申要飛

(河南大明建筑設(shè)計有限公司，河南鶴壁 458030)

工業(yè)廠房通風(fēng)設(shè)計探析

申要飛

(河南大明建筑設(shè)計有限公司，河南鶴壁 458030)

對自然通風(fēng)及機械通風(fēng)的基本原理進(jìn)行了簡要介紹，并結(jié)合鶴壁富士康工業(yè)廠房通風(fēng)設(shè)計的實例，著重從建筑朝向選擇、氣流組織、通風(fēng)設(shè)備選擇等方面進(jìn)行了分析，以期為工業(yè)廠房通風(fēng)設(shè)計做出有益的探索。

工業(yè)廠房，通風(fēng)，氣流，設(shè)計

0 引言

近些年來，隨著祖國各地的經(jīng)濟發(fā)展，工業(yè)廠房也在全國各地遍地開花。工業(yè)廠房種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其工藝特點差異較大，故每類車間的通風(fēng)方式也不盡相同。隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，機加工，涂裝，裝配沖壓等功能的工業(yè)聯(lián)合廠房有了快速發(fā)展，大大提高了土地的使用率和生產(chǎn)效率，成為工業(yè)建筑發(fā)展的新方向。而機加工，焊接等生產(chǎn)方式產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)大于其他生產(chǎn)方式，故本文就以機加工車間為例對廠房通風(fēng)設(shè)計進(jìn)行分析。廠房通風(fēng)有自然通風(fēng)和機械通風(fēng)兩種通風(fēng)方式。自然通風(fēng)是利用空氣的自然流動將室外的空氣引入室內(nèi)，將室內(nèi)空氣和熱量排到室外。自然通風(fēng)的效果與廠房的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)出風(fēng)口的位置等因素有關(guān)，并與廠房建筑所在地區(qū)的氣候條件和周圍環(huán)境有很大的關(guān)系。機械通風(fēng)是以風(fēng)機為動力，使廠房內(nèi)部空氣流動，達(dá)到通風(fēng)降溫和排除污染氣體的目的。它的通風(fēng)效果比較穩(wěn)定，并可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，但設(shè)備費較高，耗量較大。

1 自然通風(fēng)的基本原理

根據(jù)自然通風(fēng)原理的不同，自然通風(fēng)分為熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)兩種。廠房內(nèi)部由于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量(如燃燒的爐子和加熱的產(chǎn)品所發(fā)生的熱量等)以及人體散發(fā)熱量的影響，室內(nèi)空氣膨脹，密度減小而使熱空氣上升。如果天窗開啟，由于熱空氣的上升，天窗內(nèi)側(cè)的氣壓大于天窗外側(cè)的氣壓，使室內(nèi)熱氣不斷排出，室外的冷空氣通過設(shè)在廠房底部的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)，如此循環(huán)，取得自然通風(fēng)的效果，這種通風(fēng)方式稱為熱壓通風(fēng)。熱壓作用與進(jìn)出風(fēng)口的高差有關(guān)和室內(nèi)外空氣的密度有關(guān)，室內(nèi)外空氣密度差和進(jìn)風(fēng)口高差越大，則熱壓作用越顯著。

風(fēng)壓通風(fēng)原理，當(dāng)風(fēng)吹過建筑物時，遇到建筑物的阻礙，迎風(fēng)面空氣壓力增大，形成正壓區(qū)，用“+”表示。當(dāng)氣流通過房屋兩側(cè)和上方時，氣流變窄，風(fēng)帶加大，形成負(fù)壓區(qū)，用“－”表示?？諝怙w越建筑物后，在建筑物背風(fēng)面形成渦流，形成負(fù)壓區(qū)，用“－”表示。因此，對廠房進(jìn)行自然通風(fēng)設(shè)計時，宜將廠房的進(jìn)風(fēng)口設(shè)在正壓區(qū)，排風(fēng)口設(shè)在負(fù)壓區(qū)，使室內(nèi)外空氣更好地進(jìn)行交換。利用風(fēng)的流動產(chǎn)生空氣壓力差而形成通風(fēng)的方式為風(fēng)壓通風(fēng)。

