1、寒冷地区高大联合厂房采暖通风设计寒冷地区高大联合厂房采暖通风设计李珍贵(机械工业第一设计研究院, 安徽 蚌埠 233017) 摘 要：结合实际工程，对寒冷地区系统方案进行了比较。通过以天窗排风为主的自然通风和机械通风相结合的方式，解决屋顶风机过多带来的弊端，降低运行费用。利用热风系统作为中心区域补风，改善主生产区空气质量。采用置换通风形式，在地面上设置送风口，改善气流组织。并给出了运行效果及评价。关键词：寒冷地区 采暖通风天窗 置换通风 地沟送风 屋面采光板Heating and Ventilation Design of The Tall Unity Workshop in Cold Are
2、aFirst design & research institute,Mi china Li ZhenguiAbstract:Combined with the actual project, comparisons have been carried out on cold area system plans. By the way of integration of the natural draft through skylights and machinery ventilation, the malpractice due to too many fans has been reso
3、lved and operation cost has been reduced. Using hot blast system to supply air to the center region, the air quality in the productive area has been improved. Replacement ventilation has been adopted to establish supply-air outlet in the ground so as to improve air current organization. The movement
4、 effect and the appraisal has been given. Keywords: cold area；heating；draft skylight；replacement ventilation；air-supply through ditch；light board on the roof0 引言由于生产工艺日新月异的发展，生产厂房也逐步向轻型化、联合化的方向发展，由过去许多独立的车间发展而成各工种、各工部整合到一起的现代化联合生产厂房，在同一建筑空间内实现备料、成型、组装、调试、喷涂等各种功能，缩短建设周期，从而提高管理效率、节约运行成本。但同时由于厂房面积的扩大，对
5、采光、通风、照明带来了新的挑战，怎样做好采暖、通风的设计，成为当务之急。下面笔者结合一个实例来谈谈关于寒冷地区高大联合厂房采暖通风设计的一点体会。1 概述本工程为汽车起重机生产厂房，为中日合资企业，长 189m，宽 163m，高 15m，跨度 18m，总面积 30707m2。其中联合厂房总面积 26467m2，包括液压油缸加工部、焊接工部、装配工部、整车精饰工部、车架整体式干式喷漆室、车间管理办公用房等部分。整个车间工艺复杂、发热设备多，其中以焊接工艺与喷涂工艺所需通风量最大，自然通风只能解决周边区域的通风问题。由于面积大，进深长，如何使中心区域保持较好的通风效果，是本工程的难点之一；又由于是
6、联合作业，各工部之间没有隔断，对于有不同通风要求的区域，特别是焊接工部，产生焊烟等有害物质，小时焊条最大耗量为 1438kg，如何重点解决其通风问题是本工程的第二个难点。2 方案选择2.1 采暖热源本工程由巿政提供 0.5kg/m2的低压蒸汽，可以直接做为热源，也可交换成高温或低温热水。直接使用蒸汽做热源，可以采用蒸汽辐射及蒸汽暖风机的形式，由于蒸汽辐射及系统投资较大，且安装位置较高，维护有困难，首先被排除在甲方选择范围之外。根据多年的设计运行经验，蒸汽暖气机系统虽然在安装初期效果明显，且不需换热站，但由于蒸汽暖气机系统容易损坏，损坏后都由于维修管理不到位，致使运行一段时间后部分设备不能使用，
