輪胎廠房空調系統風口選擇及設計計算探討

蔣鵬飛

(中國化學工業桂林工程有限公司，廣西 桂林 541004)

在輪胎工程項目設計過程中，常常需要對高大空間廠房的空調送風氣流組織進行設計和選型。根據條件來合理選擇空調系統氣流組織形式以及明確了解各類送風口的優缺點就成為其中一個重要的環節。現結合2014年度我司承接的正新（漳州）橡膠工業有限公司輪胎生產項目二期工程中的成型車間暖通空調設計，詳細介紹氣流組織及風口選型等內容。

1 工程概況

213A成型車間空調區域長84.35 m，寬78 m；車間面積6 579 m2；夏季室內要求溫度（26±2）℃，相對濕度≤55%，由業主及建筑專業設計決定風口安裝高度為6.5 m。風口考慮采用上送側回風布置形式。要求所有送風口具有根據崗位位置變化調節送風角度的功能。

該項目所需夏季氣象資料（漳州市）見表1。

表1 項目夏季氣象資料

2 氣流組織形式及風口確定

設計則是達到這“四度”要求的重要一環。

空氣調節的氣流組織，就是指合理的布置送風口和回風口，使得經過凈化、熱濕處理后的空氣，經送風口進入空調房間，與室內空氣進行熱質交換后由回風口排出。空氣的進入和排出，必然會引起室內空氣的流動，形成某種形式的氣流流型和速度場。速度場往往是其他場（如溫度場、濕度場等）存在的基礎和前提，所以不同溫濕度、潔凈度和不同使用要求的空調房間，應設置不同形式的氣流流型和速度場與其匹配。

影響空調區內空氣分布的因素有：送風口的形式和位置、送風的射流參數（如送風量、出口風速等）、回風口的位置、房間形狀和功能等。其中送風口的形式、位置、送風射流的參數是主要影響因素。

對于輪胎廠常規高大空間廠房的送風口選擇和布置，一般而言，其氣流分布形式較多采取上送風下回風的形式，與其對應的送風風口的布置形式常見的有頂送風和側送風二種。對于輪胎項目中高大廠房而言，空調系統送風口常用有噴口、旋流風口兩種，本工程均可選用。下面介紹兩種不同風口的特點及較為合理的適用場合。

噴口常用于遠距離送風，其主要形式有圓形及球形兩種。噴口送風的優點是射程遠、送風口數量少、系統簡單投資較小，常用在室溫允許波動范圍一定值

在空調房間中，穩定的溫度、濕度、氣流速度和潔凈度（簡稱“四度”）是滿足生產工藝和人體舒適要求的必要參數，也是衡量一個空調系統設計是否合格的標準。而在空調系統設計中，對房間氣流組織的的高大廠房空間（如輪胎廠成型工段）、高大廠房空間內需進行崗位送風降溫（輪胎廠煉膠車間、硫化工段等 ）以及較大空間的公共建筑中等。

旋流風口送出的旋轉射流誘導比大，風速和溫度衰減快，因此常用在換氣次數較高、送風溫度較低、對紊流度和風速要求很高的場所、公共建筑高大空間等。旋流風口主要采用頂部安裝、地板下出風式安裝、側面下部安裝的方式。

無論考慮選擇哪一類送風口，其風口都應滿足夏季、冬季和過渡季節這三種不同工況下的送風要求。

根據以上兩種風口的特點，結合本項目業主提出的成型車間需要崗位處有風感的要求，最終采用球形噴口為成型工段送風口，以上送下回（頂送風）這種氣流組織形式更為合理。

3 氣流組織形式設計計算

3.1 負荷與風量

該項目室內計算得熱量主要包括：①通過圍護結構傳入的熱量；②透過外窗進入的太陽輻射熱量；③人體散熱量；④照明散熱量；⑤設備、器具、管道及其他內部熱源散熱量。

根據上述各項得熱量計算得出該廠房夏季空調室內冷負荷為700 kW。隨后根據表2，選擇合適的送風溫差。

表2 工藝性空氣調節的送風溫差 ℃

根據表1要求，成型工段室溫（26±2）℃，則送風溫差可在≤15℃內選擇，雖然送風溫度與室內溫度差值越大，送風量越小，就越經濟，但值得注意的是送風溫度不能低于室內空氣露點溫度，否則風口附近容易結露。故結合實際情況，設定送風溫差Δt=9℃，送風溫度為17℃。

