简单和投资相对节省的特点，适用于以下建筑的空调系统：建筑高度一般在6 m 以上，跨距大、室温允许波动范围一定值的高大厂房空间以及需设置岗位送风的高大厂房等建筑。

（2）喷口送风出口风速宜取 4～8 m/s，若风速太小不能满足射程要求，风速过大在喷口处会产生较大噪音。当对噪音要求不高时，最大可取到 10 m/s。

（3）喷口安装高度不宜低于空调空间的1/2。

（4）喷口送风风速要均匀，且每个喷口的风速要接近相等，因此连接喷口的风道应设计为均匀风管或等截面（风管要起静压箱作用）风管。

（5）喷口的风量应能调节，有可能的话应使喷口的角度可调，以满足冬季送热风时的要求。

5 结语

本文对轮胎厂房高大空间室内送风口布置时需要考虑的气流组织要求、射流风口产品的结构功能特点、射程、选型确定等问题进行了分析，对气流组织设计和喷口射流参数进行了计算，并对喷口送风设计中应注意的问题等进行了叙述，对今后类似的设计任务，例如厂房内岗位送风、风管定位较高车间时风口的设计选型、计算复核等具有一定的参考价值。

参考文献：

[1] 全国民用建筑工程设计技术措施.暖通空调.动力 [M].北京：中国计划出版社，2009.

[2] 实用供热空调设计手册第二版下册. 中国建筑工业出版社.

[3] 全国勘查设计注册公用工程设备工程师暖通空调专业教材.中国建筑工业出版社.

[4] 采暖通风与空气调节设计规范. GB50019—2003.