在進(jìn)行廠房剖面和通風(fēng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)熱壓和風(fēng)壓的通風(fēng)原理綜合考慮其對廠房通風(fēng)效果的影響，合理地布置進(jìn)出風(fēng)口的位置，選擇合理的通風(fēng)天窗形式，組織好自然通風(fēng)。

2 機械通風(fēng)的基本原理

依靠通風(fēng)機造成的壓力差，通過風(fēng)機來輸送空氣，排走室內(nèi)粉塵或有害氣體，保持室內(nèi)空氣新鮮的設(shè)計。這類通風(fēng)方法稱為機械通風(fēng)。機械通風(fēng)分為全面通風(fēng)和局部通風(fēng)兩種形式。全面通風(fēng)是對整個房間進(jìn)風(fēng)換氣，用送入室內(nèi)的新鮮空氣把整個房間里面的有害物質(zhì)濃度稀釋到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的允許濃度以下，同時把室內(nèi)被污染的污濁空氣直接或經(jīng)過凈化處理后排放到室外大氣中去，全面通風(fēng)包括全面送風(fēng)和全面排風(fēng)。兩者可同時或者單獨使用。局部通風(fēng)是指利用局部氣流，使局部地點不受污染，形成良好的空氣環(huán)境。局部通風(fēng)包括局部送風(fēng)和局部排風(fēng)。

在進(jìn)行廠房剖面和通風(fēng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)局部地點和全面通風(fēng)綜合考慮其對廠房通風(fēng)效果的影響，合理布置送風(fēng)口、排風(fēng)口的位置，選擇合理的風(fēng)機形式，組織好機械通風(fēng)。

通常在建筑物的通風(fēng)設(shè)計中，風(fēng)壓和熱壓的作用是同時存在的，但由于風(fēng)壓作用的不確定性，決定了一般以考慮熱壓為主。但建筑僅依靠自然通風(fēng)，有些廠房還不能滿足通風(fēng)要求，還需要機械通風(fēng)配合達(dá)到完美的通風(fēng)要求。

3 通風(fēng)設(shè)計問題分析

工業(yè)廠房通風(fēng)設(shè)計主要的目的在于通過對工藝流線的分析，建筑開窗位置的研究，來設(shè)計室內(nèi)空氣流通線路。以科學(xué)的消除室內(nèi)粉塵和有害氣體或熱量，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。由于生產(chǎn)工藝情況的不同性，地區(qū)風(fēng)向的差異性，建筑形式的不同性，不同地區(qū)的廠房應(yīng)區(qū)別對待。

3．1 建筑朝向的選擇

不同地區(qū)的風(fēng)向均有一個參考值，工業(yè)廠房的通風(fēng)設(shè)計必須根據(jù)風(fēng)向合理地確定建筑朝向和進(jìn)排風(fēng)口位置。為了得到良好的通風(fēng)條件，在工廠總圖布置時需仔細(xì)研究當(dāng)?shù)仫L(fēng)玫瑰圖，盡量使廠房的主要進(jìn)風(fēng)口朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向。以鶴壁富士康廠房為例，鶴壁風(fēng)玫瑰圖中表示鶴壁盛行東北風(fēng)，故鶴壁富士康廠房通風(fēng)口設(shè)在西南側(cè)，即為風(fēng)壓的負(fù)壓區(qū)，見圖1。

圖1 鶴壁富士康廠房通風(fēng)口示意圖

按照熱壓作用自然通風(fēng)的基本原理，加大進(jìn)排風(fēng)口的高差，利用自然通風(fēng)的形成，通常情況下，廠房的排風(fēng)可采用高側(cè)窗，而對于散發(fā)大量余熱的熱加工車間，為保證排風(fēng)的穩(wěn)定，多采用避風(fēng)天窗。對于進(jìn)風(fēng)則多利用進(jìn)風(fēng)側(cè)窗和門洞。鶴壁富士康廠房為保證煙霧不停留在車間中部，C2僅為采光窗，不通風(fēng)，這樣有利于壓差加大，有利于通風(fēng)。進(jìn)風(fēng)側(cè)窗的高度選擇應(yīng)根據(jù)具體的工藝條件區(qū)別的對待。