繪制焓濕圖，根據參數畫出室內空氣狀態點N，通過N點做熱濕比線，繪制送風狀態點O，計算出混合點C（如圖1所示）。

根據焓濕圖（圖1）得出表3，并由此得出各點所需的計算狀態參數，包括：

hn:室內狀態點焓（干空氣）=52.66 kJ/kg；ho:送風狀態點焓（干空氣）=43.44 kJ/kg。

根據送風狀態點參數計算風量：

圖1 焓濕圖

表3為室內多狀態點參數。

表2 各狀態點參數

夏季送風量考慮系統可能的漏風及峰值負荷后，最終選擇4臺組合機組送風，每臺風機額定風量為60 000 m3/h，最大提供風量 240 000 m3/h。

3.2 風口選型

根據建筑平面特點以及業主提供對車間內崗位位置送風要求，每臺組合式空調機組風管設置25個圓形噴口，每個噴口的送風量為2 400 m3/h（如圖2所示）。

根據車間內風管標高計算出噴口垂直向下送風的射程x=6.5 m-2 m=4.5 m。其中6.5 m為噴口高度，2 m為工作區域高度。

預選直徑ds=400 mm的頂送可調球形噴口，求得噴口送風速度vs：

根據求得的vs，計算出阿基米德數：

將上述數值帶入非等溫射流軸心速度衰減計算公式，并取圓形噴口的Kp=5.0，則有

式中：Kp為射流常數，則有，射流末端的軸心風速（末端送風口風速）為：

一般而言，風速小于0.5 m/s時基本無風感，而計算出該風口氣流末端風速大于0.5m /s，工作區有輕微風感，符合業主要求，并對于夏季以降溫為主的工藝性空調完全滿足要求。

由此得出最終結果為：每臺機組風管設置25個Φ400噴口，單個風口平均風量為2 400 m3/h。

3.3 運行效果

該項目已于今年建成運行，在對該單項空調系統運行實際檢測中，測得末端送風風速為0.6～0.75 m/s，崗位處有輕微風感，滿足工藝空調夏季溫度要求的同時滿足了業主使用要求。

圖2 成型工段風管平面圖紙（局部）

4 噴口送風設計中應注意的問題

（1）由于噴口送風具有射程遠、系統簡單和投資相對節省的特點，適用于以下建筑的空調系統：建筑高度一般在6 m 以上，跨距大、室溫允許波動范圍一定值的高大廠房空間以及需設置崗位送風的高大廠房等建筑。

（2）噴口送風出口風速宜取 4～8 m/s，若風速太小不能滿足射程要求，風速過大在噴口處會產生較大噪音。當對噪音要求不高時，最大可取到 10 m/s。

（3）噴口安裝高度不宜低于空調空間的1/2。

（4）噴口送風風速要均勻，且每個噴口的風速要接近相等，因此連接噴口的風道應設計為均勻風管或等截面（風管要起靜壓箱作用）風管。

（5）噴口的風量應能調節，有可能的話應使噴口的角度可調，以滿足冬季送熱風時的要求。

5 結語

本文對輪胎廠房高大空間室內送風口布置時需要考慮的氣流組織要求、射流風口產品的結構功能特點、射程、選型確定等問題進行了分析，對氣流組織設計和噴口射流參數進行了計算，并對噴口送風設計中應注意的問題等進行了敘述，對今后類似的設計任務，例如廠房內崗位送風、風管定位較高車間時風口的設計選型、計算復核等具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1] 全國民用建筑工程設計技術措施.暖通空調.動力 [M].北京：中國計劃出版社，2009.

[2] 實用供熱空調設計手冊第二版下冊. 中國建筑工業出版社.

[3] 全國勘查設計注冊公用工程設備工程師暖通空調專業教材.中國建筑工業出版社.

[4] 采暖通風與空氣調節設計規范. GB50019—2003.