周正

中國成達工程有限公司

0 引言

工業(yè)包裝廠房一般為大型車間，設備散熱量較大，廠房車間內固定的工作人員長時間受到熱輻射，產生高溫職業(yè)危害。隨著全球工業(yè)現代化水平的提高，勞動者對于工作環(huán)境舒適性需求也相應增加，社會大眾也提高了對勞動者職業(yè)衛(wèi)生健康的關注度。

大型包裝廠房采用全面通風已無法保證室內所有區(qū)域都達到適宜的程度，只有采取局部送風，這是比較經濟而又實惠的方法。我國的規(guī)范[1]規(guī)定，當廠房內操作點的溫度未達到衛(wèi)生要求時，應考慮設置局部送風系統(tǒng)。局部送風系統(tǒng)可以增加空氣流速，對局部區(qū)域進行降溫，使得人體蒸發(fā)和對流散熱增強，改善了局部區(qū)域的熱環(huán)境。

本文將對一位于熱帶的國外工程項目中包裝廠房崗位送風空調系統(tǒng)設計的送風參數、風口選型、送風量、冷負荷計算等進行闡述和討論。該項目根據合同要求執(zhí)行中國國標。

1 局部送風空調系統(tǒng)參數確定

1.1 廠房熱濕環(huán)境的要求

我國的規(guī)范[1]對工業(yè)生產車間的熱、濕環(huán)境作出了相關要求。

當上游工藝專業(yè)未作出特殊要求時，工業(yè)生產車間在夏季操作地點的溫度應根據操作地點與夏季通風室外計算溫度的允許最大溫差進行設計。

當作業(yè)場所的熱輻射強度較高并且采用局部送風系統(tǒng)時，工作人員操作地點的平均風速和溫度應符合表1 的規(guī)定。

表1 工作地點的溫度和平均風速

當工作人員在重勞動時，風速宜選用表中較高值，平均溫度宜選用較低值。當工作人員在輕勞動時，風速宜選用表中較低值，溫度宜選用較高值。當工作人員在中勞動時，平均風速及溫度可以按照插入法確定。

而對于累年最熱月平均溫度小于25°C的地區(qū)而言，表1 中夏季工作地點的溫度可以降低2°C。相反，對于夏熱冬暖或夏熱冬冷地區(qū)而言，表1 中夏季工作地點的溫度可提高2°C。

規(guī)范規(guī)定，當局部送風系統(tǒng)的空氣需要冷卻處理時，其室外計算參數應采用夏季通風室外計算溫度及相對濕度[1]。

1.2 送風方式確定

上海交通大學實驗室曾經對24 名受試者進行了“胸部送風工位空調”下的吹風感實驗。研究表明，當局部送風溫度低于25°C時，產生吹風感的可能性比較大，吹風感嚴重。為保證吹風感在可接受范圍內，應盡量避免設定胸部送風工位空調的局部送風溫度低于25°C，且應盡量設置局部送風風速不高于0.6 m/s[2]。

根據調查，九十年代及以前采用的局部送風系統(tǒng)，氣流組織形式絕大部分是從人體背部傾斜吹到人體上部軀干的。若工業(yè)廠房車間內的工作地點受輻射熱影響較大，那么操作人員就處于一種正面炎熱、背面嚴寒的熱環(huán)境內，效果非常不好，究其原因，主要還是因為工作人員正面的受熱面吹不到風的緣故。但若送風氣流從上往下吹向人體時，對人體前部和背部而言，都能起到均勻降溫的效果。

因此，筆者認為較好的送風氣流方式應從工作人員的正面前側上方傾斜往下吹到頭部，頸部及胸部，采用該方式能提高勞動者的吹風滿意率，并且在工作崗位區(qū)域形成一個小氣候，使得該區(qū)域呈微正壓，改善勞動者的工作環(huán)境質量，提高工作效率。

而送到人體上的氣流寬度，宜使操作人員處于氣流作用的范圍內。在滿足送風速度要求的情況下，較大的氣流寬度對提高局部送風的效果有利。一般情況下，以1 m 作為設計寬度是合適的[1]。

1.3 送風口確定

包裝廠房內因設置有除塵系統(tǒng)，故在送風口的選擇上應考慮選用氣流集中性好，送風邊界清晰的送風口。工作人員工作時一般會從事不同角度的操作，基于以上因素，認為球形可調噴口無論從送風角度、操作靈活性還是調節(jié)便捷性等方面來說，都是最優(yōu)選的風口。該噴口具有較小的收縮角度，并且無葉片遮擋物，因此噴口的噪聲低、紊流系數小，射程長。工作區(qū)的新鮮空氣，溫度場和速度場分布均勻。

