可調旋流送風口在高架庫空調系統的應用分析

易學慶孫浩苑玲玲甘承軍張艷法

1安徽中煙工業有限責任公司2中國五洲工程設計集團有限公司

3北京克蘭茨技術有限公司

可調旋流送風口在高架庫空調系統的應用分析

易學慶1孫浩2苑玲玲2甘承軍3張艷法3

1安徽中煙工業有限責任公司2中國五洲工程設計集團有限公司

3北京克蘭茨技術有限公司

高架庫逐漸成為現代物流業的重要設施。針對卷煙廠具有溫濕度精度要求的高架庫，由于庫內空間較高，存在溫度梯度等特點，本文以蕪湖卷煙廠輔料高架庫為例，采用一種可調旋流送風口從高架庫頂部送風、四周墻體底部回風的氣流組織方案，從設計方案、計算模擬和實際運行效果進行了說明、論述和分析。

卷煙廠 立體高架倉庫 旋流風口 溫濕度控制

0 引言

隨著現代物流技術的發展，立體高架倉庫的使用已成為貨物儲存、物流中轉的趨勢。高架庫一般利用專用的物料搬運機械進行搬運、堆垛和存取等作業，自動控制倉庫貨物的入庫、存取、出庫等整個過程，大大地提高了效率。高架庫在卷煙行業應用也較廣泛，如：卷煙輔材、成品煙絲、片煙原料等。由于卷煙行業的特殊性，對倉庫環境的溫濕度控制有一定要求，需要配置空氣調節系統。由于高架庫層高較高，易產生熱力分層，溫濕度控制的均勻性成了空調的難點[1～2]。

目前，國內煙草行業高架庫集中式空氣調節系統，為達到氣流組織均勻，庫內常用的氣流組織方式有兩種：1）沿庫房內柱子在高度方向均勻布置多點多層側送風口，沿庫房四壁墻布置多層回風口。2）在庫頂部均勻布置多個下送噴射式風口，沿庫四壁墻布置雙層百葉回風口。由于高架庫高度一般高于20m，內布多條貨架，貨架一般有十數層，貨架與貨架之間的距離僅為1.4m左右的機器人通道，這兩種氣流組織方式均存在缺陷。對于第一種氣流組織方式，當貨架上裝滿貨物時，貨物阻擋水平送風氣流的擴散，導致內部空間氣流組織不均勻。對于第二種氣流組織方式，在貨架之間的頂部噴射式送風口，夏季送風氣流與庫內空氣溫差為6～8℃，由于冷風自身有一定的沉降作用，疊加噴射風口的向下高速射流，使得冷空氣迅速達到地面聚集，庫內高度方向上存在很大的溫度梯度。

1 設計方案說明

為克服上述兩種高架庫通風空調系統的不足，筆者在蕪湖卷煙廠技改成品煙絲高架庫空調系統項目中，成功地采用了一種集中式室內環控系統。成品煙絲高架庫高21m，長79m，寬18m，由于煙絲倉庫儲存煙絲工藝要求，其室內設計參數為：溫度指標24～26℃（允差±5℃）濕度指標60%（允差±6%），空調區域各點溫度偏差≤2℃；濕度差距≤4%。

空調系統由兩臺組合式空氣處理機組（70000m3/h風量，1500Pa全壓；供冷量310kW；供熱量120kW；加濕量160kg/h）為核心，通過送風管道和回風管道與末端風口相連。氣流組織依靠頂部末端42套特殊的可調旋流送風口和四周墻壁地面處的百葉回風口完成。換氣次數4.7次/h。

這種特殊的可調旋流風口有兩大功能特點，第一，在夏季送冷風的狀態，可以實現高誘導比的水平送風，單個風口的水平覆蓋范圍如空調平面圖中的大圓圈，設計時風口的排布使單個風口的水平覆蓋范圍搭接。由于冷空氣的自然沉降作用和底部回風口的吸引作用，使得庫房內的空氣形成從上至下的均勻氣流，從而保證庫房內的氣流組織均勻。第二，在冬季送熱風狀態，可以實現超過20m的向下射流送風，同時誘導內部空氣形成上下的強烈擾動，使得熱風不會集聚在庫房上部，不會形成熱力垂直分層，再疊加底部回風口的吸引作用，從而保證庫內氣流的均勻性。

旋流風口在高架庫的部的布置平面圖，如圖1所示。

圖1 旋流風口在高架庫頂部的平面布置圖

2 氣流組織模擬分析

由于夏季送風近似于傳統的上送下回混合送風模式，在許多工程有應用實例，并且效果得到證實。而高大空間冬季熱力分層現象是一個普遍存在不易解決的問題，所以這里主要針對冬季送風工況進行模擬計算，利用Gambit軟件建立的物理模型[3～4]。

2.1 氣流組織模型詳細參數

取對稱庫房一半長度空間：長36.6m，寬18m，高21m。內部六個貨架，3m一層共6層，每層存放2m高的煙絲，貨架總高18m。

送風口型號為DD-VG-DN400-R-E，有效面積系數0.5，回風口尺寸為3m×3.2m，在倉庫南北方向墻上分別布置。

1）劃分網格。根據模型的幾何尺寸，本次模擬選用的網格劃分方案為計算區域采用邊長為50cm的四面體體網格，送風口網格加密，尺寸取10cm。網格總數約為60萬。

2）邊界條件。送風口：送風速度12.72m/s，送風溫度28.94℃，送風溫差3.94℃；回風口：設定為壓力出口；外墻：西側外墻，傳熱系數1.5W/(m·K)，室內外溫差30℃，熱流密度-45W/m2；內墻：設定為絕熱邊界；屋頂：傳熱系數1.5W/(m·K)，室內外溫差30℃，熱流密度-45W/m2；地面：熱流密度為-15W/m2。

