069过饱和置换通风在纺织厂布机车间的应用探讨

过饱和置换通风在纺织厂布机车间的应用探讨中原工学院周义德吴杲高龙范晓伟摘要：文章提出了过饱和置换通风的概念，分析了其热湿交换过程。过饱和置换通风送风温度低，相对湿度高，应用于纺织厂布机车间可实现无滴水、起尘量小、较好的热舒适性和节能要求，创造出良好的生产作业环境。关键词：过饱和置换通风；布机车间；热舒适感；粉尘浓度；系统设计1引言纺织厂织布车间的设备具有发热量大、散发的粉尘多等特点，同时生产工艺要求具有较高的相对湿度，而目前采用较多的传统上送下回式空调系统由于通风效率低、送回风温差小、送风量大、室内垂直温度梯度不均匀等原因，造成了工作区温度高，空气污浊，系统能耗大，甚至温湿度达不到要求；作为近年来逐步采用的置换通风方式，克服了上送下回式送风所造成的不利，已被应用于多个领域。对传统纺织空调采用置换通风技术进行改造，对提高产品质量和劳动生产率、改善工作环境以及节约能耗、降低生产成本等具有重要意义。本文所介绍的过饱和置换通风是针对纺织厂织布车间特殊性提出的新型置换通风方式。2过饱和置换通风的特点2.1置换通风的原理及特性将经过空调设备处理过的空气从房间地面以极低的送风速度（0.25m/s以下）送入室内，进入房间的空气在送风口动量和热浮力的作用下，以自然对流的方式在房间向上升腾，形成热羽流作为室内空气流动的主导气流，从而将房间内的热量和污染物等带至房间上部，这就是置换通风[1]。这种通风方式将回风口设在房间的上部，高温的污浊气流从顶部排出，整个室内气流分层流动，在室内垂直方向上形成低速、按温度和污染物浓度分层分布的气流场。由于置换通风排风口温度大于工作区温度，能量利用系数η≥1，而一般的混合通风η≥1是不可能的；而且置换通风方式中排风口的污染物浓度通常大于工作区的污染物浓度，其排污效率在1~4E=,而一般的混合通风1E≈，说明置换通风的气流组织排除室内污染物的能力较强[2]。因此，置换通风相对于传统通风方式可有效地改善室内空气品质。2.2过饱和置换通风由以上分析可知，置换通风可以把处理过的低温空气直接送入工作区，回风温度可以大于工作区温度，实现大温差送风冷却，提高能源利用效率。对于一次回风的置换通风系统来讲，降低送风温度的办法之一就是降低喷淋水供水温度，这就要求采用温度较低的深井水或冷冻水，系统因此不一定节能，而且在地下水位较低的地区打井不是一个好的选择。实际工程更需要的是保持现有水源即喷水温度不变、布机车间工作区温度能有所降低而相对湿度进一步提高。新的方法是采用专用的雾化装置，适当增加挡水板后的雾滴带水送风，或者在通风管道内喷入雾状水滴，则水滴在风口处直到工作区范围内吸收气化潜热迅速蒸发，从而可降低工作区的温度。以夏季为例，最简单的方法就是将空调室处理过的空气适量携带大量的雾滴，处于“过饱和状态”，使得在置换通风送风过程中由于雾滴的闪蒸吸热使得环境温度降低。其热湿过程如下图1所示。图1中，虚线表示一般置换通风的热湿交换过程：送风经过喷淋水处理后饱和状态点为o（其最大极限为饱和状态），从车间底部送入房间后达到室内状态点，上回风状态点为，其中，0N0N′00NNt′t；实线表示带水送风的热湿交换过程，假定送风量和喷水温度等条件保持不变，则处理到状态点的空气，自出风口始必然是一个吸热（沿原热湿比线）绝热（等焓）、绝热吸热‥‥‥的过程，最终使室内状态点变为，假定室内负荷不变，则点必然处于点的等焓线上。oNN0N资助项目：河南省科技攻关项目，编号0324250019作者简介：周义德（1957－），男，河南南阳人，副教授，长期从事教学和纺织空调除尘设计研究工作。1实际上，从点到点的热湿交换过程可以理解为送风首先吸收室内余热余湿（沿热湿比线）到达状态然后再绝热加湿到点状态的变化过程；也可理解为如图2所示，假设处理到o状态点的空气仍具有绝热加湿的能力，则带水后的空气即等焓变化至oN0NNo′点，然后沿等热湿比线到达室内状态点，如此，有效加湿量的大小就可以直接计算出来，而图2中No′点处于过饱和状态，所以将此送风过程称为过饱和置换通风。