7、使整个系统运行性能及效率大大降低，因此舍弃了此方案。为了使系统简化，降低维护难度，保证系统稳定运行，同时便于办公部分使用同一热源，本工程采用9570热水热源方案。2.2 系统型式由于办公楼部分及液压油缸车间采用常规散热器采暖及屋顶排风自然进风的方式，因此本工程方案重点放在联合厂房主体部分的方案比较论证上。为节约运行费用，同时减少设备投资，本工程设计以自然与机械通风相结合，采暖与通风设计相结合为原则。以下叙述针对联合厂房展开。对于 9570热源，主要有热水暖气机+散热器系统及空气加热器+散热器系统可供选择，笔者从投资预算、使用效果、运行费用、维护管理等多方面进行了详细比较，两方案优缺点见表 1：
8、通过比较可以发现，一方案比二方案投资稍少，但在其它各个方面，方案二都较方案一为优，考虑到合资企业的性质，同时便于运行维护及管理，本工程选择方案二。表 1系统名称初期投资使用效果 维护难易 运行费用 安装 其他暖风机 91.93元/m 2初期较好，气流无法控制维护维修工作量大总用电量较大暖风机及屋顶送风机数量多，柱上安装，安装难度较大空气加热器102.67元/m 2可与顶部排风形成对流维护较方便便于集中管理运行费用较小机组数量小，地面安装，难度较小可作为内部区域补风3 采暖通风设计3.1 设计参数：3.1.1室外计算参数：冬季采暖-9，冬季通风-5，夏季通风 303.1.2室内设计参数：冬季采暖
9、 14，夏季通风 33 13.2 系统设计：3.2.1采暖系统设计由于车间体量较大，为避免管路过长带来的不利影响，采暖系统分为南北两个部分，散热器和空气加热器管路系统分开设置，为平衡各环路之间的水力平衡，在车间中部设置分、集水器，并设置静态平衡阀。散热器沿厂房外墙及内隔墙落地安装，系统上供上回；空气加热器沿外墙落地安装，系统上供上回，由于安装场地受限，机组做为异型，供回水管由顶部接入，并在水管上安装电动阀、除污器及相关阀门和仪表。为保证车间管道、设备、吊车、窗、柱等安装的协调，所有管道均被要求高位安装，因受到吊车轨顶限制，管道不设坡度，每 60m设自动放气阀一组 2。由于热负荷太大，仅散热器系
10、统不能维持值班采暖，因此非工作时间运行一、两台加热器加以补充。管道布置详见图 1。图 13.2.2通风系统设计联合厂房内重点通风部位为车架喷涂及焊接工部，工程中将喷涂工艺设计为干式，同时密封，屋面排放；焊接工部产生大量烟尘，且烟尘密度大，上升一定高度后会形成较稳定的悬浮层 3，难以去除。为达到投资少，使用好，成本低的目的，需对排风量、补风量、机械通风量、自然通风量等关键数据进行详细计算、比较。a、 排风系统通过按换气次数计算总通风量，夏季为 1304000m3/h,冬季为 468000m3/h；按焊条耗量计算总通风量，夏季为 1087100 m3/h，冬季为 321234m3/h；通过热平衡计
11、算(车间平均发热量为 32.7w/m2)得知按焊条耗量计算得出的结果较为合理 3。当前的工业厂房大多采用轻钢结构，屋顶和墙体均为内夹保温材料的彩钢板，因此在墙上和屋顶固定管道和设备受到很大局限，传统的自然通风系统难以实现。目前此类厂房的通风方式主要采用屋顶风机机械排风的方式 4，这种方式克服了结构方面的弱点，但其本身也有许多致命的缺陷：通风量小，几乎每100200m 2就需风机一台，投资高；由于风机较多，加之屋面处理很难保证质量，很容易发生漏水现象；运行费用高，维护困难，噪声大等等。结合我院在南方某工程使用经验，本工程决定采用以轻型电动天窗自然排风为主的通风方式。轻型屋顶天窗重量轻，适合安装于
12、钢结构屋顶；可以电动关闭，避免冬季热损失过大；结合屋脊设置，避免漏水现象；可以做成避风天窗的形式。由于天窗通风量受许多条件制约，为保证通风效果，同时解决冬季风量失控的隐患，本工程选用了部分屋顶风机作为辅助通风设施。电动天窗详见图 3。选取 0.5m高，126m 长通风天窗两个，经计算每个通风天窗为 300000m3/h，则夏季需要机械通风，通风量为487100m3/h；由于通风天窗在冬季通风量难以控制，设计在冬季状态时全部采用机械通风，其通风量为468000m3/h；两相比较，以夏季所需机械通风量为屋顶风机选择依据。b、 补风系统通过负荷计算，初选 14台 20000m3/h空气加热器，作为冬