圖2 溫度場模擬

3）數學模型：在氣流組織的工程計算中，一般采用標準k-ε兩方程模型，本次計算亦采用k-ε兩方程湍流模型進行模擬。流動和傳熱過程都受最基本的3個物理規律的支配，即質量守恒、動量守恒和能量守恒，本次采用穩態計算方法。對于固體壁面附近的流動，采用標準壁面函數來處理。采用SIMPLEC壓力和速度耦合的算法進行計算。

2.2 溫度場模擬結果

圖2為溫度場模擬結果。從圖中可以看出，X= 26.32m截面的平均溫度為24.2℃，Y=9m截面的平均溫度為24.5℃，Z=4m截面的平均溫度為24.7℃。

2.3 速度場模擬結果

圖3為速度場模擬結果。從圖中可以看出，在該氣流組織下，送風口射流距離可達到20.5m，距地0.5m，回風口風速1.24m/s。

圖3 速度場模擬

2.4 模擬結果分析

房間溫度和速度分布相關的氣流組織評價指標目前很多，它們分別從房間的熱舒適、空氣品質、通風效果和能量利用等方面對氣流組織進行評價。本次采用溫度不平均系數、速度不平均系數以及能量利用系數三個指標對冬季穩態工況下氣流組織的分布進行分析評價。

為計算溫度不平均系數和速度不平均系數，選擇高度為2.1m，6.2m，10.6m和14.8m的四個平面，在四個平面上分別再利用兩對角線上梅花設點的方法選取17個測點，由于有些測點位于煙絲儲存位置，所以最后共得到63個測點的溫度值和速度值。從而計算溫度不平均系數、速度不平均系數以及能量利用系數三個評價指標。計算結果如表1所示。

表1 氣流組織評價指標

溫度不均勻系數是表征空間溫度場的均勻性的指標，不均勻系數越小，溫度場越均勻，此次模擬結果顯示溫度不均勻系數為0.03，表明煙絲倉庫的溫度場分布均勻。

速度不均勻系數是表征空間速度場的均勻性的指標，1.14的速度不均勻系數值稍偏大，可能是由于少數測點處于距離風口較近位置，其風速與平均風速值相差較大的原因。但是結合上面得到的模擬結果分析速度場還是較為均勻的。

能量利用系數是評價氣流組織經濟型的指標，越接近于1，其經濟性越好。該氣流組織的能量利用系數值1.09較為接近1，表明其經濟型較好。

通過模擬結果分析，證明該風口布置方案可以滿足高架庫對室內環境的設計要求。

3 實際運行效果分析

為實地驗證上述環控系統應用效果，在高架庫中，水平和高低位置均勻設置十幾個溫濕度監控點，通過自控系統實時監控庫內溫濕度的變化。夏季的運行效果很好，由于篇幅限制，這里不做過多的分析。僅摘取均勻布置的六個點數據，以冬季某一典型天氣下的實際監控結果，繪制成曲線圖如下圖4、圖5所示。

圖4 高架庫冬季六點監控溫度數據圖

圖5 高架庫冬季六點監控相對濕度數據圖

根據監控結果，可以看出空間的溫濕度是很均勻的，溫度在24～26℃之間，濕度在55%～62%之間，完全滿足設計的最初要求。系統于2013年6月份投入運行至今，運行效果良好。

4 結論

對于有溫濕度要求的高架庫，需要在大空間內維持均勻的氣流分布。采用上供下回式系統設計，利用特殊的高空可變旋流風口，夏季送冷風時水平高誘導送風，冬季送熱風時變成向下的深度射流，合理地布局風口位置，做好風量匹配和平衡，是可以達到氣流均勻的要求的。同時減少空氣循環量，達到節能運行目的。

[1]汪炎平,鄭向榮.煙草行業立體高架庫恒溫恒濕空調系統氣流組織初探[J].建筑技術,2010,(4):83-85

[2]吳銳,孫煒,季杰.空調氣流組織對卷煙高大廠房內溫度場的影響[J].建筑熱能通風空調,2006,(6):45-49

[3]趙琴.Fluent軟件的技術特點及其在暖通空調領域的應用[J].計算機應用,2003,(12):424-425

[4]許登科.高大空間分層空調氣流組織的數值模擬研究[D].淮南:安徽理工大學,2006

Ana lys is of Adjus ta ble Sw irl Diffus e r Us e d in Air Conditioning Sys te m of High-Ba y Wa re hous e

YI Xue-qing1,SUN Hao2,YUAN Ling-ling2,GAN Chen-jun3,ZHANG Yan-fa3
1 China Tobacco Anhui Industrial Co.,Ltd.
2 China Wuzhou Engineering Design Group Co.,Ltd.
3 Beijing Kelanci Technologies Co.,Ltd.

High-bay warehouse has become an important facility in modern logistics system.Aiming at cigarette factory high-bay warehouse with precise temperature and humidity requirement,with some characteristics of higher warehouse space and temperature gradient,this article takes the accessory high-bay warehouse of Wuhu cigarette factory as an example,introduces an air distribution program by using an adjustable swirl diffuser to supply air from the top of high-bay warehouse and return air around the bottom of the walls.The scheme design,computational simulation and actual operating results are described,discussed and analyzed here.

cigarette factory,high-bay warehouse,swirl diffuser,temperature and humidity control

1003-0344（2015）02-100-4

2014-3-2

易學慶（1977～），男，工程師；安徽省蕪湖卷煙廠技改辦（241002）；E-mail:yixueqing@sohu.com