易學(xué)慶孫浩苑玲玲甘承軍張艷法

1安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司2中國五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司

3北京克蘭茨技術(shù)有限公司

可調(diào)旋流送風(fēng)口在高架庫空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用分析

易學(xué)慶1孫浩2苑玲玲2甘承軍3張艷法3

1安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司2中國五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司

3北京克蘭茨技術(shù)有限公司

高架庫逐漸成為現(xiàn)代物流業(yè)的重要設(shè)施。針對卷煙廠具有溫濕度精度要求的高架庫，由于庫內(nèi)空間較高，存在溫度梯度等特點(diǎn)，本文以蕪湖卷煙廠輔料高架庫為例，采用一種可調(diào)旋流送風(fēng)口從高架庫頂部送風(fēng)、四周墻體底部回風(fēng)的氣流組織方案，從設(shè)計(jì)方案、計(jì)算模擬和實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行了說明、論述和分析。

卷煙廠 立體高架倉庫 旋流風(fēng)口 溫濕度控制

0 引言

隨著現(xiàn)代物流技術(shù)的發(fā)展，立體高架倉庫的使用已成為貨物儲(chǔ)存、物流中轉(zhuǎn)的趨勢。高架庫一般利用專用的物料搬運(yùn)機(jī)械進(jìn)行搬運(yùn)、堆垛和存取等作業(yè)，自動(dòng)控制倉庫貨物的入庫、存取、出庫等整個(gè)過程，大大地提高了效率。高架庫在卷煙行業(yè)應(yīng)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(yè)的特殊性，對倉庫環(huán)境的溫濕度控制有一定要求，需要配置空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于高架庫層高較高，易產(chǎn)生熱力分層，溫濕度控制的均勻性成了空調(diào)的難點(diǎn)[1～2]。

目前，國內(nèi)煙草行業(yè)高架庫集中式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為達(dá)到氣流組織均勻，庫內(nèi)常用的氣流組織方式有兩種：1）沿庫房內(nèi)柱子在高度方向均勻布置多點(diǎn)多層側(cè)送風(fēng)口，沿庫房四壁墻布置多層回風(fēng)口。2）在庫頂部均勻布置多個(gè)下送噴射式風(fēng)口，沿庫四壁墻布置雙層百葉回風(fēng)口。由于高架庫高度一般高于20m，內(nèi)布多條貨架，貨架一般有十?dāng)?shù)層，貨架與貨架之間的距離僅為1.4m左右的機(jī)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(dāng)貨架上裝滿貨物時(shí)，貨物阻擋水平送風(fēng)氣流的擴(kuò)散，導(dǎo)致內(nèi)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(fēng)口，夏季送風(fēng)氣流與庫內(nèi)空氣溫差為6～8℃，由于冷風(fēng)自身有一定的沉降作用，疊加噴射風(fēng)口的向下高速射流，使得冷空氣迅速達(dá)到地面聚集，庫內(nèi)高度方向上存在很大的溫度梯度。

1 設(shè)計(jì)方案說明

為克服上述兩種高架庫通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的不足，筆者在蕪湖卷煙廠技改成品煙絲高架庫空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目中，成功地采用了一種集中式室內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)。成品煙絲高架庫高21m，長79m，寬18m，由于煙絲倉庫儲(chǔ)存煙絲工藝要求，其室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)為：溫度指標(biāo)24～26℃（允差±5℃）濕度指標(biāo)60%（允差±6%），空調(diào)區(qū)域各點(diǎn)溫度偏差≤2℃；濕度差距≤4%。

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

這種特殊的可調(diào)旋流風(fēng)口有兩大功能特點(diǎn)，第一，在夏季送冷風(fēng)的狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)高誘導(dǎo)比的水平送風(fēng)，單個(gè)風(fēng)口的水平覆蓋范圍如空調(diào)平面圖中的大圓圈，設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)口的排布使單個(gè)風(fēng)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(fēng)口的吸引作用，使得庫房內(nèi)的空氣形成從上至下的均勻氣流，從而保證庫房內(nèi)的氣流組織均勻。第二，在冬季送熱風(fēng)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)超過20m的向下射流送風(fēng)，同時(shí)誘導(dǎo)內(nèi)部空氣形成上下的強(qiáng)烈擾動(dòng)，使得熱風(fēng)不會(huì)集聚在庫房上部，不會(huì)形成熱力垂直分層，再疊加底部回風(fēng)口的吸引作用，從而保證庫內(nèi)氣流的均勻性。

旋流風(fēng)口在高架庫的部的布置平面圖，如圖1所示。

圖1 旋流風(fēng)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(fēng)近似于傳統(tǒng)的上送下回混合送風(fēng)模式，在許多工程有應(yīng)用實(shí)例，并且效果得到證實(shí)。而高大空間冬季熱力分層現(xiàn)象是一個(gè)普遍存在不易解決的問題，所以這里主要針對冬季送風(fēng)工況進(jìn)行模擬計(jì)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(xì)參數(shù)