13、季采暖用，同时兼冬夏季补风，这样，冬季补风量在 60%左右，夏季补风量在 26%左右。核算加热器出风温度为 35，符合卫生要求 2。对于喷涂室，由于其为独立局部排风，且使用时间与其它工部不同步，因此对其进行直接补风。C、气流组织设计根椐焊接电流强度，由经验公式得出烟尘最大浓度带高度在 10.2m以上 3，基本接近屋顶。因此屋顶排风机可不接风管。热风管道可以架空安装，也可采用地沟送风。对于架空方式，由于安装上的困难，断面尺寸不宜过大，因此机组风量也宜适当减少，同时对于上送风系统，风口出风温度 35略微偏低，宜适当提高。普通的架空式风口安装高度在 3.5m以上，送风风速度为 35m，因此整个通风状
14、态处于紊流或乱流区域；两排风口一般应该沿柱接至一定高度。根据多年的践经验，这种方式的效果普遍不理想，很难有效组织气流。由于近年来设计单位的转型，加上机械行业的衰落，许多项目的研究工作已经停顿，特别是焊接烟尘的治理没有太多的资料可以参考。根据笔者多年来设计机械厂房的经验，同时根据置换通风的原理，采用地沟送风的方式，力求在焊接烟尘的治理上有一点突破。风管布置详图 2。图 2利用空气加热机组将室外新风通过地沟直接送至工作区，缩短进风通路；送风口中心高度为 0.5m。由于车间内只有 200名操作工人，人均面积100m 2 ,再者夏季新风未经处理，室内外温差仅 3，因此出风口速度选用 0.9m/s，比置
15、换通风常用风速略高 5，以利于更好地将气流均匀扩散，进而形成稳定的上升气流。为不影响车间物流，地面送风口均贴墙、柱安装。送风系统详见图 3。图 3为更有效的控制有害物初始发生量，在焊接区附近按焊接操作工 2人/台设置焊烟除尘机，手动操作，就地捕集，就地排放，除尘效率达 95%。3.2.3控制系统设计屋顶风机每 4台设一启动开关，并将开关集中设置于车间内便于操作处；同时在每个屋顶风机处就地设置防雨检修开关，以利设备维护。空气加热器热水管设电动阀，以控制出风温度，同时起到防冻保护的作用，夏季时电动阀关闭。室外进风管设新风电动阀，同时为在极端低温条件下能保证室内温度，设 100%回风管并设回风电动阀
16、，新回风电动阀同时动作以保证机组风量。所有风水管控制均在机组外壳上的 CCD(带触摸屏)上进行自动或手动操作。通风屋脊每 3m设一电动操作机构，夏季开启，冬季关闭。4 使用效果车间投产两年（包括两个采暖季）以来，采暖通风系统运转正常，达到设计要求。通过设计回访和现场满负荷运行考察，车间内没有出现明显焊接烟尘聚集区，中心区空气质量满足生产和生活需要。值得一提的是屋顶采光带在保证室温方面作用显著，现场测试表明，在有太阳的条件下，当工作时间室外气温为 3，供回水温度为 7050，即使不运行热风系统，车间温度也可以维持在 16以上。5 结束语在寒冷地区高大厂房的采暖通风系统设计中,排风宜采用自然与机械
17、系统相结合的原则以降低初始投资和运行费用；进风采用热风与补风系统相结合的原则,以改善中心区域生产环境；根据置换通风原理采用地面送风方式，改善气流组织；寒冷地区采暖负荷计算一定要对通过屋面采光板的热辐射作用加以考虑。工程设计在方案阶段就应该多与建设方接触，取得统一意见。本工程由于采用地沟送风，会和设备基础，柱基及平车轨道发生矛盾，同时可能影响横向交通，这就需要与甲方多沟通，向他们详细介绍各方案的优劣，并与工艺专业协调，供甲方做出最佳选择。参考文献1采暖通风与空气调节设计规范 GB50019-20032机械工厂采暖通风与空气调节设计规范 JBJ10-963第一机械工业部第一设计研究院 机械制造工厂采暖通风设计手册 北京 机械工业出版社 19694陆耀庆 供暖通风设计手册 北京 中国建筑工业出版社 19905李强民 邓峥 通风新概念置换通风 建筑科技与市场 电子版第 1期（1999.01)