可以看出，过饱和置换通风可以进一步降低室内工作区温度，提高空气的相对湿度。图1过饱和置换通风热湿交换过程图2过饱和置换通风的虚拟热湿交换过程3过饱和置换通风在布机车间的应用研究鉴于纺织厂布机车间的特点，采用过饱和置换通风空调系统，可获得较好的实用效果。3.1可保证工作区良好的作业环境3.1.1可满足布机车间高湿度的环境要求纺织厂布机车间要求有较高的相对湿度（ф≈80%），而目前由于冷源的问题车间温度较高（有些达35℃以上）车间环境恶化。采用过饱和置换通风，将经过空调室处理的过饱和空气直接从地面送入，造成车间垂直方向上存在着明显的温度梯度和相对湿度梯度分布，下部温度低，相对湿度大；此外，此送风中所带微小水滴在进入车间后蒸发，吸收车间热量，降低车间温度，同时进一步增加了车间相对湿度，从而可实现2m以内的工作区具有较高的相对湿度和降温要求。而且新鲜空气直接进入工作区，改善了室内的生产及劳动条件。在传统的上送下回式送风管道中采用喷入冷冻水的方法也可以实现低温送风，但喷水量难以控制，而且多余的喷水会顺着送风口滴向室内，造成许多不便甚至影响生产。而采用过饱和置换通风方式，由于送风管道采用地沟，不需保温，不怕过水，从而解决了这一矛盾，使复杂问题简单化。3.1.2可将布机车间的含尘浓度控制到较低水平除了雾化带水送风外，纺织厂能否采用过饱和置换通风的主要疑虑还有是否会使车间飞花向上随气流运动，使车间的纤维粉尘浓度升高，进而影响车间空气品质的问题。采用置换通风系统，整个车间不可避免存在一定的上升气流，但具有较大上升速度（0.4m/s左右）的置换气流主要集中在下部送回风口附近[3]。通过对布机车间的含尘实测和CFD模拟，显示在工作区布机周围的主要气流是随着棕框往复运动的扰动气流，其次才是上升气流，而且综合上升气流速度平稳（平均速度＜0.1m/s）。工程实际应用发现，布机车间产生的大部分飞花是在棕框打纬和经线的摩擦过程中产生的，由于车间相对湿度较大（一般φ≥70%），因此质量轻并且含有浆料的飞花粘度较大，大多数沉积于织机台面上，极少能够随气流运动浮游于车间空气中。而且，有关双层模型的理论研究表明，布机车间产生的污染物是在人员活动区均匀散发的，在相同的送风参数和室内污染物散发量的情况下，采用置换通风送风方式，人员呼吸区污染物浓度仅为混合通风送风方式的80%[4]。2可见，在相对湿度要求较高、产尘量较大的布机车间，采用过饱和置换通风可更好地控制工作区含尘浓度，提高车间空气品质，创造工作区良好的作业环境。3.2操作人员可获得满意的热舒适感新有效温度SET*和舒适区的研究表明[2]：在超过正常热舒适区的范围内，保持相同新有效温度允许的相对湿度变化较大。由于置换通风送风口处的工作区虽然相对湿度较大，但温度较低，从新有效温度曲线上可以看出温度29℃、相对湿度φ=75%的热感觉与新有效温度30.5℃相当，而传统的上送风方式车间温度高达32℃以上，此时若相对湿度φ=75%，它所产生的热感觉相当于新有效温度35℃以上（见图3所示）。可见，采取过饱和置换通风方式操作者感受到的有效温度远低于传统的送风方式。此外，根据Kenshalo[5]等人有关皮肤对温度变化响应实验结果可知：人体对周围温度的快速变化较为敏感，如果温度变化率低，适应过程就比较短，人体也就感受不到这种变化。实验结果还表明，31～36℃之间的环境温度远大于正常人的热舒适区域，此动态风对人体的制冷作用明显强于稳定气流[6]，而且织布车间工人是在不断走动下工作的，微小的置换通风气流不但不会对人产生不舒适感，还会给人以愉快的吹风感。图3新有效温度比较图3.3可实现大幅度节能要求过饱和置换通风与传统的上送下回式相比，同等负荷和冷源的条件下，可实现小风量和大焓差送风，大大减小了风机的动力消耗；而且，由于“过饱和置换通风”的特点，采用地下水或者自来水直接喷淋加湿即可达到降温要求而一般不需要开启制冷机，对能耗较大的布机车间来讲，节能效果十分明显。