机械工业厂房恒温室设计方案

导语：机械工业厂房恒温室设计方案一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

摘要:介绍了机械工业厂房恒温室设计要点，总结了恒温室设计过程中需要注意的问题，重点论述了冷负荷对恒温室设计的影响，并提出了解决该影响的设计思路。

关键词:恒温室;孔板送风;热惰性指标;冷负荷;空调隔间

近年来，随着国家产业结构的升级、更新，市场对机械工业产品的加工水平有了更高的要求。在一般的室温环境下进行产品的研发、加工、装配和测量，已经不能满足一些产品的生产或检测要求，这就产生了建设高精度工艺性空调检测、装配车间的需要，而设置满足工艺要求的恒温恒湿空调系统是该类恒温室建设中的重点环节，也是难点环节。下面以一个新建恒温测量室的空调系统设计为例进行介绍。

1工程概况

该工程为厦门市某机械工业厂房轴承清洗区的一间恒温室设计，具体设计参数要求如下：房间吊顶完成面净高为3．5m，房间净尺寸为4m×4m；房间要求温度为20℃，波动幅度为±0．3℃；相对湿度为40％～60％，波动幅度为±5％；0．1～2．0m高度内同一水平面温度变化率不超过0．3℃／h，竖直方向温度梯度无要求。

2常规要求

由于恒温室要求温度波动幅度为±0．3℃，不可设置外墙，虽然大车间内有舒适性空调，但与该恒温室的温差大于3℃，因此恒温室的隔墙应设保温层。围护结构传热系数及最小热惰性指标要求如表1所示。设计时应重点关注热惰性指标D，恒温室围护结构的热惰性指标D是体现围护结构温度衰减倍数和延迟时间的量纲一量，D＝热阻×蓄热系数。D越大，围护结构的热稳定性就越好，越有利于减少恒温室的温度波动。

3冷负荷的影响

3．1空调负荷的计算。空调房间的全年负荷及显热负荷由负荷计算软件计算所得，在此不展开叙述。3．2送风温差及气流组织基于恒温室的基准温度及室内热湿比情况，将送风温差设定为3℃，气流组织按全面孔板上送风、下回风设计，工作区风速为0．20～0．25m／s。设计时需要进行全面孔板的设计计算，具体的计算步骤如下：1）确定孔板送风风速vs；2）根据房间的显热冷负荷Q和送风温差，计算送风量Ls；3）根据送风风速vs和送风量Ls，计算孔口总面积fk及净孔面积比r；4）确定孔口中心距l和孔口数目n；5）校核工作区的最大风速vx，并使其不大于工作区的允许风速；6）校核工作区最大轴心温差Δtx，并使该值不大于室温允许波动范围；7）确定稳压层高度hw［2］。以上设计步骤看上去一目了然，清晰明确，但该工程在进行全面孔板的设计计算时恰恰出现了问题，问题出现在第5）步，无论如何按常规规格调整孔口直径（4～10mm），都无法得到合适的工作区风速，计算所得的工作区风速始终超过允许风速（0．20～0．25m／s）。这表明计算的工作区最大轴心温差Δtx的结果会大于室温允许波动范围，无法满足设计要求。那么问题究竟出在哪里呢？为了得到合适的工作区最大轴心温差Δtx，笔者按上述步骤进行了逆向校核计算，具体做法如下：1）假设工作区的最大风速vx满足设计要求，vx＝0．25m／s；2）选取合适的孔口直径ds＝8mm，确定孔板送风出口风速vs；3）根据vx和vs计算出净孔面积比r及孔口总面积fk；4）根据孔口总面积fk计算出送风量Ls；5）根据送风量Ls和送风温差计算出房间的显热负荷Q′。将计算得到的显热负荷Q′与原来由软件计算所得的显热负荷Q进行比较，发现Q′比Q小了许多，由此可见对于温度波动要求高的空调区域，空调负荷是受限的。为了得到合适的温度场及速度场，要根据工作区的允许风速调整空调冷负荷，改进围护结构的构造方式，使得空调冷负荷满足校核计算所需要得到的结果。为了将房间的显热负荷调整到需要的数值，需要先分析该房间显热负荷的组成，该工程的房间显热负荷Q主要由以下几部分组成：1）通过围护结构传入室内的热量Q1；2）工艺设备的散热量Q2；3）照明散热量Q3；4）人体散热量（显热）Q4；5）室内没有正压时，渗透空气带入室内的显热量Q5。以上各项中，第2）～4）项的值基本不可调整，第5）项可以通过设置新风系统和缓冲间来消除其影响，所以可以减少显热负荷的途径只有第1）项。该项目逆向校核计算得到的显热负荷Q′＝727W，其中业主提供的工艺设备散热数据Q2＝75W，照明负荷计算值Q3＝71W，人体散热计算值Q4＝188W，渗透空气带入室内的显热量计算值Q5＝0。由此可以推断出围护结构传入室内的热量最大限值Q1＝393W。而围护结构负荷由楼板负荷Q1－1、内墙负荷Q1－2、顶棚负荷Q1－3组成。其中，楼板如不采用保温措施，按钢筋混凝土楼面计算，传热系数取K＝2．72W／（m2•℃），其负荷已经高达300W。因此按保温楼板重新试算，K值降低至表1中的限值之下（K＝0．69W／（m2•℃）），负荷Q1－1＝77W。计算内墙负荷时，传热系数K按表1的限值K＝0．7W／（m2•℃）计算，得到内墙负荷Q1－2＝332W；计算顶棚负荷时，传热系数按表1的限值K＝0．5W／（m2•℃），D＝4计算，得到顶棚负荷Q1－3＝118W。三者相加得到的Q1＝77W＋332W＋118W＝527W＞393W，不能满足要求，围护结构还需进行改进。由此提出设置空调隔间的方案，空调隔间设计温度取20℃，与恒温间无温差传热，恒温间内墙无传热。这样处理之后Q1＝77W＋118W＝195W＜393W，显热负荷满足要求，工作区的最大风速及工作区最大轴心温差均满足要求。具体做法如图1～3所示。

4结论

1）高精度空调恒温室（波动幅度为±0．5℃以下）设计计算冷负荷时应重点考虑围护结构的传热系数K及热惰性指标D。可采用逆向校核计算法先算出冷负荷的最大限值，进而采取措施减少冷负荷。该工程中设置的空调隔间及缓冲前室就是为了减少进入恒温室的传热量而采取的有效措施，空调隔间及缓冲前室的存在隔绝了周边环境对恒温间的影响，形式简单、施工方便、效果明显。2）高精度空调恒温室建立合理气流组织是保证温度波动幅度的重要措施，不可以简单地认为一味地增大房间换气次数就可以保证恒温状态。恰恰相反，盲目地增加换气次数，导致工作区风速过大，温度波动幅度无法保证，只有尽量减少恒温室的空调冷负荷，减少恒温室的送风量，形成合理的速度场和温度场，才是减小温度波动幅度的有效途径。3）高精度空调恒温室是精细化的工程，需要设计师在设计过程中对各项指标进行详细计算和反复推敲，同时也要关注建筑、电气等相关专业的参数对空调系统的影响，兼顾施工过程可能遇到的难点，方能使项目达到预期的效果。

参考文献：

［1］许居鵷．机械工业采暖通风与空调用设计手册［M］．上海：同济大学出版社，2007：683687，731-733

［2］陆耀庆．实用供热空调设计手册［M］．2版．北京：中国建筑工业出版社，2008：1905-1911

作者:金涟漪 单位:中机第一设计研究院有限公司厦门分公司