2 局部送風的計算

2.1 工作地點的氣流寬度

工作地點的氣流寬度應按下列公式計算：

式中：ds為送至工作地點的氣流寬度，m；α 為送風口的紊流系數，見表2；d0為圓形送風口的直徑，推薦值為送風口至工作地點距離的20%～30%，m；s 為送風口至工作地點的距離，m；A、B 為矩形截面送風口的邊長，m。

紊流系數α 值與射流出口截面上的速度分布情況有關，分布越不均勻，α 值越大。紊流系數直接影響射流發(fā)展的快慢，α 值越大，橫向脈動大，射流擴散角就大，射程就短[3]。若減小紊流系數α 或提高出口速度v0，可以增大射程。若要想增大射流擴散角，可以選用紊流系數較大的送風口。一些常見送風口的紊流系數見表2。

表2 紊流系數α 值

2.2 送風口出口風速

送風口的出口風速應按下式計算：

式中：v0為送風口的出口風速，m/s；vg為工作地點的平均風速，見表2；b 為修正系數，如圖1 所示。

圖1 系數b 和c

2.3 送風量計算

送風量應按下式計算：

式中：L 為送風量，m3/h；F0為送風口有效截面積，m2。

2.4 送風口出口溫度

送風口出口溫度應按下式計算：

式中：t0為送風口出口溫度，°C；tn為工作地點的周圍的室內溫度，°C；tg為工作地點溫度，°C,見表1；c 為修正系數，如圖1 所示。

2.5 單個送風口冷負荷計算

包裝廠房內設備散熱量極大，工作區(qū)域周圍環(huán)境溫度高，相對濕度及環(huán)境溫度這兩大因素對工作人員的舒適度感受影響較大，因此，崗位送風宜采用露點送風，僅考慮新風由室外狀態(tài)點被處理到送風狀態(tài)點所需要提供的冷量。單個送風口所負擔的空調冷負荷可按下式計算：

式中：Q1為單個送風口負擔的空調冷負荷，kW；L 為單個送風口的風量，m3/h；hW為夏季通風室外計算溫度及相對濕度的空氣狀態(tài)點的空氣比焓值，kJ/kg；hL為露點送風時，送風狀態(tài)點的空氣比焓值，kJ/kg。

2.6 總冷負荷計算

總冷負荷的計算與工位數量、工藝流程等有密切關系。在計算時，應與工藝上游專業(yè)溝通交流，明確工藝流程，確定崗位送風口的同時使用率，盡可能的在滿足工作人員的使用情況下，減少能源的消耗。總冷負荷按下式計算：

式中：Q1為單個送風口冷負荷，kW；k 為同時使用系數，按照工藝專業(yè)要求或者取0.65～1.0；n 則為送風口個數。

3 工程實例

某工業(yè)包裝廠房位于沙特地區(qū)，距離海岸線6 公里，需考慮含鹽海風腐蝕、室外高溫、粉塵等情況。該包裝廠房散發(fā)粉塵主要為氯化鈣顆粒，氯化鈣粉塵遇水吸潮，室內容易受潮，且有氯根離子，需考慮腐蝕。廠房內設置除塵系統(tǒng)。工藝專業(yè)要求保證工作人員的正常工作環(huán)境，僅需夏季制冷?？紤]腐蝕因素，故采用全新風空調系統(tǒng)，空調機組采用全新風處理機組，冷源由直膨機提供。該包裝廠房內有2 臺包裝機，共4 個工位，見圖2。

圖2 崗位送風平面布置圖

根據工藝要求，氣流寬度取1.0 m。設計按4 個工位均同時使用考慮，計算崗位送風參數及冷負荷具體如表3。

表3 崗位送風參數及冷負荷計算表

圖3 崗位送風示意圖

送風口位置設定應以工藝、設備專業(yè)提供的操作點為依據，采用ABS 球形噴口，避免氯化鈣粉塵遇水吸潮腐蝕風口。工作人員可根據實際操作情況調節(jié)球形噴口的送風角度。為保證每個工作崗位的送風效果，可在每個送風口前設置定風量閥，確保每個送風口的風量不會受同一系統(tǒng)中另外風口啟閉數量的影響。但因該廠房工位個數較少，可以在支管處設置調節(jié)閥并在運行調試之初將風量分配均勻，見圖3。

4 結語

工業(yè)包裝廠房根據工藝專業(yè)要求設置崗位送風空調系統(tǒng)，無論從提高工作人員舒適度還是從節(jié)能方面，都較之全面送風空調系統(tǒng)更為優(yōu)異。

送風口布置應結合工藝流程，采用可調球形噴口，使得工作人員操作更靈活，可根據人員的移動調整送風角度。

工位較多的工業(yè)廠房，為保證每個噴口風量不受同系統(tǒng)內其他風口啟閉的影響，宜在每個風口前設置定風量閥。