劉顯晨，郭西龍

(沈陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司，沈陽110001)

某高大空間廠房自然通風(fēng)現(xiàn)場測試結(jié)果分析

劉顯晨，郭西龍

(沈陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司，沈陽110001)

良好的自然通風(fēng)設(shè)計，既可以達(dá)到節(jié)能的目的，又有助于改善室內(nèi)的舒適性。通過對某高大廠房室內(nèi)溫度分布的現(xiàn)場測試結(jié)果分析，討論自然通風(fēng)應(yīng)用在有大量熱量散發(fā)廠房中應(yīng)用的實際效果，為類似的廠房設(shè)計起到一定的指導(dǎo)作用。

自然通風(fēng)；現(xiàn)場測試；結(jié)果分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.006

1 引言

自然通風(fēng)是暖通空調(diào)行業(yè)利用自然資源最直接的方式之一。在工業(yè)建筑中，自然通風(fēng)既能滿足車間廠房內(nèi)部的溫度要求，又能最大程度地節(jié)省成本以及運(yùn)行費(fèi)用，因此，自然通風(fēng)這一通風(fēng)降溫形式被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房設(shè)計中。論文以某一有大量熱源散熱的高大空間工業(yè)廠房為例，通過對現(xiàn)場實際測試數(shù)據(jù)的分析，對自然通風(fēng)效果進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)存在的問題，為今后的設(shè)計起到一定的指導(dǎo)作用。

2 工程概況

某廠房位于陜西省榆林市。廠房為雙聯(lián)跨結(jié)構(gòu)，建筑外形尺寸為342m×66m×22m。廠房頂部設(shè)自然通風(fēng)用通風(fēng)器，喉口寬度為6m，廠房兩側(cè)設(shè)置進(jìn)風(fēng)窗。主要熱源為焙燒爐，共有54個，總計散熱量為1.2×108kJ/h。熱源散熱為周期性分布，熱源表面溫度在不同階段也有較大差異。

車間通風(fēng)形式采用下部進(jìn)風(fēng)上部排風(fēng)的自然通風(fēng)方式，由廠房內(nèi)部熱源散熱導(dǎo)致廠房在垂直高度上產(chǎn)生空氣密度差，從而使熱空氣向上運(yùn)動，將內(nèi)部大量熱量帶出廠房。

3 現(xiàn)場數(shù)據(jù)測試

3.1 測試方案

主要測試設(shè)備：鉑熱電阻Pt100、B級，溫度顯示儀，測溫范圍0～100℃，測溫精度0.1℃。

考慮整個廠房較大，根據(jù)雙連跨廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及熱源運(yùn)行特點(diǎn)，對現(xiàn)場測點(diǎn)分布進(jìn)行簡化。雙連跨廠房兩跨廠房成對稱布置，因此測試單個廠房可反映整個車間溫度分布情況，另外熱源運(yùn)行過程具有周期性，因此，考慮測量一個周期內(nèi)的溫度分布即可。

根據(jù)現(xiàn)場實際運(yùn)行情況，對測試區(qū)域內(nèi)的不同點(diǎn)進(jìn)行測試，測點(diǎn)平面布置圖如圖1所示。

圖1 測點(diǎn)平面布置圖

在垂直方向上，以熱源表面為基準(zhǔn)面，分別在熱源表面，距離熱源表面1m、3m、5m、7m布置測點(diǎn)。

3.2 主要測試結(jié)果

測試時間室外溫度范圍：16～24℃。

熱源對應(yīng)側(cè)墻外窗情況以及對各測點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄入表1。

4 測試數(shù)據(jù)分析

根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，對于不同高度以及不同熱源的測點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，具體分析圖表以及結(jié)果如圖2～圖5所示。

表1 各測點(diǎn)溫度值 ℃

圖2 熱源表面溫度分布圖

通過熱源表面溫度分布可以看出，在車間內(nèi)部，熱源表面溫度分布不均而且溫度差異較大。這一情況與熱源工作形式有關(guān)，熱源工作狀態(tài)分為焙燒、自然冷卻、強(qiáng)制冷卻、出爐，裝爐等，其中在焙燒狀態(tài)下爐表面溫度較高，而自然冷卻以及強(qiáng)制冷卻條件下爐面溫度相對焙燒狀態(tài)偏低，而出爐、裝爐等運(yùn)行工況下爐表面溫度略高于室溫。