现以一个200台喷气织机车间为例进行比较如下表1所示。表1过饱和置换通风与传统上送下回式通风系统能耗比较序号主要指标上送下回式系统过饱和置换通风备注1空调室套数222每套空调室送风量(m3/h)1500001000003风机全压之和(Pa)1000850送回风机全压和4每套空调系统喷水量(t/h)1005--305喷水泵扬程(m)32256空调系统总装机功率(kW)1841247空调占地面积m2288252按实际空调面积折算8空调系统总投资（万元）6046从上表可以看出，过饱和置换通风方式和传统上送下回通风方式相比，车间送风量降低33%，总装机功率减少32%，空调系统总投资降低23%以上，经济效益大大提高。4过饱和置换通风方式送、排风系统设计实际工程设计应用表明：鉴于送风口的布置及气流风速对车间温度、浓度场及置换通风效果的影响，合理设计送回风系统至关重要。为保证较好的置换通风效果和较好的气流组织，要求送风管道内风速不能太低（一般为4～6m/s）,送风口速度小（通常为0.2～0.6m/s），送风均匀，调节特性好；对排风口则要求要有防止积尘掛花的特性，排风管道可设计成不沉降风管，既可减轻回风道的清扫工作量，又可减少风管的尺寸。特别适合于轻钢结构厂房，对降低土建造价十分有利。35结语过饱和置换通风送回风焓差大，送风量小，温度低，相对湿度高，可实现大幅度节能目标，并满足布机车间工作区较高的温湿度要求，而且热舒适感好，起尘量小，不存在风道滴水问题，可以创造良好的作业环境。合理设计的过饱和置换通风空调系统，在当今节能要求日益高涨的形势下，必将在纺织厂布机车间具有广阔的应用前景。参考文献[1]赵彬，李先庭，彦启森.置换通风的数值模拟[J].应用力学学报,2002，4:75-79[2]金招芬，朱颖心.建筑环境学[M].北京：中国建筑出版社，2001[3]秦孟昊，倪波.置换通风在纺织厂应用的探讨[J].东华大学学报，2002.4：12-17[4]李强民，邓伟鹏.排除人员活动区内人体释放污染物的有效通风方式—置换通风[J].暖通空调，2004.2:1-4[5]KenshaloD.R.Cetaceoustemperaturereceptors-someoperatingcharacteristicsformodel.In:HardyJ.D.etaleds.Physiologicalandbehavioraltemperatureregulation,USAIllinois,1970,pp802-818[6]夏一哉.气流脉动强度与频率对人体热感觉的影响评价[D].清华大学工学博士论文，2000年5月DiscussiononSupersaturatedDisplacementVentilationAppliedinWeavingFactoryZHOUYi-de，ＷＵＧao，GAOLong，FANXiao-wei(ZhongyuanUniversityofTechnology,Zhengzhou450007,China)Abstract:Supersaturateddisplacementventilationisproposed，whichprocessofthermalandmoisturetransferisanalyzed.Supersaturateddisplacementventilationcanrealizenodrip,smalldustemission,satisfactoryheatcomfortandhigh-energyefficiency,andcreateacomfortableenvironmentinweavingfactoryduetoitslowtemperatureofsupplyairandhighrelativehumidity.Keyword:Supersaturateddisplacementventilation,Weavingfa