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

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

1）劃分網(wǎng)格。根據(jù)模型的幾何尺寸，本次模擬選用的網(wǎng)格劃分方案為計(jì)算區(qū)域采用邊長為50cm的四面體體網(wǎng)格，送風(fēng)口網(wǎng)格加密，尺寸取10cm。網(wǎng)格總數(shù)約為60萬。

2）邊界條件。送風(fēng)口：送風(fēng)速度12.72m/s，送風(fēng)溫度28.94℃，送風(fēng)溫差3.94℃；回風(fēng)口：設(shè)定為壓力出口；外墻：西側(cè)外墻，傳熱系數(shù)1.5W/(m·K)，室內(nèi)外溫差30℃，熱流密度-45W/m2；內(nèi)墻：設(shè)定為絕熱邊界；屋頂：傳熱系數(shù)1.5W/(m·K)，室內(nèi)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(shù)學(xué)模型：在氣流組織的工程計(jì)算中，一般采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε兩方程模型，本次計(jì)算亦采用k-ε兩方程湍流模型進(jìn)行模擬。流動(dòng)和傳熱過程都受最基本的3個(gè)物理規(guī)律的支配，即質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒，本次采用穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法。對于固體壁面附近的流動(dòng)，采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)來處理。采用SIMPLEC壓力和速度耦合的算法進(jìn)行計(jì)算。

2.2 溫度場模擬結(jié)果

圖2為溫度場模擬結(jié)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(jié)果

圖3為速度場模擬結(jié)果。從圖中可以看出，在該氣流組織下，送風(fēng)口射流距離可達(dá)到20.5m，距地0.5m，回風(fēng)口風(fēng)速1.24m/s。

圖3 速度場模擬

2.4 模擬結(jié)果分析

房間溫度和速度分布相關(guān)的氣流組織評價(jià)指標(biāo)目前很多，它們分別從房間的熱舒適、空氣品質(zhì)、通風(fēng)效果和能量利用等方面對氣流組織進(jìn)行評價(jià)。本次采用溫度不平均系數(shù)、速度不平均系數(shù)以及能量利用系數(shù)三個(gè)指標(biāo)對冬季穩(wěn)態(tài)工況下氣流組織的分布進(jìn)行分析評價(jià)。

為計(jì)算溫度不平均系數(shù)和速度不平均系數(shù)，選擇高度為2.1m，6.2m，10.6m和14.8m的四個(gè)平面，在四個(gè)平面上分別再利用兩對角線上梅花設(shè)點(diǎn)的方法選取17個(gè)測點(diǎn)，由于有些測點(diǎn)位于煙絲儲(chǔ)存位置，所以最后共得到63個(gè)測點(diǎn)的溫度值和速度值。從而計(jì)算溫度不平均系數(shù)、速度不平均系數(shù)以及能量利用系數(shù)三個(gè)評價(jià)指標(biāo)。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 氣流組織評價(jià)指標(biāo)

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

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

能量利用系數(shù)是評價(jià)氣流組織經(jīng)濟(jì)型的指標(biāo)，越接近于1，其經(jīng)濟(jì)性越好。該氣流組織的能量利用系數(shù)值1.09較為接近1，表明其經(jīng)濟(jì)型較好。

通過模擬結(jié)果分析，證明該風(fēng)口布置方案可以滿足高架庫對室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)要求。

3 實(shí)際運(yùn)行效果分析

為實(shí)地驗(yàn)證上述環(huán)控系統(tǒng)應(yīng)用效果，在高架庫中，水平和高低位置均勻設(shè)置十幾個(gè)溫濕度監(jiān)控點(diǎn)，通過自控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控庫內(nèi)溫濕度的變化。夏季的運(yùn)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(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，以冬季某一典型天氣下的實(shí)際監(jiān)控結(jié)果，繪制成曲線圖如下圖4、圖5所示。

圖4 高架庫冬季六點(diǎn)監(jiān)控溫度數(shù)據(jù)圖

圖5 高架庫冬季六點(diǎn)監(jiān)控相對濕度數(shù)據(jù)圖

根據(jù)監(jiān)控結(jié)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(shè)計(jì)的最初要求。系統(tǒng)于2013年6月份投入運(yùn)行至今，運(yùn)行效果良好。

4 結(jié)論

對于有溫濕度要求的高架庫，需要在大空間內(nèi)維持均勻的氣流分布。采用上供下回式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用特殊的高空可變旋流風(fēng)口，夏季送冷風(fēng)時(shí)水平高誘導(dǎo)送風(fēng)，冬季送熱風(fēng)時(shí)變成向下的深度射流，合理地布局風(fēng)口位置，做好風(fēng)量匹配和平衡，是可以達(dá)到氣流均勻的要求的。同時(shí)減少空氣循環(huán)量，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行目的。

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

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

[3]趙琴.Fluent軟件的技術(shù)特點(diǎn)及其在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2003,(12):424-425

[4]許登科.高大空間分層空調(diào)氣流組織的數(shù)值模擬研究[D].淮南:安徽理工大學(xué),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.

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1003-0344（2015）02-100-4

2014-3-2

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