圖3 第1行測點(diǎn)不同高度溫度分布圖

圖4 第2行測點(diǎn)不同高度溫度分布圖

圖5 第3行測點(diǎn)不同高度溫度分布圖

通過不同行測點(diǎn)溫度分布圖3、圖4、圖5可以看出，總體溫度隨高度上升而升高。對熱源表面溫度分布進(jìn)行綜合分析可知，基本熱源表面溫度越高，整個空間空氣溫度也越高。但對于6號、7號熱源，距離熱源表面3m和5m高的高度上溫度最高，并不是按高度方向進(jìn)行溫度分布。主要原因是6號、7號熱源正處在強(qiáng)制冷卻狀態(tài)，由風(fēng)機(jī)對爐體進(jìn)行送風(fēng)，從爐內(nèi)吹出的熱空氣直接由火孔噴射而出，熱空氣具有一定的向上的初速度，不能與進(jìn)入車間內(nèi)部的室外空氣進(jìn)行充分混合，因此，在5m以下高度空氣溫度較7m高度略高。

對于有側(cè)部外窗的熱源區(qū)域，在水平方向上空氣溫度與距外窗的距離成正比，即距外窗越遠(yuǎn)溫度越高，由外窗進(jìn)入的冷空氣在掠過熱源表面時溫度逐漸升高，到車間中部時溫度已超過40℃，在垂直方向，空氣溫度隨著高度的增加而升高，距外窗越近溫度的垂直梯度越大，熱浮升力作用越明顯。對于無側(cè)部外窗的熱源區(qū)域，由于沒有外窗，空氣沿水平和垂直方向的溫度梯度不明顯，熱浮升力作用較小。

5 結(jié)論

通過現(xiàn)場測試及測試結(jié)果分析，該廠房自然通風(fēng)效果與熱源的運(yùn)行方式及側(cè)部外窗的設(shè)置有很大關(guān)系，這2種因素直接影響室內(nèi)自然通風(fēng)效果。因此，在今后的設(shè)計中應(yīng)在以下2方面進(jìn)行改進(jìn)。

1）在工業(yè)廠房自然通風(fēng)設(shè)計過程中，除應(yīng)根據(jù)熱源的全部散熱量進(jìn)行計算外，還應(yīng)根據(jù)熱源的具體運(yùn)行形式進(jìn)行有針對性的氣流組織設(shè)計，以保證室內(nèi)溫度分布能滿足工作人員舒適性需要。

2）在工業(yè)廠房自然通風(fēng)設(shè)計過程中，除考慮進(jìn)風(fēng)窗總面積能夠保證通風(fēng)需求外，還應(yīng)該針對室內(nèi)不同的熱源分布狀況調(diào)整可開啟外窗的布置位置，進(jìn)而保證通過外窗的冷風(fēng)能夠從熱源表面濾過，起到對熱源的冷卻作用。

【1】劉遠(yuǎn)祿,王怡,高潔,等.高大空間工業(yè)廠房地道通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計研究[J].建筑科學(xué),2015(6)∶35-40.

Analysis on Field Test of Natural Ventilation in a High Ceiling Factory Building

LIU Xian-chen,GUO Xi-long
(Shenyang Aluminium&Magnesium Engineering&Research Institute Co.Ltd.,Shenyang 110001,China)

The proper design of natural ventilation can not only save energy,but also improve the indoor comfort.According to analysis on field test of temperature distribution in a high ceiling factory building,the actual performance of natural ventilation in the factory building with vastamounts of waste heatis discussed.Theresults can guide the natural ventilation design of similare factory buildings.

natural ventilation;field test；result analysis

TU834.5+3

A

1007-9467（2016）09-0011-02

2016-08-16

劉顯晨（1983～），男，黑龍江綏化人，工程師，從事暖通設(shè)計研究。