3．2 氣流的合理組織

由于受到自然條件的限制，具有多變性，為不可控因素。富士康鶴壁園區(qū)自然通風(fēng)是靠C1進(jìn)風(fēng)，形成正壓區(qū)，通過廠房中部C3排風(fēng)，C3是自然風(fēng)壓下的負(fù)壓區(qū)，此為風(fēng)壓的氣流組織。

由于廠房內(nèi)生產(chǎn)活動產(chǎn)生大量的熱，熱壓通風(fēng)起主要作用。要保證通風(fēng)的順暢，充分條件是有足夠大面積的進(jìn)風(fēng)口、出門口并且合理布置進(jìn)、出風(fēng)口。合理設(shè)計進(jìn)、排氣口面積。在滿足所要求通風(fēng)換氣次數(shù)的條件下，設(shè)計計算出出風(fēng)口的面積，進(jìn)氣口面積應(yīng)約等于排氣口面積。

按熱壓作用工業(yè)廠房的自然通風(fēng)原理，在設(shè)計過程中應(yīng)盡量降低中和面的高度，因為中和面低，才可能使室外進(jìn)入廠房的新鮮空氣絕大部分或全部經(jīng)過工作區(qū)，這對降低工作區(qū)的溫度，提高自然通風(fēng)的效果有顯著的作用，在實際工程設(shè)計中，經(jīng)常出現(xiàn)附房設(shè)施把主體廠房周邊圍得嚴(yán)嚴(yán)實實，使得廠房進(jìn)風(fēng)窗面積無法滿足要求，即使加大了天窗的面積，通風(fēng)效果還是不理想。因此，在工業(yè)廠房的工程設(shè)計中，應(yīng)在不影響工藝生產(chǎn)需要的前提下，盡量把阻擋在廠房側(cè)墻的輔助建筑移位，以留出足夠的進(jìn)風(fēng)面積，保證自然通風(fēng)的效果。

克服進(jìn)氣短流問題，也是氣流組織的有效途徑。所謂進(jìn)氣短流，是指由進(jìn)氣口進(jìn)入廠房內(nèi)的新鮮空氣，在未進(jìn)入作業(yè)區(qū)范圍之前，就已經(jīng)被加熱而上升至天窗排氣口，排出室外的現(xiàn)象。在圖1中就是C2進(jìn)氣經(jīng)過車間上層直接由C3排出室外的過程。這樣帶走的熱量或粉塵很少，起不到通風(fēng)的作用。顯而易見，這樣的進(jìn)氣，沒有起到提高作業(yè)區(qū)空氣質(zhì)量和改善作業(yè)區(qū)熱環(huán)境的作用，因此，為提高廠房通風(fēng)效果，應(yīng)盡量避免這種進(jìn)氣短流的現(xiàn)象。而鶴壁富士康廠房就在此方面做了處理，將C2僅做為采光窗，不做通風(fēng)窗，這樣就避免了進(jìn)氣短流現(xiàn)象。

氣流的合理組織遠(yuǎn)離不開機械通風(fēng)。在風(fēng)壓和熱壓通風(fēng)不暢的情況下，機械通風(fēng)就成為主力軍。風(fēng)機的選擇應(yīng)根據(jù)建筑形式，生產(chǎn)工藝合理選擇，以便取得最佳機械通風(fēng)效果。機械通風(fēng)對懸浮在廠房中的煙塵，比自然通風(fēng)要好得多，可再采取一定的附加措施以保證廠房內(nèi)良好的工作環(huán)境。

3．3 對多跨熱加工廠房的通風(fēng)設(shè)計

有一些多跨熱加工廠房，如富士康的機加工廠房，河南創(chuàng)世電機的壓鑄車間等等，這類廠房內(nèi)不但散煙氣熱量很大，而且是多跨，有的廠房寬度竟達(dá)百米以上，因此是廠房通風(fēng)設(shè)計中的技術(shù)難題。為了有良好的通風(fēng)效果，一般在建筑及生產(chǎn)工藝布局的基礎(chǔ)上設(shè)置露天跨，這樣能解決部分通風(fēng)問題，但由于生產(chǎn)工藝的不同性，很多廠房設(shè)計不成露天跨。此種情況下，采取機械送風(fēng)的方式直接送入一部分室外新鮮空氣，送風(fēng)口設(shè)在工作面高度，排風(fēng)口則通過天窗排風(fēng)。這種機械通風(fēng)輔助自然通風(fēng)的方式是解決多跨熱加工廠房通風(fēng)的良策。

