周正

中國成達(dá)工程有限公司

0 引言

工業(yè)包裝廠房一般為大型車間，設(shè)備散熱量較大，廠房車間內(nèi)固定的工作人員長時間受到熱輻射，產(chǎn)生高溫職業(yè)危害。隨著全球工業(yè)現(xiàn)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(yīng)增加，社會大眾也提高了對勞動者職業(yè)衛(wèi)生健康的關(guān)注度。

大型包裝廠房采用全面通風(fēng)已無法保證室內(nèi)所有區(qū)域都達(dá)到適宜的程度，只有采取局部送風(fēng)，這是比較經(jīng)濟(jì)而又實惠的方法。我國的規(guī)范[1]規(guī)定，當(dāng)廠房內(nèi)操作點的溫度未達(dá)到衛(wèi)生要求時，應(yīng)考慮設(shè)置局部送風(fēng)系統(tǒng)。局部送風(fēng)系統(tǒng)可以增加空氣流速，對局部區(qū)域進(jìn)行降溫，使得人體蒸發(fā)和對流散熱增強(qiáng)，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(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的送風(fēng)參數(shù)、風(fēng)口選型、送風(fēng)量、冷負(fù)荷計算等進(jìn)行闡述和討論。該項目根據(jù)合同要求執(zhí)行中國國標(biāo)。

1 局部送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)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(chǎn)車間的熱、濕環(huán)境作出了相關(guān)要求。

當(dāng)上游工藝專業(yè)未作出特殊要求時，工業(yè)生產(chǎn)車間在夏季操作地點的溫度應(yīng)根據(jù)操作地點與夏季通風(fēng)室外計算溫度的允許最大溫差進(jìn)行設(shè)計。

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

表1 工作地點的溫度和平均風(fēng)速

當(dāng)工作人員在重勞動時，風(fēng)速宜選用表中較高值，平均溫度宜選用較低值。當(dāng)工作人員在輕勞動時，風(fēng)速宜選用表中較低值，溫度宜選用較高值。當(dāng)工作人員在中勞動時，平均風(fēng)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(dāng)局部送風(fēng)系統(tǒng)的空氣需要冷卻處理時，其室外計算參數(shù)應(yīng)采用夏季通風(fēng)室外計算溫度及相對濕度[1]。

1.2 送風(fēng)方式確定

上海交通大學(xué)實驗室曾經(jīng)對24 名受試者進(jìn)行了“胸部送風(fēng)工位空調(diào)”下的吹風(fēng)感實驗。研究表明，當(dāng)局部送風(fēng)溫度低于25°C時，產(chǎn)生吹風(fēng)感的可能性比較大，吹風(fēng)感嚴(yán)重。為保證吹風(fēng)感在可接受范圍內(nèi)，應(yīng)盡量避免設(shè)定胸部送風(fēng)工位空調(diào)的局部送風(fēng)溫度低于25°C，且應(yīng)盡量設(shè)置局部送風(fēng)風(fēng)速不高于0.6 m/s[2]。

根據(jù)調(diào)查，九十年代及以前采用的局部送風(fēng)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(nèi)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(yán)寒的熱環(huán)境內(nèi)，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(fēng)的緣故。但若送風(fēng)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(rèn)為較好的送風(fēng)氣流方式應(yīng)從工作人員的正面前側(cè)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(fēng)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(zhì)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(nèi)。在滿足送風(fēng)速度要求的情況下，較大的氣流寬度對提高局部送風(fēng)的效果有利。一般情況下，以1 m 作為設(shè)計寬度是合適的[1]。

1.3 送風(fēng)口確定

包裝廠房內(nèi)因設(shè)置有除塵系統(tǒng)，故在送風(fēng)口的選擇上應(yīng)考慮選用氣流集中性好，送風(fēng)邊界清晰的送風(fēng)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(rèn)為球形可調(diào)噴口無論從送風(fēng)角度、操作靈活性還是調(diào)節(jié)便捷性等方面來說，都是最優(yōu)選的風(fēng)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(shù)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(fēng)的計算

2.1 工作地點的氣流寬度

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

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

表2 紊流系數(shù)α 值

2.2 送風(fēng)口出口風(fēng)速

送風(fēng)口的出口風(fēng)速應(yīng)按下式計算：

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

圖1 系數(shù)b 和c

2.3 送風(fēng)量計算

送風(fēng)量應(yīng)按下式計算：

式中：L 為送風(fēng)量，m3/h；F0為送風(fēng)口有效截面積，m2。

2.4 送風(fēng)口出口溫度

送風(fēng)口出口溫度應(yīng)按下式計算：

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

2.5 單個送風(fēng)口冷負(fù)荷計算

包裝廠房內(nèi)設(shè)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(fēng)宜采用露點送風(fēng)，僅考慮新風(fēng)由室外狀態(tài)點被處理到送風(fēng)狀態(tài)點所需要提供的冷量。單個送風(fēng)口所負(fù)擔(dān)的空調(diào)冷負(fù)荷可按下式計算：

式中：Q1為單個送風(fēng)口負(fù)擔(dān)的空調(diào)冷負(fù)荷，kW；L 為單個送風(fēng)口的風(fēng)量，m3/h；hW為夏季通風(fēng)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(fēng)時，送風(fēng)狀態(tài)點的空氣比焓值，kJ/kg。

2.6 總冷負(fù)荷計算

總冷負(fù)荷的計算與工位數(shù)量、工藝流程等有密切關(guān)系。在計算時，應(yīng)與工藝上游專業(yè)溝通交流，明確工藝流程，確定崗位送風(fēng)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(fù)荷按下式計算：

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

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(fēng)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(nèi)容易受潮，且有氯根離子，需考慮腐蝕。廠房內(nèi)設(shè)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(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)機(jī)組采用全新風(fēng)處理機(jī)組，冷源由直膨機(jī)提供。該包裝廠房內(nèi)有2 臺包裝機(jī)，共4 個工位，見圖2。

圖2 崗位送風(fēng)平面布置圖

根據(jù)工藝要求，氣流寬度取1.0 m。設(shè)計按4 個工位均同時使用考慮，計算崗位送風(fēng)參數(shù)及冷負(fù)荷具體如表3。

表3 崗位送風(fēng)參數(shù)及冷負(fù)荷計算表

圖3 崗位送風(fēng)示意圖

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

4 結(jié)語

工業(yè)包裝廠房根據(jù)工藝專業(yè)要求設(shè)置崗位送風(fēng)空調(diào)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(fēng)空調(diào)系統(tǒng)更為優(yōu)異。

送風(fēng)口布置應(yīng)結(jié)合工藝流程，采用可調(diào)球形噴口，使得工作人員操作更靈活，可根據(jù)人員的移動調(diào)整送風(fēng)角度。

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