3．4 對通風(fēng)設(shè)備裝置的選擇

進(jìn)風(fēng)裝置主要有對開窗，推拉窗，上懸窗，中懸窗，進(jìn)風(fēng)百葉窗等，推拉窗外形美觀，密封性好，不易損壞，但開窗面積一般只有50%。在夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)，采用進(jìn)風(fēng)活動百葉窗的居多，這種窗開啟方便，開啟角度可實行遠(yuǎn)方控制，不易損壞，外形美觀。在寒冷地區(qū)，因冬季冷風(fēng)滲透量大，一般可在外窗設(shè)置固定百葉，在里面設(shè)置保溫密閉門。

排風(fēng)裝置主要有天窗和屋頂排風(fēng)帽，排風(fēng)機。天窗是一種常見的排風(fēng)裝置，但也有一定弊端，在實際運用中，天窗開啟和關(guān)閉很繁瑣，玻璃易損壞，因此往往達(dá)不到預(yù)期效果。排風(fēng)帽是用彩色壓型鋼板或玻璃鋼組合而成的自然通風(fēng)裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、不用電力等優(yōu)點，是工業(yè)廠房通風(fēng)首先。動力排風(fēng)機是根據(jù)工藝情況的不同，選擇不同風(fēng)機型號，可達(dá)到排風(fēng)效果。總之，進(jìn)風(fēng)排風(fēng)裝置的選擇要根據(jù)現(xiàn)場情況確定。在無動力進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)裝置能滿足的情況下，盡量不用動力裝置。

4 工業(yè)廠房通風(fēng)應(yīng)用的總結(jié)

合理的通風(fēng)設(shè)計方案對于提高廠房內(nèi)的熱舒適性及能源利用率具有十分重要的意義。通過對富士康鶴壁園區(qū)的工業(yè)廠房的建筑通風(fēng)設(shè)計的研究，感覺到如何組織好廠房內(nèi)部的進(jìn)、排氣流，降低廠房內(nèi)部散發(fā)的大量余熱及有害氣體量，成為目前工業(yè)廠房通風(fēng)設(shè)計亟待解決的關(guān)鍵問題。

自然通風(fēng)作為一種經(jīng)濟有效的通風(fēng)方式，在工業(yè)廠房的通風(fēng)設(shè)計中具有一定的優(yōu)越性，特別是在當(dāng)今節(jié)能社會的背景下，作為一種節(jié)能的通風(fēng)方式，應(yīng)給予足夠的重視。利用流體力學(xué)的原理，在計算機上模擬車間環(huán)境，從而便于得到最優(yōu)的氣流組織設(shè)計方案，對工業(yè)廠房的前期設(shè)計有很大幫助。

工程設(shè)計中雖然應(yīng)盡可能地考慮自然通風(fēng)，但由于工藝的需求，各車間的散熱量較大，其很難滿足廠房內(nèi)部熱環(huán)境的要求，故自然通風(fēng)在工業(yè)廠房中有一定局限性，還需要機械通風(fēng)給予補充。

通過對以上的理解研究，在工業(yè)廠房通風(fēng)設(shè)計上需注意以下幾方面：1)在滿足工藝條件的情況下，盡可能開大進(jìn)出風(fēng)口面積。2)在合理布置進(jìn)出口位置時，要考慮地域性的風(fēng)向問題。3)在滿足工藝條件情況下，合理安排進(jìn)出風(fēng)口周圍布局。4)合理增加機械通風(fēng)裝置，滿足通風(fēng)需求。

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Analysis on ventilation design of industrial workshops

SHEN Yao-fei

(Henan Daming Architectural Design Limited Company，Hebi 458030，China)

The paper briefly introduced the basic principle of natural ventilation machine mechanical ventilation，combining with the ventilation design examples of Hebi Foxconn industrial workshops，respectively analyzed from building orientation choice，air distribution，ventilation equipment selection and other aspects，in order to make a useful exploration for ventilation design of industrial workshops．

industrial workshop，ventilation，air flow，design

TU834．53

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.012

1009-6825(2013)10-0114-02

2013-01-27

申要飛(1979-)，男，工程師，二級注冊建筑工程師